計算機通信與網(wǎng)絡(luò)課件

計算機通信與網(wǎng)絡(luò)課件課件制作人：李眾立第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立信道信道信號信號第二講數(shù)據(jù)傳輸(通信基礎(chǔ))數(shù)據(jù)傳輸之一(信道技術(shù)）

數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)計算機通信接口技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸之三(復用技術(shù)）

提高數(shù)據(jù)傳輸效益的相關(guān)技術(shù)

數(shù)據(jù)傳輸之二(信源技術(shù)）

傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換（關(guān)注多媒體通信）第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)據(jù)傳輸之一一、通信系統(tǒng)組成二、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)要點概覽

1、傳輸介質(zhì)及基本特性

2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換

3、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實現(xiàn)三、計算機通信接口技術(shù)（計算機通信技術(shù)基礎(chǔ)）

1，通信接口基本概念

2、計算機通信接口技術(shù)第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立

如何利用傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應用的一個基本問題目前使用的傳輸介質(zhì)有多種，它們在傳輸特性上存在著差別，因此，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用不同的信號變換技術(shù)，以取得滿意的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。（雙絞線，ISM頻道868/915，2.4G頻道，RS232，RS485，ADSL技術(shù)，的利用與限制等），2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立2、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變換模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號和數(shù)字信號，現(xiàn)在主要是數(shù)字數(shù)據(jù)和數(shù)字信號。模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字發(fā)送器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號

PCM編碼器數(shù)字數(shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器討論：現(xiàn)在使用的四種數(shù)據(jù)變換的應用實例第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立兩種信道通路：模擬信道和數(shù)字信道模擬信道傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)是調(diào)制

（數(shù)字信號在模擬信道中的載波傳輸）(1)模擬傳輸系統(tǒng)第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立幾種最基本的調(diào)制方法調(diào)制就是進行波形變換（頻譜變換）。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

(1)模擬傳輸系統(tǒng)第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立對數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法

010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相(1)模擬傳輸系統(tǒng)討論：收音機的載波與檢波原理第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立幾種新型數(shù)字調(diào)制方法QAM正交振幅調(diào)制：在系統(tǒng)帶寬一定的條件下，多進制調(diào)制系統(tǒng)的信息傳輸速率比二進制調(diào)制系統(tǒng)高，即多進制調(diào)制系統(tǒng)的頻帶利用率高。但如果充分地利用整個信號矢量平面，即把幅度和相位聯(lián)合起來調(diào)制，就可以在不減小最小距離的情況下，增加信號矢量的端點數(shù)目，這就是振幅相位鍵控(APK)第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立一種正交調(diào)制QAMQAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應于一種4bit的編碼。若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。討論：有線數(shù)字電視的信號調(diào)制特色分析第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立無載波幅度相位調(diào)制CAP：

CAP與QAM的區(qū)別在于抑制了不攜帶任何有用信息的載波，而且。正文載頻的調(diào)制過程采用兩個幅頻特性相等、相位特性相差杠π/2的橫截型帶通數(shù)字濾波器（Hilbert對）在數(shù)字域完成，兩路數(shù)字信號相加后經(jīng)D／A變換輸出，CAP優(yōu)越于QAM的特點在于更多地使用了數(shù)字處理技術(shù)，易于大規(guī)模的數(shù)字集成，降低成本，此外，去除載波分量使得改變頻譜的形態(tài)、中心頻率、對稱性等特征更加容易，僅需改變數(shù)字濾波器的抽頭系數(shù)即可。幾種新型數(shù)字調(diào)制方法討論：現(xiàn)在使用的調(diào)制技術(shù)實例分析第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸基帶（直流和低頻開始的信號，頻譜結(jié)構(gòu)復雜）數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼(p44)數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼的目標是：經(jīng)過編碼，使二進制“1”和“0”的特性有利于傳輸，基帶信號的碼型原則：頻譜中不含直流分量，碼型有透明性，易定位，編譯碼簡單。討論：網(wǎng)卡送到雙絞線上數(shù)據(jù)波形和MODEM出口波形分析。第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立討論：分析曼徹斯特編目原理與實現(xiàn)技術(shù)第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)字信號的基帶傳輸基帶傳輸系統(tǒng)中的擾碼和解擾在數(shù)字通信系統(tǒng)中常采用擾碼技術(shù)。擾碼的作用是在發(fā)送端將傳送的數(shù)字碼變換成“0”、“1”近似等概率、前后獨立的隨機碼流，其目的是限制連“0”或連“1”的長度，從而有利于比特定時信息的提取。使信號頻譜擴散并保持相對穩(wěn)定，可以避免或減輕某些周期性基帶信號由于具有較強的離散線譜而造成的對其他系統(tǒng)的干擾。在接收端進行擾亂的逆過程，還原原始數(shù)據(jù)第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸使用數(shù)字信號來對模擬數(shù)據(jù)進行編碼的典型實例是：在程控電話交換設(shè)備的用戶接口電路上，采用脈沖編碼調(diào)制(PCM)脈沖編碼調(diào)制采樣周期Tt信號t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原討論：計算一路語音PCM碼傳輸頻率。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（2）、數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸在近距離通信組網(wǎng)中有廣泛的應用前景，但速度與距離是瓶頸。第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立3、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實現(xiàn)第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立數(shù)字通信實驗系統(tǒng)特色功能:提供數(shù)字、模擬兩個傳輸通道.提供多功能實驗信源，提供有線、無線兩種傳輸介質(zhì)端口，提供電子線路與計算機兩種實驗模式。第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實驗系統(tǒng)的技術(shù)方案單工話音基帶傳輸設(shè)計（數(shù)字信號的基帶傳輸）為實現(xiàn)話音信號的長距離傳輸，CVSD之后要進行HDB3變換（三階高密度雙極性碼）

，將信源基帶變換成適合于信道傳輸?shù)男诺阑鶐盘朌M是繼PCM后的又一種模擬信號數(shù)字化方法，使用連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)，以16Kbp、或32Kbp的數(shù)碼率進行編碼，收發(fā)無需位同步時鐘，編譯碼器結(jié)構(gòu)簡，得到廣泛的應用。為實現(xiàn)話音信號的長距離傳輸討論：HDB3變換的原理與應用#第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實驗系統(tǒng)的技術(shù)方案基于MODEM實現(xiàn)多機主從式通信技術(shù)

MSM7512BRS是日本OKI公司生產(chǎn)的FSK調(diào)制解調(diào)器，該器件符合ITU-TV.23規(guī)則，采用半雙工的工作方式，波特率為1200kb/s;具有75kb/s波特率的反向傳輸通道。討論：在實驗方案中要使用電話線遠距離通信，需要怎樣的軟硬件補充#第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立實驗系統(tǒng)的技術(shù)方案基于語音錄放芯片的信源設(shè)計討論：提出性價比更好信源方案第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立DTE：數(shù)據(jù)終端設(shè)備，有數(shù)據(jù)處理能力和發(fā)送、接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備。DCE：數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼，負責數(shù)據(jù)鏈路的連接。

三、計算機通信接口技術(shù)DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環(huán)境通信環(huán)境用戶設(shè)施通信設(shè)施DTE信號線與控制線用戶設(shè)施用戶環(huán)境1，通信接口基本概念第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（1）、計算機的通信接口基礎(chǔ)回顧計算機通信接口涉及兩個最基本的問題，一是計算機如何與其他設(shè)備連接（通信接口要求）二是計算機進行信息交換（數(shù)據(jù)與協(xié)議）2、計算機通信接口技術(shù)

1）異步串行通信接口

將構(gòu)成信息的字符轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)據(jù)位，按照設(shè)定頻率，順序逐位傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑ù型ㄐ庞袃煞N基本通信方式，即異步通信和同步通信，思考同步通信）第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立接口電平轉(zhuǎn)換：異步串行通信接口

數(shù)據(jù)格式，波特率討論：異步串行通信的數(shù)據(jù)、波形編碼分析。第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立異步通信接口原理與應用設(shè)置數(shù)據(jù)格式，波特率，（寄存器設(shè)置），接收：讀狀態(tài)標志，讀接收緩沖器，存放數(shù)據(jù)發(fā)送：讀狀態(tài)標志（空），取數(shù)據(jù)，寫發(fā)送緩沖器，討論：PC機，高級片機的異步通信接口的新功能。第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立（1）、計算機的通信接口基礎(chǔ)回顧2）、遠距離串行通信接口標準RS4222、計算機通信接口技術(shù)

一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/S，最大距離可達1200M。一條平衡線上最多可連接10個接收器。

電路由發(fā)送器、平衡電纜、負載電阻、接收器幾部分組成。每個通道用兩條線，定義為A、B，AA與BB對應相連，收發(fā)兩端之間有大于＋200MV的電平時，輸出正邏輯電平1。該標準輸出的電壓范圍為正負2--6V，第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立2）、遠距離串行通信接口標準EIA在RS422的基礎(chǔ)上制定了RS485標準，用以擴展串行異步通信的應用范圍。在RS485規(guī)范中，增加了多點、雙向通信以及抗共模干擾等能力。RS485可采用二線或四線連接。二線連接能實現(xiàn)主從多點雙向通信。四線與RS422一樣，能實現(xiàn)一對多點的通信，總線上可連接多達32個設(shè)備。

RS485最大傳輸速率為10Mb/S，當波特率為1200b/S時，最大傳輸可達15KM，平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比。

RS485需要兩個終接電阻，接在傳輸總線的兩端，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。一般在300M以下不需終接電阻。

通信網(wǎng)絡(luò)接口中V，X系列使用平衡通信接口，P60RS485第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

網(wǎng)絡(luò)接口也稱網(wǎng)卡。由網(wǎng)絡(luò)接口控制器、網(wǎng)絡(luò)接口芯片、收發(fā)器接口以及隔離電路組成。網(wǎng)絡(luò)接口控制器NIC是核心部件，主要功能是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流是以幀進行封裝。收發(fā)器接口和隔離電路組成了一個調(diào)制解調(diào)器，用于在網(wǎng)絡(luò)電纜上傳送、接收調(diào)制、解調(diào)數(shù)據(jù)流信號。網(wǎng)絡(luò)接口控制器NIC實現(xiàn)IEEE802。3的MAC層功能，內(nèi)部有雙DMA通道FIFO電路，

發(fā)送、并串轉(zhuǎn)換模塊。它把FIFO中的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)并發(fā)送出去。同時，也把串行數(shù)據(jù)送往CRC校驗模塊，產(chǎn)生校驗碼并發(fā)送。1）、網(wǎng)卡原理第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立在嵌入式系統(tǒng)中加RTL8019（8029）芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口，是根據(jù)802.3的MAC層(媒體訪問控制)設(shè)計的以太網(wǎng)NIC。具有接收與發(fā)送物理介質(zhì)上的串行數(shù)據(jù)的功能，具備MAC層的控制功能。其內(nèi)部的協(xié)議邏輯陣列能夠?qū)崿F(xiàn)SMA/CD協(xié)議，裝、拆幀(加、去幀頭)，實現(xiàn)接收同步。采用這種方法成木非常低廉，不足的是軟件設(shè)計比較復雜。(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

2）、基于芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立3）、硬件協(xié)議棧芯片構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)接口(2)、網(wǎng)絡(luò)接口（以太網(wǎng)）

MCU多種接口的W5100模塊

硬件全部模塊化結(jié)構(gòu)，直接RJ-45與網(wǎng)絡(luò)連接；

W5100外圍電路優(yōu)化設(shè)計，MCU直接通過直接總線接口、間接總線接口和SPI總線選擇連接

支持硬件TCP/IP協(xié)議：TCP,UDP,ICMP,IGMP,IPv4,ARP,PPPoE,Ethernet；

支持ADSL連接；

4個獨立的端口（sockets）同時工作；內(nèi)部16K字節(jié)存儲器作TX/RX緩存；內(nèi)嵌10BaseT/100BaseTX以太網(wǎng)物理層，支持自動應答（全雙工/半雙工模式）；

支持自動極性變換（MDI/MDIX）；討論：介紹W5100模塊應用范例。第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立(3)、新型接口

USB接口是一種通用的高速串行接口。特點是高速傳輸特性(具有低速、全速、高速；最快達480Mbps)和熱插拔，擴展性好(最多可以連接127個USB設(shè)備)等特點。1）、USB通用串行總線接口CY7C68013屬于Cypress公司的一款USB2．0芯片。是一個帶增強型MCS51內(nèi)核和USB接口的單片機第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立USB收發(fā)數(shù)據(jù)用差模輸入輸出驅(qū)動器，信號低輸出狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)輸出值小于0.3V，且要承擔1.5K、3.6V的灌電流；在信號的高輸出狀態(tài)，穩(wěn)態(tài)輸出值必須大于2.8V，且要承擔1.5K到地的拉電流。在傳輸數(shù)據(jù)時，驅(qū)動器的輸出是兩個相差180度的信號，即一個輸出為高電平時，另一個則為低電平。接收器檢測到兩條線之間的電壓差，當D+比D-高時，信號被定義為差?！?”，反之為差?！?”；

1）、USB通用串行總線接口第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立USB轉(zhuǎn)UART橋接芯片CP21011）、USB通用串行總線接口第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立一個USB總線的通用接口芯片，支持USB-HOST主機方式和USB-DEVICE設(shè)備方式1）、USB通用串行總線接口

USB接口芯片CH374第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期四課件制作人：李眾立1）、USB通用串行總線接口

USB接口芯片CH374內(nèi)置3端口HUB根集線器