數(shù)據(jù)通信原理課程設(shè)計(jì)

PAGE1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)《數(shù)據(jù)通信原理》課程設(shè)計(jì)姓名學(xué)號學(xué)院專業(yè)班級摘要：隨著各種網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的發(fā)展也得到了進(jìn)一步的提高?？萍嫉娜招略庐?，我們對數(shù)據(jù)通信的要求也越來越高，因此，研究數(shù)據(jù)通信具有非常重要的意義。本報(bào)告簡單設(shè)計(jì)了一種數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，利用嵌入式設(shè)備和終端計(jì)算機(jī)組成終端設(shè)備，通過公共電話網(wǎng)接入網(wǎng)路與中央計(jì)算機(jī)通信。關(guān)鍵字:數(shù)據(jù)通信終端設(shè)備中央計(jì)算機(jī)ABSTRACTWiththedevelopmentofavarietyofnetwork,datacommunicationsystemshasalsobeenfurtherimproved.Oftechnology,datacommunication,therefore,thedatacommunicationhasveryimportantsignificance.Ofthisreportasimpledesignofadatacommunicationsystem,theuseofembeddeddevicesandcomputerterminalstoformaterminaldevice,accessnetworkandacentralcomputerviathepublictelephonenetworkcommunication.Keyword:Datacommunication,terminalequipment,centralcomputer.目錄TOC\o"1-3"\h\u122551.緒論 1269582數(shù)據(jù)終端設(shè)備 4148782.1終端設(shè)備選擇 4131862.2信源編譯碼 467342.2.1HDB3碼 5270583數(shù)據(jù)鏈路 6148733.1.OSI參考模型 6285093.1.1物理層(PhysicalLayer) 7301073.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer) 7257173.1.3網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer) 7307443.1.4傳輸層(TransportLayer) 8117193.1.5會(huì)話層(SessionLayer) 8182743.1.6表示層(PresentationLayer) 8259333.1.7應(yīng)用層(ApplicationLayer) 8151773.2差錯(cuò)控制 967303.2.1差錯(cuò)控制的方法 9189053.2.2差錯(cuò)控制的方式 9182193.2.3本設(shè)計(jì)的差錯(cuò)控制方案 10213703..2.4漢明碼 11243353.3復(fù)用技術(shù) 1251023.3.1時(shí)分復(fù)用 12293904數(shù)據(jù)電路 14188064.1數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備 1469974.2嵌入式監(jiān)控設(shè)備與終端計(jì)算機(jī)的通信 14217944.2.1RS232 14180944.2.2RS485 15198724.3終端計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)的通信 16155464.3.1調(diào)制解調(diào)器 16244644.3.2TCP/IP協(xié)議 17293894.4傳輸信道 1885184.4.1通信設(shè)備 1828134.4.2通信線路 1895725中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 19273215.1中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件及其網(wǎng)絡(luò)連接 20193425.1.1PC機(jī)硬件部分 2028795.1.2網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸入輸出 2019335.2中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件 21314096總結(jié) 2123181參考文獻(xiàn) 221.緒論數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指通過通信線路和通信控制處理設(shè)備將分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的研究沒有停下來過。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)發(fā)展經(jīng)歷的階段：1．以電話的廣泛應(yīng)用作為標(biāo)志的，業(yè)務(wù)類型是語音，時(shí)間從19世紀(jì)80年代到20世紀(jì)50年代；2．20世紀(jì)60年代，以脈碼調(diào)制（pulsecodemodulation,PCM）為基礎(chǔ)的數(shù)字傳送和衛(wèi)星通信是這一階段典型的技術(shù)，業(yè)務(wù)類型仍然是語音；3.20世紀(jì)70年代，以數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和分組交換技術(shù)為特征，業(yè)務(wù)類型以數(shù)據(jù)為主。開始于1980年，以綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信為特征，業(yè)務(wù)類型覆蓋了語音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等各個(gè)領(lǐng)域。(DTE)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(DTE)(DTE)中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(DTE)數(shù)據(jù)終端設(shè)備DCEDCEDCEDCE數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備通信控制器主機(jī)傳輸控制器數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備通信控制器主機(jī)傳輸控制器傳輸信道傳輸信道數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)電路數(shù)據(jù)鏈路數(shù)據(jù)鏈路 圖1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)具體系統(tǒng)框圖如下：圖1-1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)圖本設(shè)計(jì)中各部分的信號處理及所用的公共電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)圖如下圖1-2終端設(shè)備信號流向及處理框圖圖1-3終端計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)通信信號流向及處理框圖圖1-4公共電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖（簡要結(jié)構(gòu)）2數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中靠近用戶一側(cè)的輸入、輸出設(shè)備的總稱，如我們的pc機(jī)、筆記本、手機(jī)都是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，其最大的特點(diǎn)是可以產(chǎn)生數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)輸入輸出設(shè)備的作用類似電話機(jī)，它在發(fā)送端把人們的數(shù)據(jù)信息變成數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)信號，即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號；接受端完成相反的工作。即將數(shù)據(jù)信號還原成數(shù)據(jù)。另外，數(shù)據(jù)終端設(shè)備還包括傳輸控制器。傳輸控制器的作用是完成各種傳輸控制，如差錯(cuò)控制、終端的接續(xù)控制，確認(rèn)控制，傳輸順序控制和切斷控制的。這些傳輸控制，將在第三節(jié)的數(shù)據(jù)鏈路中介紹，本節(jié)不作具體分析。總的來說，數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）是一個(gè)總稱，例如，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，DTE可以是我們的鍵盤。在接收數(shù)據(jù)時(shí)，DTE可以是我們的打印機(jī)。2.1終端設(shè)備選擇本設(shè)計(jì)的終端設(shè)備是嵌入式監(jiān)控終端與終端計(jì)算機(jī)組成，因本設(shè)計(jì)中用到復(fù)用技術(shù)，可以是嵌入式監(jiān)控終端群，嵌入式的監(jiān)控終端如溫室監(jiān)控終端，可以測量溫室中的溫度濕度，二氧化碳等信息，也可以是視頻監(jiān)控終端。再通過相應(yīng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送給終端計(jì)算機(jī)。終端計(jì)算機(jī)再通過公共電話網(wǎng)與中央計(jì)算機(jī)通信。2.2信源編譯碼終端設(shè)備輸入輸出的信息不太適合于信道傳輸?shù)?，因此必須要?jīng)過信源編碼。信源編碼就是一種以提高通信有效性為目的而對信源符號進(jìn)行的變換；為了減少或消除信源剩余度而進(jìn)行的信源符號變換。最原始的信源編碼就是莫爾斯電碼，另外還有ASCII碼和電報(bào)碼都是信源編碼。但現(xiàn)代通信應(yīng)用中常見的信源編碼方式有：Huffman編碼、算術(shù)編碼、L-Z編碼，這三種都是無損編碼，另外還有一些有損的編碼方式。信源編碼的目標(biāo)就是使信源減少冗余，更加有效、經(jīng)濟(jì)地傳輸，最常見的應(yīng)用形式就是壓縮。另外，在數(shù)字電視領(lǐng)域，信源編碼包括通用的MPEG—2編碼和H.264（MPEG—Part10AVC）編碼等相應(yīng)地，信道編碼是為了對抗信道中的噪音和衰減，通過增加冗余，如校驗(yàn)碼等，來提高抗干擾能力以及糾錯(cuò)能力。具體可以參考本文的3.2差錯(cuò)控制。信源譯碼是信源編碼的反過程。信源譯碼信宿信源譯碼信宿各傳輸設(shè)備及信道線路信源編碼信源各傳輸設(shè)備及信道線路信源編碼信源圖2.2信源編譯碼框圖本設(shè)計(jì)中，信源編碼采用HDB3碼。2.2.1HDB3碼HDB3，即HighDensityBipolaroforder3code,三階高密度雙極性碼。數(shù)字基帶信號的傳輸是數(shù)字通信系統(tǒng)的重要組成部分。在數(shù)字通信中，有些場合可不經(jīng)過載波調(diào)制和解調(diào)過程，而對基帶信號進(jìn)行直接傳輸。采用AMI碼的信號交替反轉(zhuǎn)，有可能出現(xiàn)四連零現(xiàn)象，這不利于接收端的定時(shí)信號提取。而HDB3碼因其無直流成份、低頻成份少和連0個(gè)數(shù)最多不超過三個(gè)等特點(diǎn)，而對定時(shí)信號的恢復(fù)十分有利，并已成為CCITT協(xié)會(huì)推薦使用的基帶傳輸碼型之一。①HDB3碼的編碼規(guī)則Ⅰ先將消息代碼變換成AMI碼，若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)小于4,此時(shí)的AMI碼就是HDB3碼;Ⅱ若AMI碼中連0的個(gè)數(shù)大于3,則將每4個(gè)連0小段的第4個(gè)0變換成與前一個(gè)非0符號(+1或-1)同極性的符號,用表示(+1+,-1-);Ⅲ為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰符號之間有偶數(shù)個(gè)非0符號時(shí)，再將該小段的第1個(gè)0變換成+B或-B,符號的極性與前一非零符號的相反，并讓后面的非零符號從符號開始再交替變化。②HDB3碼的解碼規(guī)則Ⅰ雖然編碼很復(fù)雜，但解碼規(guī)則很簡單，就是把原來的取代節(jié)（4個(gè)連零）找到即可，若3連“0”前后非零脈沖同極性，則將最后一個(gè)非零元素譯為零，如+1000+1就應(yīng)該譯成“10000”，否則不用改動(dòng)；若2連“0”前后非零脈沖極性相同，則兩零前后都譯為零，如-100-1，就應(yīng)該譯為0000，否則也不用改動(dòng).Ⅱ再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。3數(shù)據(jù)鏈路在開始本章節(jié)之前，我們需要來了解一下OSI參考模型。3.1.OSI參考模型OSI模型，即開放式通信系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)提出的一個(gè)試圖使各種計(jì)算機(jī)在世界范圍內(nèi)互連為網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)框架，簡稱OSI。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序應(yīng)用程序應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層運(yùn)輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序應(yīng)用程序應(yīng)用層表示層會(huì)話層運(yùn)輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層運(yùn)輸層會(huì)話層表示層應(yīng)用層物理層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層圖3.1.OSI參考模型分層結(jié)構(gòu)OSI具體的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。各終端只要能夠提供最底層即物理層的兼容性，便可以實(shí)現(xiàn)對話。OSI各層的定義及作用如下：3.1.1物理層(PhysicalLayer)物理層是OSI參考模型的最低層，它利用傳輸介質(zhì)為數(shù)據(jù)鏈路層提供物理連接。為此，該層定義了物理鏈路的建立、維護(hù)和拆除有關(guān)的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。包括信號線的功能、“0”和“1”信號的電平表示、數(shù)據(jù)傳輸速率、物理連接器規(guī)格及其相關(guān)的屬性等。物理層的作用是通過傳輸介質(zhì)發(fā)送和接收二進(jìn)制比特流。物理層典型的協(xié)議有RS232C,RS449/422/423,V.24,V.28,X.20和X.21等。3.1.2數(shù)據(jù)鏈路層(DataLinkLayer)數(shù)據(jù)鏈路層是為網(wǎng)絡(luò)層提供服務(wù)的，解決兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)之間的通信問題，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀中包含物理地址（又稱MAC地址）、控制碼、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)碼等信息。該層的主要作用是通過校驗(yàn)、確認(rèn)和反饋重發(fā)等手段，將不可靠的物理鏈路轉(zhuǎn)換成對網(wǎng)絡(luò)層來說無差錯(cuò)的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層傳送的數(shù)據(jù)的基本單位是幀，在物理層提供比特流的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)建立數(shù)據(jù)鏈路連接，將它上一層的（網(wǎng)絡(luò)層）傳送下來的信息組織成“數(shù)據(jù)幀”進(jìn)行傳送。此外，數(shù)據(jù)鏈路層還要協(xié)調(diào)收發(fā)雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率，即進(jìn)行流量控制，以防止接收方因來不及處理發(fā)送方來的高速數(shù)據(jù)而導(dǎo)致緩沖器溢出及線路阻塞。3.1.3網(wǎng)絡(luò)層(NetworkLayer)網(wǎng)絡(luò)層是為傳輸層提供服務(wù)的，傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為數(shù)據(jù)包或分組。該層的主要作用是解決如何使數(shù)據(jù)包通過各結(jié)點(diǎn)傳送的問題，即通過路徑選擇算法（路由）將數(shù)據(jù)包送到目的地。另外，為避免通信子網(wǎng)中出現(xiàn)過多的數(shù)據(jù)包而造成網(wǎng)絡(luò)阻塞，需要對流入的數(shù)據(jù)包數(shù)量進(jìn)行控制（擁塞控制）。當(dāng)數(shù)據(jù)包要跨越多個(gè)通信子網(wǎng)才能到達(dá)目的地時(shí)，還要解決網(wǎng)際互連的問題。網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議有X.25分組級協(xié)議。3.1.4傳輸層(TransportLayer)傳輸層也稱為計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)層，是開放系統(tǒng)之間的傳送控制層，實(shí)現(xiàn)用戶的端到端的或進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)透明傳輸。傳輸層的作用是為上層協(xié)議提供端到端的可靠和透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，包括處理差錯(cuò)控制和流量控制等問題。該層向高層屏蔽了下層數(shù)據(jù)通信的細(xì)節(jié)，使高層用戶看到的只是在兩個(gè)傳輸實(shí)體間的一條主機(jī)到主機(jī)的、可由用戶控制和設(shè)定的、可靠的數(shù)據(jù)通路。傳輸層傳送的協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為段或報(bào)文。3.1.5會(huì)話層(SessionLayer)會(huì)話層主要功能是管理和協(xié)調(diào)不同主機(jī)上各種進(jìn)程之間的通信（對話），即負(fù)責(zé)建立、管理和終止應(yīng)用程序之間的會(huì)話。會(huì)話層得名的原因是它很類似于兩個(gè)實(shí)體間的會(huì)話概念。例如，一個(gè)交互的用戶會(huì)話以登錄到計(jì)算機(jī)開始，以注銷結(jié)束。3.1.6表示層(PresentationLayer)表示層處理流經(jīng)結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)編碼的表示方式問題，以保證一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息可被另一系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。如果必要，該層可提供一種標(biāo)準(zhǔn)表示形式，用于將計(jì)算機(jī)內(nèi)部的多種數(shù)據(jù)表示格式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)通信中采用的標(biāo)準(zhǔn)表示形式。數(shù)據(jù)壓縮和加密也是表示層可提供的轉(zhuǎn)換功能之一。3.1.7應(yīng)用層(ApplicationLayer)應(yīng)用層是OSI參考模型的最高層，是用戶與網(wǎng)絡(luò)的接口。該層通過應(yīng)用程序來完成網(wǎng)絡(luò)用戶的應(yīng)用需求，如文件傳輸、收發(fā)電子郵件等。從OSI參考模型中，我們可以清楚的了解數(shù)據(jù)鏈路的意義及作用。3.2差錯(cuò)控制從3.1的的OSI參考模型中，我們可以知道，數(shù)據(jù)鏈路層在整個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中起到一個(gè)相當(dāng)重要的作用，一個(gè)可靠的通信離不開數(shù)據(jù)鏈路的差錯(cuò)控制功能。所謂的差錯(cuò)控制就是對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行檢測和糾正錯(cuò)誤。3.2.1差錯(cuò)控制的方法方法大概上有以下三種：①時(shí)間冗余法這種方法是靠占用同一設(shè)備與傳輸介質(zhì)，花費(fèi)更多的時(shí)間換取傳輸?shù)目煽啃?；②?shù)據(jù)冗余法數(shù)據(jù)冗余法就是在數(shù)據(jù)塊后附加檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼，接收端根據(jù)冗余碼達(dá)到檢錯(cuò)與糾錯(cuò)的目的；③設(shè)備冗余法發(fā)送端將同一數(shù)據(jù)塊從不同的信道上傳輸給接收端，接收端采取表決法來接收。3.2.2差錯(cuò)控制的方式差錯(cuò)控制就是當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤后，采用某種方法來發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，并糾正錯(cuò)誤。基本方式有以下4類：①反饋重發(fā)糾錯(cuò)（ARQ）在發(fā)送端要保留未被收端確認(rèn)的數(shù)據(jù)，因而設(shè)有發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖器；接收端的譯碼器給出檢錯(cuò)結(jié)果，如果正確控制信宿接收；如若錯(cuò)誤發(fā)出反饋信息，控制重發(fā)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)。②前向糾錯(cuò)（FEC）優(yōu)點(diǎn)：無需反饋信道；發(fā)送端和就收端都不必設(shè)數(shù)據(jù)緩沖器；編碼譯碼器易于大規(guī)模集成電路化。缺點(diǎn)：糾錯(cuò)碼的糾錯(cuò)能力有限；前向糾錯(cuò)所需的設(shè)備比反饋重發(fā)要復(fù)雜一些。③混合糾錯(cuò)（HEC）綜合以上兩種方式，可以設(shè)計(jì)出一種混合糾錯(cuò)方式。發(fā)送端所發(fā)送的碼不僅能檢錯(cuò)，而且還能夠糾錯(cuò)。就收端就收以后，首先檢錯(cuò)，如果能夠糾正錯(cuò)誤，自動(dòng)加以糾正；如果錯(cuò)誤太多，超出糾錯(cuò)碼糾錯(cuò)能力，則通過反饋信道要求重發(fā)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)塊。HEC的缺點(diǎn)：由于反饋信道的存在，因此這種方式下該方式不能進(jìn)行組播或是廣播。④不用編碼的差錯(cuò)控制該方法就是將接收端收到的信息原封不動(dòng)的通過反饋信道發(fā)還給發(fā)送端與源信息進(jìn)行比較，如有錯(cuò)誤要求重發(fā)，知道接收端確認(rèn)為止，可限制重發(fā)次數(shù)。3.2.3本設(shè)計(jì)的差錯(cuò)控制方案通過對比，前向糾錯(cuò)（FEC）比較適合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)條件，也相對使用，故本設(shè)計(jì)采用前向糾錯(cuò)（FEC）的差錯(cuò)控制。前向糾錯(cuò)（FEC）的工作電路框圖如下：信宿糾錯(cuò)碼譯碼器接收機(jī)發(fā)送機(jī)糾錯(cuò)碼編碼器信源信宿糾錯(cuò)碼譯碼器接收機(jī)發(fā)送機(jī)糾錯(cuò)碼編碼器信源信道信道噪聲源噪聲源圖3.2.3前向糾錯(cuò)（FEC）工作電路框圖在數(shù)據(jù)鏈路中存在大量噪音時(shí)，F(xiàn)EC可以增加數(shù)據(jù)吞吐量。通過在傳輸碼列中加入冗余位(也稱糾錯(cuò)位)可以實(shí)現(xiàn)前向糾錯(cuò)。但這種方法比簡單重傳協(xié)議的成本要高。漢明碼利用奇偶塊機(jī)制降低了前向糾錯(cuò)的成本。因此，本設(shè)計(jì)具體的差錯(cuò)編碼方案采用漢明碼。與其他的錯(cuò)誤校驗(yàn)碼類似，漢明碼也利用了奇偶校驗(yàn)位的概念，通過在數(shù)據(jù)位后面增加一些比特，可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)的有效性。利用一個(gè)以上的校驗(yàn)位，漢明碼不僅可以驗(yàn)證數(shù)據(jù)是否有效，還能在數(shù)據(jù)出錯(cuò)的情況下指明錯(cuò)誤位置。當(dāng)然，前提條件是每一組漢明碼的出錯(cuò)最多只能有單比特。不過，在現(xiàn)在的信道環(huán)境中，出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤的幾率一斤很小了，故漢明碼是一套可行的糾錯(cuò)編碼方案。.2.4漢明碼本設(shè)計(jì)采用（7，4）漢明碼，（7，4）漢明碼的碼組為。其中是信息碼，是監(jiān)督碼。漢明碼的校正子,其監(jiān)督關(guān)系如下：①=②=③=不難看出，若不等于0，則次漢明碼傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，校正子與錯(cuò)碼位置如下表：錯(cuò)碼位置錯(cuò)碼位置000無錯(cuò)011001101010110100111表3.2.4校正子與錯(cuò)碼位置對照表因此，當(dāng)漢明碼無錯(cuò)時(shí)，有：①=②=③=編碼時(shí)，根據(jù)上面三個(gè)公式，可以推出如1101的漢明碼為1101010，同理，解碼時(shí)，可以先計(jì)算是否為0，如果不是，則可以根據(jù)表3.2.4將相應(yīng)的碼字反轉(zhuǎn)即可得正確的漢明碼。3.3復(fù)用技術(shù)終端設(shè)備很多的情況下，每個(gè)設(shè)備都拉一條電路到終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是十分不明智的，這無疑是浪費(fèi)時(shí)間與金錢的做法。較好解決問題的方法是采用復(fù)用技術(shù)，復(fù)用技術(shù)是指一種在傳輸路徑上綜合多路信道，然后恢復(fù)原機(jī)制或解除終端各信道復(fù)用技術(shù)的過程。復(fù)用技術(shù)常用的有時(shí)分復(fù)用，空分復(fù)用等，本設(shè)計(jì)中采用時(shí)分復(fù)用。終端終端1終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)用設(shè)備終端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)復(fù)用設(shè)備傳輸信道及設(shè)備終端傳輸信道及設(shè)備終端2終端終端3圖3.3-1復(fù)用原理框圖3.3.1時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片(簡稱時(shí)隙)，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號源使用，每一路信號在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，所以有時(shí)也叫同步時(shí)分復(fù)用。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線路的利用率。時(shí)分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中最經(jīng)典的例子，此外時(shí)分復(fù)用技術(shù)在廣電也同樣取得了廣泛地應(yīng)用，如SDH，ATM，IP和HFC網(wǎng)絡(luò)中CM與CMTS的通信都是利用了時(shí)分復(fù)用的技術(shù)。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因?yàn)槌闃佣ɡ硎惯B續(xù)（模擬）的基帶信號有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號,并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。圖17-1表示的是兩個(gè)基帶信號在時(shí)間上交替出現(xiàn)。顯然這種時(shí)間復(fù)用信號在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)行分離，各個(gè)信號就能分別得到恢復(fù)。這就是時(shí)分復(fù)用的概念。此外，時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對非線性失真的要求比較低。然而，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識別各路序號。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號（即幀同步信號）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實(shí)際通信系統(tǒng)中還必須傳遞信令以建立通信連接，如傳送電話通信中的占線、摘機(jī)與掛機(jī)信號以及振鈴信號等信令。上述所有信號都是時(shí)間分割，按某種固定方式排列起來，稱為幀結(jié)構(gòu)。采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已逐步建立其標(biāo)準(zhǔn)。原則上是把一定路數(shù)電話語音復(fù)合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流（稱為基群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用同步或準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成更高速地?cái)?shù)據(jù)信號，復(fù)接后的序列中按傳輸速率不同，分別成為一次群、二次群、三次群、四次群等等。圖3.3.1兩個(gè)信號的時(shí)分復(fù)用D1D2D3D1D2D3D1D2D3表3.3.1各終端數(shù)據(jù)在時(shí)分復(fù)用中所占時(shí)隙情況（3終端模式）4數(shù)據(jù)電路4.1數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備雖然經(jīng)過了信源、信道的一系列的編碼，但是，出來的信息還是不適合于信道傳輸，因?yàn)樾诺啦灰欢芙邮軘?shù)字信號，因此，在接入傳輸信道的時(shí)候，數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備也就應(yīng)運(yùn)而生了。一般根據(jù)傳輸信道的不同會(huì)選擇不同的數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備，例如：如果傳輸信道是電話線，則數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器。本設(shè)計(jì)中，各嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)與終端計(jì)算機(jī)之間的通信可以采用串口通信，故再次需要用到的串口通信的相關(guān)協(xié)議，終端計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)之間的通信是通過接入的公共電話網(wǎng)。故采用調(diào)制解調(diào)器。4.2嵌入式監(jiān)控設(shè)備與終端計(jì)算機(jī)的通信嵌入式監(jiān)控設(shè)備與終端計(jì)算機(jī)之間的通信是通過串口來進(jìn)行的。在本設(shè)計(jì)支出，曾設(shè)想過幾種方案。4.2.1RS232個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(ElectronicIndustriesAssociation，EIA)所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常RS-232接口以9個(gè)引腳(DB-9)或是25個(gè)引腳(DB-25)的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組RS-232接口，分別稱為COM1和COM2。RS232對電器特性、邏輯電平和各種信號線功能都作了規(guī)定。在TxD和RxD上：邏輯1(MARK)=-3V～-15V邏輯0(SPACE)=+3～+15V在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）=+3V～+15V信號無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓）=-3V～-15V以上規(guī)定說明了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)對邏輯電平的定義。對于數(shù)據(jù)（信息碼）：邏輯“1”（傳號）的電平低于-3V，邏輯“0”（空號）的電平高于+3V；對于控制信號；接通狀態(tài)（ON）即信號有效的電平高于+3V，斷開狀態(tài)（OFF）即信號無效的電平低于-3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對值大于3V時(shí)，電路可以有效地檢查出來，介于-3～+3V之間的電壓無意義，低于-15V或高于+15V的電壓也認(rèn)為無意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在±（3～15）V之間。EIARS-232C與TTL轉(zhuǎn)換：EIARS-232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在EIARS-232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC1489、SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL←→EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。當(dāng)初對這一套方案的設(shè)想是采用MAX232連接嵌入式監(jiān)控設(shè)備與終端計(jì)算機(jī)相連。因?yàn)槠脑?，MAX232的相關(guān)參數(shù)不再這里說明。4.2.2RS485我們知道串口RS232有效傳輸距離為15米，而RS485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mb/S. 無疑，在本設(shè)計(jì)中RS485方案明顯是更優(yōu)的。RS-485與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B。通常情況下，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器A、B之間的正電平在+2~+6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)，負(fù)電平在-2V~6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。另有一個(gè)信號地C，在RS-485中還有一“使能”端?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l(fā)送驅(qū)動(dòng)器與傳輸線的切斷與連接。當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送驅(qū)動(dòng)器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態(tài)。。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信。RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動(dòng)器和32臺接收器。鑒于RS485的優(yōu)勢，故本設(shè)計(jì)最終選擇的便是此方案。為兼容以前的一些利用RS232接口協(xié)議的設(shè)備，因此，在本設(shè)計(jì)中的RS485是通過RS485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的，具體框圖機(jī)構(gòu)如下：MAX232串口通信模塊監(jiān)控設(shè)備終端MAX232串口通信模塊監(jiān)控設(shè)備終端PCRS485轉(zhuǎn)換器RS485轉(zhuǎn)換器圖4.1.1RS485轉(zhuǎn)換器的接入圖4.3終端計(jì)算機(jī)與中央計(jì)算機(jī)的通信因?yàn)橥ㄐ诺膬啥私允抢霉搽娫捑W(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)。因此，通信兩端皆需要一個(gè)調(diào)制解調(diào)器。兩計(jì)算機(jī)間的通信采用的是TCP/IP協(xié)議。4.3.1調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器，是一種計(jì)算機(jī)硬件，它能把計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號翻譯成可沿普通電話線傳送的脈沖信號，而這些脈沖信號又可被線路另一端的另一個(gè)調(diào)制解調(diào)器接收，并譯成計(jì)算機(jī)可懂的語言。這一簡單過程完成了兩臺計(jì)算機(jī)間的通信。調(diào)制解調(diào)器的英文是MODEM，它的作用是模擬信號和數(shù)字信號的“翻譯員”。 電子信號分兩種，一種是"模擬信號"，一種是"數(shù)字信號"。我們使用的電話線路傳輸?shù)氖悄M信號，而PC機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。所以當(dāng)你想通過電話線把自己的電腦連入Internet時(shí)，就必須使用調(diào)制解調(diào)器來"翻譯"兩種不同的信號。 連入網(wǎng)絡(luò)后，當(dāng)PC機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息時(shí)，由于電話線傳輸?shù)氖悄M信號，所以必須要用調(diào)制解調(diào)器來把數(shù)字信號"翻譯"成模擬信號，才能傳送到網(wǎng)絡(luò)上，這個(gè)過程叫做"調(diào)制"。當(dāng)PC機(jī)從網(wǎng)絡(luò)獲取信息時(shí)，由于通過電話線從網(wǎng)絡(luò)傳來的信息都是模擬信號，所以PC機(jī)想要看懂它們，還必須借助調(diào)制解調(diào)器這個(gè)“翻譯”，這個(gè)過程叫作“解調(diào)”?？偟膩碚f就稱為“調(diào)制解調(diào)”。 從調(diào)制解調(diào)器上出來的的信號便是我們數(shù)字終端可以使用的信號，一般我們用雙絞線連接到我們的終端設(shè)備和中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)機(jī)上（網(wǎng)絡(luò)的兩端）。調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信號信號公共電話網(wǎng)信號信號公共電話網(wǎng)圖4.1.1調(diào)制解調(diào)器的接入框圖4.3.2TCP/IP協(xié)議TCP/IP是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的簡寫，中譯名為傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議，又名網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，是Internet最基本的協(xié)議、Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，由網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議和傳輸層的TCP協(xié)議組成。TCP/IP定義了電子設(shè)備如何連入因特網(wǎng)，以及數(shù)據(jù)如何在它們之間傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。通俗而言：TCP負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)傳輸?shù)膯栴}，一有問題就發(fā)出信號，要求重新傳輸，直到所有數(shù)據(jù)安全正確地傳輸?shù)侥康牡?。而IP是給因特網(wǎng)的每一臺電腦規(guī)定一個(gè)地址。與OSI參考模型類似，從協(xié)議分層模型方面來講，TCP/IP由四個(gè)層次組成：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層。當(dāng)然TCP/IP協(xié)議并不完全符合OSI的七層參考模型。OSI（OpenSystemInterconnect）是傳統(tǒng)的開放式系統(tǒng)互連參考模型，是一種通信協(xié)議的7層抽象的參考模型，其中每一層執(zhí)行某一特定任務(wù)。該模型的目的是使各種硬件在相同的層次上相互通信。這7層是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。而TCP/IP通訊協(xié)議采用了4層的層級結(jié)構(gòu)，每一層都呼叫它的下一層所提供的網(wǎng)絡(luò)來完成自己的需求。由于ARPNET的設(shè)計(jì)者注重的是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，允許通信子網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)接口層）采用已有的或是將來有的各種協(xié)議，所以這個(gè)層次中沒有提供專門的協(xié)議。實(shí)際上，TCP/IP協(xié)議可以通過網(wǎng)絡(luò)接口層連接到任何網(wǎng)絡(luò)上，例如X.25交換網(wǎng)或IEEE802局域網(wǎng)。TCP/IPOSI應(yīng)用層應(yīng)用層表示層會(huì)話層網(wǎng)絡(luò)接口層（又稱鏈路層）傳輸層網(wǎng)絡(luò)層（IP）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層（又稱鏈路層）數(shù)據(jù)鏈路層物理層表4.3.2TCP/IP結(jié)構(gòu)與OSI結(jié)構(gòu)的對照表4.4傳輸信道傳輸信道包括各種傳輸設(shè)備以及實(shí)際傳輸?shù)奈锢硇诺馈?.4.1通信設(shè)備本通信由于采用多傳感器到終端計(jì)算機(jī)，再由終端計(jì)算機(jī)通過公共電話網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)，和同樣利用公共電話網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)的中央計(jì)算機(jī)通信，因此設(shè)計(jì)中需要的通信設(shè)備只有終端計(jì)算機(jī)中與各傳感模塊之間通信所需的通信接入及中繼模塊。4.4.2通信線路①電話線電話線就是電話的進(jìn)戶線，連接到電話機(jī)上，才能打電話。在本設(shè)計(jì)中，由于計(jì)算機(jī)接入網(wǎng)絡(luò)的方式是通過公共電話網(wǎng)。所以用到電話線，常見規(guī)格有二芯和四芯，線徑分別有0.4和0.5，若干地區(qū)有0.8和1.0。常見材料（導(dǎo)體）有銅包鋼、銅包鋁、全銅。其中，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的只有采用全銅的電話線。絕緣材料采用高密度聚乙烯或聚丙烯，并按按照國標(biāo)色譜標(biāo)明絕緣線的顏色。②雙絞線所謂的雙絞線（TwistedPair）是由兩條相互絕緣的導(dǎo)線按照一定的規(guī)格互相纏繞（一般以逆時(shí)針纏繞）在一起而制成的一種通用配線，屬于信息通信網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。雙絞線過去主要是用來傳輸模擬信號的，但現(xiàn)在同樣適用于數(shù)字信號的傳輸。雙絞線采用了一對互相絕緣的金屬導(dǎo)線互相絞合的方式來抵御一部分外界電磁波干擾，更主要的是降低自身信號的對外干擾。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起，可以降低信號干擾的程度，每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會(huì)被另一根線上發(fā)出的電波抵消?！半p絞線”的名字也是由此而來。雙絞線一般由兩根22-26號絕緣銅導(dǎo)線相互纏繞而成，實(shí)際使用時(shí)，雙絞線是由多對雙絞線一起包在一個(gè)絕緣電纜套管里的。典型的雙絞線有四對的，也有更多對雙絞線放在一個(gè)電纜套管里的。這些我們稱之為雙絞線電纜。在雙絞線電纜（也稱雙扭線電纜）內(nèi)，不同線對具有不同的扭絞長度，一般扭線的越密其抗干擾能力就越強(qiáng)，與其他傳輸介質(zhì)相比，雙絞線在傳輸距離，信道寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率等方面均受到一定限制，但價(jià)