通信基本概念

Table of Contents
1概述 1
2通信基本術語 2
2.1通信 2
2.2信源 2
2.3信宿 2
2.4載體 2
3傳輸二進制的方式 2
3.1串行傳輸 2
3.2並行傳輸 3
4傳輸字符的方式 3
4.1異步通信 3
4.2同步通信 4
5雙工方式 5
5.1單工 5
5.2半雙工 5
5.3全雙工 5
6信號檢測 5
6.1差分信號傳輸（平衡信號傳輸） 5
6.2共模信號傳輸（不平衡信號傳輸） 6
7輸入輸出 6
7.1模擬量 6
7.2數字量 7
7.3無源開關 7
7.4有源開關 8
8通信方式 9
8.1數字通信 9
8.2模擬通信 9
1 概述
概念和術語是我們學習一門專業的基本前提，只有理解了專業術語所代表的含義，才能夠看懂專業技術文檔的描述，纔可以更進一步深入學習。這些關鍵詞不僅在我們的文檔中有用到，而且在生產實踐中也時常出現，如果不明白這些關鍵字所代表的含義，不僅看文檔感覺吃力，甚至與同行交流都有困難。
2 通信基本術語
2.1 通信
通信是指通過某種媒介進行的信息傳遞。在古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火報警等方式進行信息傳遞。到了今天，隨着科學水平的飛速發展，相繼出現了無線電，固定電話，移動電話，互聯網甚至可視電話等各種通信方式。
2.2 信源
在通信系統中的信息發送者。
2.3 信宿
通信系統中的信息接收者。
2.4 載體
信息傳輸的媒體，有時也會叫做介質或載體。如：驛站，峯火臺，電磁波，同軸電纜，雙絞線，光纖等。
3 傳輸二進制的方式
根據組成字符的各個二進制位是否同時傳輸，字符編碼在信源/信宿之間的傳輸分爲並行傳輸和串行傳輸兩種方式。
3.1 串行傳輸
是指信源和信宿之間僅通過一條傳輸線交換數據，數據的各位是按順序依次一位接一位進行傳送。，它的特點是數據以字符成幀，對時鐘要求不太嚴格，可以沒有校驗，傳輸速度低（一次一個位），通信成本低（一條線路），支持長距離傳輸。
3.2 並行傳輸
是指信源和信宿之間通過多條傳輸線交換數據，數據的各位同時進行傳送。它的特點是數據以字符成幀，對時鐘要求嚴格，必須要有校驗，傳輸速度快（多個比特同時傳輸），通信成本高（多條線路），不支持長距離傳輸（受各條線路之間分佈電容的影響）。適用於短距離通信，但要求通訊速率較高的應用場合。
從技術發展的情況來看，串行傳輸方式大有徹底取代並行傳輸方式的勢頭。
4 傳輸字符的方式
根據傳輸方式的不同，串行通信可以分爲同步串行通信和異步串行通信。
4.1 異步通信
異步傳輸又稱起止式傳輸，其特點是字符內部的每一位採用固定的時間模式，字符之間間隔任意。用獨特的起始信號（或起始位）和終止信號（或結束位）來限定每個字符，傳輸效率較同步傳輸低。其特點可概括爲：
1）以字符爲單位傳送信息；
2）相鄰兩字符間的間隔是任意長；
3）接收時鐘和發送時鐘只要相近就可以。
圖01-01異步串行通信
異步串行方式的數據格式（字符格式）:
1）1位起始位，規定爲低電0；
2）5～8位數據位，即要傳送的有效信息；
3）可選的奇偶校驗位（1位）；
4）1～2位停止位，規定爲高電平1。
4.2 同步通信
根據傳送是以數據塊（一組字符）爲單位，字符與字符之間、字符內部的位與位之間都同步。其特點可概括爲：
1）以數據塊爲單位傳送信息；
2）在一個數據塊（信息幀）內，字符與字符間無間隔；
3）接收時鐘與發送進鍾嚴格同步。
圖01-02同步串行通信
同步串行通信方式的數據格式：
1）2個同步字符作爲一個數據塊(信息幀)的起始標誌；
2）n個連續傳送的數據；
3）2個字節循環冗餘校驗碼(CRC)；
5 雙工方式
5.1 單工
通信的雙方在任意時刻只可以以一個方向發送信息。
5.2 半雙工
通信的雙方可以交替改變方向進行信息收發，但在任一特定時刻，信息只能向一個方向傳輸，即半雙工傳輸是一種可切換方向的單工傳輸。
5.3 全雙工
通信的雙方在任意時刻都可以進行信息的收發。
6 信號檢測
6.1 差分信號傳輸（平衡信號傳輸）
差分傳輸是一種信號傳輸的技術，區別於傳統的一根信號線一根地線的做法，差分傳輸在這兩根線上都傳輸信號，這兩個信號的振幅相等，相位相反（相位差180度）。信號接收端比較這兩個電壓的差值來判斷髮送端發送的是邏輯0還是邏輯1。差分信號在接收端是靠差分放大器來檢測的。差分放大器只對兩路輸入信號之間的差值起放大作用，而對兩路輸入信號共同對地的電位不起作用。當差分信號傳輸過程中遇到外部干擾信號時，由於兩根差分信號線始終在一起，因此干擾信號一般都會同時作用在兩根信號線上，形成疊加在兩根信號線上大小相等相位也相同的共模信號。到了接收端，差分放大器只對差分信號（有用信號）敏感，而對共模信號（干擾信號）形成抑制。這樣，差分傳輸的信號就具備了很強的抗干擾能力。
6.2 共模信號傳輸（不平衡信號傳輸）
共模方式是指信號出現在一個(差分)信號線對的兩個信號線上，或者是同時出現在單端信號線和地上，因此共模信號又稱爲對地感應信號和不對稱信號。共模信號的兩個信號大小相等，相位也相等（相位差0度）。信號接收端比較接收端與地線之間的電壓差來判斷髮送端改善的是邏輯0還是1。共模信號是作用於差分信號線上的一對大小相等極性也相同的信號，共模信號往往來自於外部干擾。
7 輸入輸出
7.1 模擬量
模擬量是指在一定範圍（定義域）內連續變化的量。
AI （analog input）模擬量輸入
AO （analog output）模擬量輸出
精度 表示AI精確度，用佔用寄存器位多少來表示，位數越多越精確，能表示的數據越細緻。12位精度可以表示0~40960（2^12），16位精度可以表示0-655359（2^16）。
7.2 數字量
數字量也叫開關量，是指只有兩種狀態的信號，比如開和關(或1和0)。
DI （digital input）數字量輸入
DO （digital output）數字量輸出
NO （normal open）常開
NC （normal close）常閉
A型繼電器，輸出常開
B型繼電器，輸出常閉
C型繼電器，輸出常開、常閉
7.3 無源開關
即通常所說的幹接點，具有閉合和斷開的兩種狀態；兩個接點之間沒有極性，可以互換。
常見的幹接點信號有：
各種開關如：限位開關、行程開關、腳踏開關、旋轉開關、溫度開關、液位開關等；
各種按鍵；
各種傳感器的輸出，如：環境動力監控中的傳感器：水浸傳感器、火災報警傳感器、玻璃破碎、振動、煙霧和凝結傳感器；
繼電器、幹簧管的輸出；
7.4 有源開關
即通常所說的溼接點，具有有電和無電兩種狀態；有源，有極性，兩個接點之間不可互換。
常見的溼接點信號有：
1）如果把以上的幹接點信號，接上電源，再跟電源的另外一極，作爲輸出，就是溼接點信號；工業控制上，常用的溼接點的電壓範圍是DC0～30V，比較標準的是DC24V；AC110～220V的輸出也可以是溼接點，儘管這樣做比較少；
2）把TTL電平輸出作爲溼接點，也可；
3）NPN三極管的集電極輸出和VCC；
4）達林頓管的集電極輸出和VCC；
5）紅外反射傳感器和對射傳感器的輸出；
在工業控制領域中，採用幹接點要遠遠多於溼接點，這是因爲幹接點沒有極性帶來的優點：
1）隨便接入，降低工程成本和工程人員要求，提高工程速度；
2）處理幹接點開關量數量多；
3）連接幹接點的導線即使長期短路既不會損壞本地的控制設備，也不會損壞遠方的設備；
4）接入容易，接口容易統一。
8 信號表示
8.1 數字通信
是用數字信號作爲載體來傳輸消息，或用數字信號對載波進行數字調製後再傳輸的通信方式。
8.2 模擬通信
是利用正弦波的幅度、頻率或相位的變化，或者利用脈衝的幅度、寬度或位置變化來模擬原始信號，以達到通信的目的，故稱爲模擬通信。