通信基本概念

Posted 2020-10-29

Table of Contents
1概述 1
2通信基本术语 2
2.1通信 2
2.2信源 2
2.3信宿 2
2.4载体 2
3传输二进制的方式 2
3.1串行传输 2
3.2并行传输 3
4传输字符的方式 3
4.1异步通信 3
4.2同步通信 4
5双工方式 5
5.1单工 5
5.2半双工 5
5.3全双工 5
6信号检测 5
6.1差分信号传输（平衡信号传输） 5
6.2共模信号传输（不平衡信号传输） 6
7输入输出 6
7.1模拟量 6
7.2数字量 7
7.3无源开关 7
7.4有源开关 8
8通信方式 9
8.1数字通信 9
8.2模拟通信 9
1 概述
概念和术语是我们学习一门专业的基本前提，只有理解了专业术语所代表的含义，才能够看懂专业技术文档的描述，才可以更进一步深入学习。这些关键词不仅在我们的文档中有用到，而且在生产实践中也时常出现，如果不明白这些关键字所代表的含义，不仅看文档感觉吃力，甚至与同行交流都有困难。
2 通信基本术语
2.1 通信
通信是指通过某种媒介进行的信息传递。在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。
2.2 信源
在通信系统中的信息发送者。
2.3 信宿
通信系统中的信息接收者。
2.4 载体
信息传输的媒体，有时也会叫做介质或载体。如：驿站，峰火台，电磁波，同轴电缆，双绞线，光纤等。
3 传输二进制的方式
根据组成字符的各个二进制位是否同时传输，字符编码在信源/信宿之间的传输分为并行传输和串行传输两种方式。
3.1 串行传输
是指信源和信宿之间仅通过一条传输线交换数据，数据的各位是按顺序依次一位接一位进行传送。，它的特点是数据以字符成帧，对时钟要求不太严格，可以没有校验，传输速度低（一次一个位），通信成本低（一条线路），支持长距离传输。
3.2 并行传输
是指信源和信宿之间通过多条传输线交换数据，数据的各位同时进行传送。它的特点是数据以字符成帧，对时钟要求严格，必须要有校验，传输速度快（多个比特同时传输），通信成本高（多条线路），不支持长距离传输（受各条线路之间分布电容的影响）。适用于短距离通信，但要求通讯速率较高的应用场合。
从技术发展的情况来看，串行传输方式大有彻底取代并行传输方式的势头。
4 传输字符的方式
根据传输方式的不同，串行通信可以分为同步串行通信和异步串行通信。
4.1 异步通信
异步传输又称起止式传输，其特点是字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔任意。用独特的起始信号（或起始位）和终止信号（或结束位）来限定每个字符，传输效率较同步传输低。其特点可概括为：
1）以字符为单位传送信息；
2）相邻两字符间的间隔是任意长；
3）接收时钟和发送时钟只要相近就可以。
图01-01异步串行通信
异步串行方式的数据格式（字符格式）:
1）1位起始位，规定为低电0；
2）5～8位数据位，即要传送的有效信息；
3）可选的奇偶校验位（1位）；
4）1～2位停止位，规定为高电平1。
4.2 同步通信
根据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步。其特点可概括为：
1）以数据块为单位传送信息；
2）在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔；
3）接收时钟与发送进钟严格同步。
图01-02同步串行通信
同步串行通信方式的数据格式：
1）2个同步字符作为一个数据块(信息帧)的起始标志；
2）n个连续传送的数据；
3）2个字节循环冗余校验码(CRC)；
5 双工方式
5.1 单工
通信的双方在任意时刻只可以以一个方向发送信息。
5.2 半双工
通信的双方可以交替改变方向进行信息收发，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，即半双工传输是一种可切换方向的单工传输。
5.3 全双工
通信的双方在任意时刻都可以进行信息的收发。
6 信号检测
6.1 差分信号传输（平衡信号传输）
差分传输是一种信号传输的技术，区别于传统的一根信号线一根地线的做法，差分传输在这两根线上都传输信号，这两个信号的振幅相等，相位相反（相位差180度）。信号接收端比较这两个电压的差值来判断发送端发送的是逻辑0还是逻辑1。差分信号在接收端是靠差分放大器来检测的。差分放大器只对两路输入信号之间的差值起放大作用，而对两路输入信号共同对地的电位不起作用。当差分信号传输过程中遇到外部干扰信号时，由于两根差分信号线始终在一起，因此干扰信号一般都会同时作用在两根信号线上，形成叠加在两根信号线上大小相等相位也相同的共模信号。到了接收端，差分放大器只对差分信号（有用信号）敏感，而对共模信号（干扰信号）形成抑制。这样，差分传输的信号就具备了很强的抗干扰能力。
6.2 共模信号传输（不平衡信号传输）
共模方式是指信号出现在一个(差分)信号线对的两个信号线上，或者是同时出现在单端信号线和地上，因此共模信号又称为对地感应信号和不对称信号。共模信号的两个信号大小相等，相位也相等（相位差0度）。信号接收端比较接收端与地线之间的电压差来判断发送端改善的是逻辑0还是1。共模信号是作用于差分信号线上的一对大小相等极性也相同的信号，共模信号往往来自于外部干扰。
7 输入输出
7.1 模拟量
模拟量是指在一定范围（定义域）内连续变化的量。
AI （analog input）模拟量输入
AO （analog output）模拟量输出
精度 表示AI精确度，用占用寄存器位多少来表示，位数越多越精确，能表示的数据越细致。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 数字量
数字量也叫开关量，是指只有两种状态的信号，比如开和关(或1和0)。
DI （digital input）数字量输入
DO （digital output）数字量输出
NO （normal open）常开
NC （normal close）常闭
A型继电器，输出常开
B型继电器，输出常闭
C型继电器，输出常开、常闭
7.3 无源开关
即通常所说的干接点，具有闭合和断开的两种状态；两个接点之间没有极性，可以互换。
常见的干接点信号有：
各种开关如：限位开关、行程开关、脚踏开关、旋转开关、温度开关、液位开关等；
各种按键；
各种传感器的输出，如：环境动力监控中的传感器：水浸传感器、火灾报警传感器、玻璃破碎、振动、烟雾和凝结传感器；
继电器、干簧管的输出；
7.4 有源开关
即通常所说的湿接点，具有有电和无电两种状态；有源，有极性，两个接点之间不可互换。
常见的湿接点信号有：
1）如果把以上的干接点信号，接上电源，再跟电源的另外一极，作为输出，就是湿接点信号；工业控制上，常用的湿接点的电压范围是DC0～30V，比较标准的是DC24V；AC110～220V的输出也可以是湿接点，尽管这样做比较少；
2）把TTL电平输出作为湿接点，也可；
3）NPN三极管的集电极输出和VCC；
4）达林顿管的集电极输出和VCC；
5）红外反射传感器和对射传感器的输出；
在工业控制领域中，采用干接点要远远多于湿接点，这是因为干接点没有极性带来的优点：
1）随便接入，降低工程成本和工程人员要求，提高工程速度；
2）处理干接点开关量数量多；
3）连接干接点的导线即使长期短路既不会损坏本地的控制设备，也不会损坏远方的设备；
4）接入容易，接口容易统一。
8 信号表示
8.1 数字通信
是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。
8.2 模拟通信
是利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，故称为模拟通信。