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類型分類：: 科普知識

數據分類：: 溫控開關

工業嵌入式MODEM的通信技術

發布日期：2022-04-27 點擊率：96

現今，市面上生產的各種嵌入式MODEM可通過公眾電話交換網絡（PSTN）實現數據的傳輸功能，包括標準的串行和并行的接口，具有同步和異步的通信數據傳輸格式，支持多種MODEM標準協議——V.92、V.90、V.34、V.32bis、V.22bis等，支持V.44、V.42、MNP等糾錯協議和V.42bis、MNP5等數據壓縮協議。
一、通信技術
　　通信是指計算機與計算機或外圍設備之間的數據傳送。因此，這里的“信”是一種信息，是由數字“1”和“0”構成的具有一定規則并反映確定信息的一個數據或一批數據。數據通信涉及兩臺設備之間進行傳輸數據的問題。常用的數據通信方式有并行通信和串行通信兩種。當距離較近而且要求傳輸速率較高時，通常采用并行通信的方式。當設備距離較遠時，數據往往以串行方式傳輸。
（一）并行通信和串行通信
　　并行通信比較簡單，可分為不同位數（寬度）的并行通信，如8位并行通信、16位并行通信等等。在并行數據傳輸中，8位并行通信有8個數據位同時從一個設備傳送到另一個設備，發送設備將8個數據位通過8條數據線傳送給接收設備。接收設備在收到這些數據后，不需經過任何改變就可以直接使用。并行通信的特點是數據的每位被同時傳輸出去或接收進來。
　　串行通信其數據傳輸是逐位傳輸的，因而相同條件下，比并行通信傳輸速度要慢，但在實際應用中往往選擇串行數據傳輸。因為串行通信發送或接收數據最多只需兩根導線，其一用于發送，另一用于接收。根據串行通信的不同工作方式，還可將發送接收線合二為一，成為發送/接收復用線（如半雙工）。實現串行數據傳輸的硬件具有經濟性和實用性。
（二）串行數據傳輸方式
　　在串行數據傳輸中，每次由源地傳到目的地的數據只有一位，與同時傳輸好幾位數據的并行數據傳輸相比，串行數據傳輸的傳輸速度要比并行傳輸慢。在串行數據傳輸中，各位逐次從源地送到目的地，這就要求在數據源和數據目的地之間進行同步，將各位、字符和報文區分開來。數據鏈路將控制實現兩站點間的同步，它要求位、字符或報文從一個站點發送到另一個站點時要加上必要的附加信息，這些信息使得接收站和發送站中的硬件時鐘得以同步，從而保證由源地發送的信號被目的地正確地識別出來。串行數據通信有兩種數據傳輸方式，即異步串行數據傳輸和同步串行數據傳輸。
　　異步通信：異步通信所傳輸的數據格式（也稱為串行幀）由1個起始位，5、6、7或8個數據位，1、1.5、2個停止位和1個校驗位組成。
　　起始位約定為0，空閑位約定為1。
　　異步通信的實質是指甲乙通信雙方采用獨立的時鐘，每個數據均以起始位開始，停止位結束，起始位觸發A、B雙方同步時鐘。每個異步串行幀中的1位彼此嚴格同步，位周期相同。
　　異步通信依靠起始位、停止位保持通信同步，對硬件要求較低，實現起來比較簡單、靈活。
　　同步通信：同步通信所傳輸的數據格式（也稱為同步串幀）是由多個數據構成的，每幀有兩個（或一個）同步字符作為起始位以觸發同步時鐘開始發送或接收數據。空閑位需發送同步字符。
　　同步通信依靠同步字符保持通信同步。數據組內數據與數據之間不需要插入同步字符，沒有間隙，因而傳輸速度較快，但要求有準確的時鐘來實現收發雙方的嚴格同步，對硬件要求較高，適用于傳送成批數據。
二、嵌入式MODEM的工作原理
　　MODEM由發送、接收、控制、接口、操縱面板及電源等部分組成。數據終端設備以二進制串行信號形式提供發送的數據，經接口轉換為內部邏輯電平送入發送部分，經調制電路調制成線路要求的信號向線路發送。接收部分接收來自線路的信號，經濾波、反調制、電平轉換后還原成數字信號送入數字終端設備。
電話線可以使通信的雙方在相距幾千公里的地方相互通話，是由于每隔一定距離都設有中繼放大設備，保證話音清晰。在這些設備上若再配置MODEM，則能通電話的地方就可傳輸數據。一般電話線路的話音帶寬在300～3400Hz范圍，用它傳送數字信號，其信號頻率也必須在該范圍。常用的調制方法有：頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK、DPSK）、幅度調制（PAM、QAM）、脈沖編碼調制（PCM）等。
　　MODEM通常有三種工作方式：掛機方式、通話方式、聯機方式。電話線未接通是掛機方式；雙方通過電話進行通話是通話方式；MODEM已聯通，進行數據傳輸是聯機方式。
　　MODEM通電后，通常先進入掛機方式，通過電話撥號撥通線路后進入通話方式，最后通過MODEM的“握手”過程進入聯機方式。
　　MODEM與計算機連接是數據電路終端設備DCE（Data Circuit terminating Equipment）與數據終端設備DTE（Data Terminal Equipment）之間的接口問題。DCE與DTE之間的接口是計算機網絡使用上的一個重要問題。
（一）DTE和DCE
　　DTE（Data Terminal Equipment，數據終端設備），是具有一定數據處理能力及發送和接收數據能力的設備。DTE可以是一臺計算機或終端，也可以是各種I/O設備。大多數數據處理終端設備的數據傳輸能力有限，如果將相距很遠的兩個DTE設備直接連接起來，往往不能進行通信，必須在DTE和傳輸線路之間加上一個稱為數據電路終端設備（DCE，Data Circuit-terminal Equipment）的中間設備。DCE的作用就是在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的功能，并且負責建立、保持和釋放數據鏈路的連接。典型的DCE是與模擬電話線路相聯接的MODEM。數字設備通過MODEM接入電話網絡進行通信是利用模擬信號傳輸數字數據。
（二）RS-232C串行口
　　嵌入式MODEM通常都是通過RS-232C串行口信號線與計算機連接。RS-232允許一個發送設備連接到一個接收設備以傳送資料；其原始規范的最大傳輸速度為20Kbps，但事實上，現在的應用早已遠超過這個速度范圍。RS-232可說是相當簡單的一種通信標準，若不使用硬件流控制，則最多只需利用三根信號線，便可做到全雙工的傳輸作業。
RS-232C串行口信號分為三類：傳送信號、聯絡信號和地線。
1.傳送信號：指TXD（發送數據信號線）和RXD（接收數據信號線）。
2.聯絡信號：指RTS、CTS、DTR、DSR、DCD和RI六個信號，各自功能為：
RTS（請求傳送），是PC機向MODEM發出的聯絡信號。
CTS（清除發送），是MODEM向PC機發出的聯絡信號。
DTR（數據終端就緒），是PC機向MODEM發出的聯絡信號。
DSR（數據準備就緒），是MODEM向PC機發出的聯絡信號。它指出本地MODEM的工作狀態。
DCD（傳送檢測），是MODEM向PC機發出的狀態信號。
RI（振鈴指示），是MODEM向PC機發出的狀態信號。
3.地線信號（GND），為相連的主機和MODEM提供同一電勢參考點。
三、調制和協議標準
　　在通信領域中，協議（Protocol）指的是通信雙方應遵守的一套共同的技術規則或規范。如果這套規則或規范被較多的用戶接受，便可以稱為標準（Standard）。
　　MODEM最基本的功能是調制和解調，近年來已發展出一系列技術標準；此外，現今的MODEM產品為提高傳輸速度，大都還將壓縮和糾錯技術引入其中。
（一）標準MODEM協議
　　MODEM的基本功能是在計算機提供的二進制數字信號與電話網支持的模擬信號之間進行轉換，使計算機可以利用電話網進行遠距離的數據通信。調制解調技術的核心就是如何在帶寬有限（≤4KHz）的電話信道中提高數字信息的傳輸速度，這個速度常以比特率,即每秒鐘傳輸的二進制位數（bits per second,簡寫為bps）來衡量。
　　最早的MODEM1958年由AT&T公司推出的Bell103，它采用簡單的調頻技術FSK（Frequency Shift Keying），僅提供300bps的傳輸速度。CCITT根據Bell103頒布了一個類似的技術標準V.21。
　　20世紀70年代AT&T的Bell212采用調幅與調相結合的4—DPSK技術,實現了1200bps的傳輸速度。CCITT的一個類似標準稱為V.22。Bell103（V.21）和Bell212（V.22）現在已很少使用，但為了與早期的MODEM兼容，不少MODEM仍將這兩項技術集成在產品中，作為選項。
　　20世紀80年代中期CCITT V.22 bis標準被大多數MODEM廠家采用，它的16-QAM（12個相位角和4個調幅相的正交調制）調制技術實現了2400bps的傳輸速度。接下來，CCITT又頒布了采用32-TCM（格柵編碼調制）技術，可實現9600bps速度的V.32標準。CCITT于1991年頒布了V.32bis標準。V.32bis采用128—TCM調制技術,可以實現最高14400bps的傳輸速度，并能根據線路質量的變化，退至12000 bps、9600bps、7200bps和4800bps等4個速度檔進行工作。1993年，CCITT推出V.34標準，可實現28800bps的最高速度，該標準還可按28.8K/26.4K/21.6K/19.2K/16.8K/14.4K/12K /9600/7200/4800bps等多個速度檔降速工作。
　　V.90是ITU-T制定的一個56Kbps數據傳輸標準。V.90使得MODEM能夠在PSTN上以高達56Kbps的速率接收數據。V.90連接技術使用一條雙向通道：上行通道和下行通道。V.90客戶端MODEM的下行（接收）通道可以達到更高的傳輸速度56K。V.90標準可支持33.6Kbps的上行速率。
（二）壓縮和糾錯技術的協議標準
　　為了進一步提高MODEM對數據的傳輸速度，除了上述對調制解調技術的不斷改進之外，數據壓縮技術也在近年來被引入MODEM。糾錯技術則

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