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1、第10章 数据通信接口和设备,为实现远距离网络通信的要求，必须使用数据通信接口设备来连接不同的通信网络。数据通信接口设备借助于终端设备就可以使用计算机网络中的硬件、软件，以及数据资源。在数据通信网络中，数据通信接口和连接设备的作用是十分重要的。本章主要介绍常见的数据通信接口，包括RS-232-C、RS-449、USB、IEEE1394接口等，介绍.常用的数据通信设备网络接口卡、调制解调器、交换机、路由器等。,第10章 数据通信接口和设备,10.1 通信接口概述 10.2 常见接口和标准 10.3数据通信设备 本章小结,10.1 通信接口概述,接口是两个系统或两个部件之间的交接部分，它既可以是两
2、种硬设备之间的连接电路，也可以是两个软件的共同逻辑边界。,1.并行和串行接口并行接口指的是主机与接口、接口与I/O设备之间都是以并行的方式传送信息，每一次都是将一个字节的所有位同时进行传送。串行接口指的是接口与I/O设备之间是以串行方式传送数据的，即每一个字是在设备与接口之间一位一位进行传送的。因此，要求串行接口中必须设置具有移位功能的数据缓冲器，以实现数据格式的串-并转换。,2.同步和异步接口同步接口指的是操作按照处理机控制节拍进行的，不论是处理机与I/O设备，还是存储器与I/O设备，在交换信息时都与处理机的节拍同步。,异步接口指的是操作不由处理机节拍控制，处理机与I/O设备之间交换信息，采
3、用的是应答的方式。通常把交换信息的两个设备分别称为主控设备和从属设备，如果将处理机叫做主控设备，而每一个I/O设备则被叫做从属设备。主控设备担出交换信息的“请求”信号，经接口传递到从属设备，从属设备完成主控设备指定的操作后又会通过接口向主控设备发出“回答”信号。整个信息交换过程就是这样一问一答的进行。,3.可编程和不可编程接口可编程接口指的是其功能及操作方式，可用程序来改变或选择。不可编程接口指的是其功能及操作不能用程序来改变其功能，但可通过硬连线逻辑来实现不同的功能。 10.2 常见接口和标准数据通信中可以采用串行和并行二种方式。由于串行方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了
4、多条线路特性的不一致而被广泛采用。,10.2.1 RS-232-C标准RS-232-C是由EIA联合其它计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通信的标准，它是使用最早，应用最多的异步串行通信总线。RS-232-C采用一个25针的DB-25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。,1.接口特性（1）接口的信号内容：RS-232-C的25条引线中只定义了20条，另外5条未作规定。在计算机与终端通信中一般只使用3-9条引线。RS-232-C最常用的9条引线的作用如表10-1所示。,表10-1 常用RS-232-C引线作用表,（2）接口的电气特性：RS-232-C采用负
5、逻辑规定逻辑电平，使用NRZ-L编码。信号电平与通常的TTL电平不兼容，RS-232-C将-5V-15V规定为“1“，+5V+15V规定为“0“，噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。,（3）接口的物理结构：RS-232-C连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座,通常插头在DCE端,插座在DTE端。一些设备与PC机连接的RS-232-C接口,因为不使用对方的传送控制信号,只需“发送数据”、“接收数据”和“信号地”三条接口线。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。如图10-1所示。,图10-1 RS-232-C的物理
6、结构,（4）传输电缆长度和数据传输速率：RS-232-C是在低速率串行通信中增加通信距离的单端标准。它采取不平衡传输方式，其收发端的数据信号都是相对于地信号的，所以其共模抑制能力差。RS-232-C传输距离最大约为15米，可进行四次端接，最长距离不超过60米。它规定的最大数据传输速率为19200bps，且只支持点对点通信。,（5）RS-232-C的规程特性：采用RS-232-C接口进行数据传输，包含物理连接建立、比特流传输、物理连接释放三个阶段。,2.连接方式RS232定义的是DTE和DCE之间的接口标准，根据连接方式是DTE-DCE，还是DTE-DTE，把RS232串口的连接分为直通方法和交
7、叉方法。直通方式指的是连接的接头两端对应的序号相同。由于在现实生活中通常采用9针的连接器，所以交叉的RS232-C连接方法有如下三种：,（1）9针连9针：23，32，46，55，64，78，87。 （2）9针连25针： 22，33，46，57，620，75，84。 （3）25针连25针：23，32，45，54，620，77，206。,在常用的9针连9针或25针连25针近距离的DTE之间通信，最常用的连线方法是简单三线连接方式。3线连接法只使用电缆中的3条线，一条作为信号地线，一条作为发送线，一条作为接收线。图10-2(a)表示的是25针连25针交叉方式，图10-2(b)表示的是9针连9针的简单
8、三线连接方式。,(a) 25针交叉方式,(b) 9针三线连接方式,图10-2 交叉连接方式,10.2.2 RS-449标准RS-449是1977年由EIA在RS-232-C标准的基础上制定了一个新的标准。RS-449实际上是一个一体化的三个标准，它的机械、功能和过程特性接口由RS-449定义，而电气特性接口由RS422-A 和RS423-A两个不同的标准定义。,1.RS-449RS-449的传送速率高达100kbps，传送距离长达1200m，接口可以采用37针或9针连接器，2次通道电路以外的所有相互连接的电路都使用37引脚的连接器，而2次通道电路则采用9引脚连接器。由于RS-499使用平衡信号
9、传送高速信号，所以噪声低，又可以多点或者使用公用线通信，两台以上的设备可与RS-499通信电路并联。,RS-449与RS-232-C的主要区别如下：（1）新增加了10个在RS-232-C中没有的接口引脚功能。包括：三个用于测试状态引脚（LL：本地闭合环路，RL：远程备用设备，TM：测试方式）；两个控制DCE在备用信道传输引脚（SS：选择备用设备，SB：备用设备指示器）；一个在DTE控制下提供终止使用功能 的接口引脚（IS：使用结束）；一个提供新信号功能的引脚（NS：新信号）；一个对DCE进行频率选择的引脚（SF：选择频率）；两个公共接口引脚（SC：发送公用，RC：接收公用）。,（2）有三个RS
10、-232-C的接口引脚（保护地、两个数据测试用引脚）不在RS-499标准中。 （3）接口的连接引脚不同。为安排新增的10个接口引脚，RS-499选用了37脚的连接器，另有9针的连接器安排辅助信道的引脚。RS-449接口标准引用脚大致分为：公共地线、数据线、控制线、定时线、辅助信道五大类。表10-2列出了RS-499接口引脚名称和序号。,表10-2 RS-499引脚功能,2.RS-422-ARS-422-A标准是一种以平衡方式传输的标准。所谓平衡，是指双端发送和双端接收。所以，传送信息要用两条线路AA和BB，发送端和接收端分别采用平衡发送器和差动接收器，如图10-3所示。,图 10-3 RS-4
11、22-A接口电路,这个标准的电气特性对逻辑电平的定义是根据两条传输线之间的电位差值来决定，当AA电平比BB电平低-2V时表示逻辑“1”；当AA线电平比BB线电平高+2V时表示逻辑“0”。,RS-422-A电路通过平衡发送器把逻辑电平变换成电位差，完成始端的信息传送，通过差动接收器把电位差变为逻辑电平，实现终端的信息接收。RS-422-A采用了双线传输，大大增强了抗共模干扰的能力，因此最大数据速率可达10kb/s。若传输速率降到90kb/s时，则最大允许驱动器输出为+2V+7V，接收器输入电平可以低到+20mV。,3.RS-423-A标准RS-423-A标准是非平衡方式传输的，即单端线传送信号。
12、它规定信号参考电平为地，该标准规定电路中只允许有1个单端发送器，但可有多个接收器。因此，允许在发送器和接收器之间有一个电位差，标准规定的逻辑“1”，电压必须超过+4V，但不能高于+6V；逻辑“0”电压必须低于-4V，但不能低于-6V。图10-4所示为RS-423-A电气接口电路。,图10-4 RS-423-A电气接口电路,RS-423-A标准采用差动接收，提高了抗共模干扰的能力。因而具有传输距离更远，传输速率更快的优点，当传输距离为90m时，最大数据速率可为100kb/s,若将至1kb/s时，传输距离为1200m。,10.2.3 RS-485接口标准RS-485是一种平衡传输方式的串行接口标准
13、。它和RS-422-A兼容，并且扩展了它的功能。RS-485适用于收发双方共用一对线进行通信，也适用于多个点之间共用一对线路进行总线方式联网，通信只能是半双工的。图10-5为RS-485连接器。在此电路中，某一时刻只能有一个站可以发送数据，而另一个站只能接收。,图10-5 接口连接方法,RS-485标准允许有多个发送器， 1个发送器可以驱动多个负载设备，负载设备可以是被动发送器，接收器和收发器组合单元，它的共线电路结构是在一对平衡传输线上的两端都配置终端电阻，其发送器接收器组合器可挂接在平衡传输线上的任何位置，实现在数据传输中多个驱动器和接收器共用同一传输线的多点应用。,RS-485的特点：
14、(1)RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（26）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。 (2)RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。 (3)RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。,(4)RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达3000米。RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立设备网络。,10.2.4 USB接口USB的全称是Universal Serial Bus，中文含义是“通用串行总线”。USB是
15、应用在PC领域的接口技术，由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出。USB用一个4针插头作为标准插头，采用菊花链形式把外设连接起来，最多可以连接127个外部设备，并且不会损失带宽。USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。USB支持热插拔，即插即用的优点，连接灵活，独立供电，传输速度快所有这些都成为USB受到欢迎的主要原因。,目前借助USB接口，采用USB连机线，实现网络互联非常方便，并且具有较高的网络连接速度。借助于USB Hub，还可以实现最多17台机器的互联。所以在距离较短的办公环境中常采用USBlink线缆实现网络互联。,1USB接口的分类USB比较
16、常见的有两个规范，即USB 1.1和USB 2.0。目前USB的称呼有所变化，通常把USB1.1被称作USB2.0 Full Speed，即全速USB2.0，而把USB2.0称作USB2.0 High Speed，即高速USB2.0。,USB 1.1高速方式的传输速率为12Mbps，低速方式的传输速率为1.5Mbps。USB 2.0规范是由USB 1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，可以满足大多数外设的速率要求。USB 2.0中的“增强主机控制器接口”（EHCI）定义了一个与USB 1.1相兼容的架构。它可以用USB 2.0的驱动程序驱动USB 1.1设备。所有支持USB 1.1的设备都可以直接在USB 2.0的接口上使用而不必担心兼容性问题。,2.USB硬件特性一个USB系统包括三类硬件设备:USB主控制器、USB设备、USB集线器，它们之间的相互关系如图10-6所示。,
