数字通信基础ch7_物理层接口及标准

第7章物理层接口与标准•物理层作用：–OSI_RM最低层，涉及网络物理设备之间的接口，其目的是向高层提供透明的二进制比特流传输。–通信接口标准化的意义•常用的物理层接口标准–RS-232/422/485–USB–ISDN…第7章物理层接口与标准•7.1物理层概述•7.2RS-232•7.3RS-449/RS-423-A/RS-422-A/RS-485•7.4X.21标准•7.5通用串行总线(USB)•7.6ISDN接口•本章小结7.1物理层概述•物理层接口定义：位于DTE和DCE之间的界面，实现不同通信设备之间的互联、互换。–DTE（DataTerminalEquipment):数据终端设备，是指连接到数据通信网络上的用户设备，它可以作为数据源、数据宿或者两者兼备并按照某一链路协议来完成数据传送控制。–最先，DTE是指哑终端或打印机，现在，它常用来指计算机、局域网的互联设备（如网桥和路由器）。–Anendinstrumentthatconvertsuserinformationintosignalsfortransmissionorreconvertsthereceivedsignalsintouserinformation.DTE–DCE：DataCircuit-TerminatingEquipment（数据电路终端设备）,–与DataCommunicationEquipment（数据通信设备）是同义词。–它是用来连接DTE设备到通信网络传输电路或信道（channel)的设备（或功能单元），其功能是建立、保持和释放连接，并且提供任何一种代码变换或信号变换所需要的功能。DCE（1）–DCE位于DTE和传输电路（如电话线）之间。–当信道上传输的是模拟信号时，DCE常指modem；当信道让传输的是数字信号时，DEC常指CSU/DSU(channelserviceunit/dataserviceunit).DCE（2）DTEDCECSRDTEDCECRSCommunicationNetworkDTE-DCE之间的接口标准化接口标准化•DTE-DCE之间的接口标准：为建立、维护和拆除物理通路提供规范的机械、电气、功能和过程特征：–MechanicalCharacteristics：规定物理连接所使用接插件规格、尺寸、引脚数量和排列方式等外观特性–ElectricalCharacteristics：规定在物理连接上传输二进制比特流所使用的电平、匹配阻抗、传输速率和距离限制等。–FunctionalCharacteristics：定义DTE和DCE之间每条信号线的功能，一般分为data，control,timingandGNDetc.–ProceduralCharacteristics：规定信号的时序，即各个信号或电路的动作序列。7.2RS-232•RecommendedStandard–1962RS-232–1969RS-232C最后修订–1987RS-232D–1991RS-232E•RS-232-C是使用最早，应用最多的异步串行通信总线•RS-232-C是美国电子工业协会（EIA）制订的。7.2RS-232•CCITTV.24–V系列接口标准是为在电话网（含电话专线和电话交换网）中进行数据通信而制订的DTE-DCE间的接口标准。–CCITT对RS-232-C作了很小的修改后制订出的V系列（V.24和V.28)7.2RS-232•7.2.1RS-232-C电气特性•7.2.2RS-232-C机械特性•7.2.3RS-232-C功能特性•7.2.4RS-232-C过程特性•7.2.5RS-232-C的应用7.2.1RS-232-C电气特性•规定信号电平、匹配阻抗、传输速率和距离限制等。•信号电平：–负逻辑：RS-232-C(即RS-232-C采用NRZ-L编码）3-15V“0”-15-(-3)V“1”–正逻辑：TTL：Transistor-TransistorLogic晶体管-晶体管逻辑（电路）TTL:3.3V“1”0.6V“0”CMOS:10V“1”2.5V“0”•RS-232C与TTL/CMOS信号不能直接连接，必须通过接口电平转换电平转换，否则TTL/CMOS电路毁坏！–MC1488TTLRS-232C–MC1499RS-232CTTL–常用的MAX232MC都集成了MC1488/MC1499两项功能•Vmax=20kb/s•信息传输距离短:Lcable=15m7.2.2RS-232-C机械特性•RS-232C标准25针–DB9com1com2–DB25–插头：用于DTE–插座：用于DCE7.2.3RS-232-C功能特性•规定了每一个管脚功能、名称并说明相互间操作关系，标准25线，只定义了20条，其中5条未作规定。RS-232-C功能特性DTETXDRXDRTSCTSDSRSGNDDCDPGNDDTRRTRxCTxCRS-232C的信号为为两大类：–一类DTE与DCE交换的信息–另一类为正确无误地传输上述信息而设计地联络信号（1）传送信息信号：–TxD(TransmittingData)：由发送端（DTE）向接收端（DCE）发送的信息，按串行数据格式，即先低位后高位的顺序发出。管脚号2–RxD(RecevingData)：用来接收DTE发送端输出的数据，管脚号为3（2）联络信号：–RTS:RequesttoSend，DTEDCE当RTS=1时，表示DTE请求向DCE发送数据。（4）–CTS:CleartoSendDCEDTE，允许发送，当CTS=1时，表示本地DCE响应DTE向DCE发出的RTS信号，且本地DCE准备向远程DCE发送数据。（5）–DSR:datasetready，DCEDTE，指出本地DCE的工作状态。当DSR=1时，表示DCE可以与远程DCE建立通道。（6）–DTR：dataterminalready，DTEDCE，当DTR=1时，表示DTE处于就绪状态，本地DCE和远程DCE之间建立通信通道。（20）–DCD：DataCarrierDetect，DCEDTE，当DCD=1时，表示本地DCE接收到远程DCE发来的载波信号。（8）–RI：RingIndication，DCEDTE，当RI=1时，表示本地DCE收到远程DCE振铃信号。（22）–地线：由于RS232C非平衡型电路，所有信号公用一根GND•1：保护地，可不接•7：信号地，必须接7.2.4RS-232-C过程特性•以RS232C在租用线路上进行同步全双工传输接口工作过程为例(p196)：–显示传输前的准备工作–保证四个设备全部准备就绪，可以进行传送–在发送和接收MODEM间建立物理连接–传送数据–清除发送信号7.2.5RS-232-C的应用•RS232C主要用在串行通信数据传输中•使用方式:(p197-p199)–使用MODEM连接–DTE之间直接相连–三线连接法RS232C的应用•RS232C传送波形图：以传送字符‘x’和‘y’为例，说明RS232C信号传送波形图。–编码方法：非归零二电平码（NRZ-L)，负逻辑–传送方法：异步传送模式•1为起始位•2位停止位–差错控制：奇校验例题；传‘X’=58H=01011000低位高位异步通信中，停止位和空闲位的电平与逻辑“1”的电平相同，在负逻辑中，为低电平Time起始位(逻辑值“0”)停止位奇偶校验位传‘Y’=59H=01011001低位高位7.3RS-449/423/422/485•RS-232-C作为应用广泛的串行接口总线，有着明显的缺陷：–速度慢：Vmax=20kb/s–信息传输距离短:Lcable=15m–使用非平衡发送器，电气性能不佳–信号之间容易产生码间串扰–推出了新的串行接口总线标准449/423/422/485以及USB等7.3RS-449/423/422/485•7.3.1RS-449•7.3.2RS-423-A/RS-422-A•7.3.3RS-4857.3.1RS-449•RS449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RS449定义，而电气特性接口由两个不同的标准定义：–RS422A：用于平衡电路V.11/X.27–RS423A：用于非平衡电路V.10/X.26•RS449与RS232C相比：–增加了10条接口引脚，从表7.3可以看出–传送速率高，传送距离长•100kb/s1200m–接口连接器采用37针和9针（安排辅助信道的管脚）–接口管脚大致分为五大类：•公共地•数据•控制•定时线•辅助信道7.3.2RS-423A/RS-422-A•RS449的两个子集，RS422采用平衡电路，RS423采用非平衡电路–负逻辑，且参考电平为地：•‘1’:-6v‘0’:+6v•RS422规定了差分平衡的电气接口，即在较长距离明显地提高数据传输速率–100kb/s1000m–10Mb/s10m•R423规定了差分平衡的电气接口7.3.3RS-485•RS485是工业控制过程中的串行接口总线，它由RS422变型而来，实际上它们的差别在于：–RS422全双工RS485半双工–RS422采用两对平衡差分信号线，而RS485只需1对•RS485更适合于多站互联，一个发送驱动器最多可连接32个负载设备TxD使能TxDRxDRxD使能485连接电路，半双工通信，某一个时刻只能有一个站可以发送数据；另一个只能接收，发送电路由使能控制422连接电路，全双工通信，任一个时刻同时进行发送和接收TxD使能TxDRxDRxD使能7.4X.21标准•CCITT对DTE和DCE之间接口标准有X系列和V系列两大类建议：–Vseries:V是为在电话网（含电话专线和电话交换网）中进行数据通信而制订的DTE-DCE间的接口标准–Xseries:公用数字交换网络中DTE和DCE之间的接口标准7.4X.21标准•7.4.1X.21建议•7.4.2X.21功能特性•7.4.3X.21过程特性•7.4.4X.21电气特性•7.4.5X.21机械特性•7.4.6X.21bis建议7.4.1X.21建议•DTE和DCE之间交换信号的接口标准，设计目标就是允许接口在更长的传输距离间进行更高速率的数据传输。–DTE和DCE：300m–同步半双工或全双工时：10Mb/s–欧洲网络多使用X.21接口7.4.2X.21功能特性•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地GT发送：T线上的信号是DTE送往DCE的数信号和呼叫控制信号。•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地GR线上的信号是DCE送往DTE的数据信号和呼叫控制信号。。•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地GON状态表示在进行数据传输，OFF状态表示数据传输阶段已经结束。•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地G告知DTE码元的开始和结束,每个控制序列开始至少加上SYN字符•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地G表示DTE一个字节的开始和结束，它是任选项。•机械特性：DB-15连接头•功能特性：DB-15中仅定义了8条接口线DTEDCE发送T控制C接收R指示I位定时信号S字节定时信号(任选)B信号地SG保护地G0表示ON，1表示OFF，用来控制通话过程7.4.3X.21过程特性•过程特性：–空闲和静止阶段：接口不工作（没有通话）–控制阶段：包括呼叫建立和清除