Основы цифровой электроники. Передача данных и виды связи

15.06.2016 13:08

 

 

В прошлых статьях по цифровой электронике я рассказывал о цифровых сигналах. Чем же так хороши эти цифровые сигналы? Как это бы странно не звучало, но цифровые сигналы по своей природе являются аналоговыми, так как передаются путем изменения значения напряжения или тока, но передают сигналы с ранее оговоренными уровнями. По своей сути, они являются дискретными сигналами.  А что означает слово "дискретный"? Дискретный - это значит состоящий из отдельных частей, раздельный, прерывистый. Цифровые сигналы относятся как раз к дискретным сигналам, так как имеют только ДВА СОСТОЯНИЯ: «активно» и «не активно» — «есть напряжение/ток» и «нет напряжения/тока».

 

 

В некоторых случаях может использоваться инверсное значение: есть напряжение — ноль, нет напряжения — один. Обычно это делается для увеличения помехозащищенности.

 

Главный плюс цифровых сигналов в том, что их проще передавать и обрабатывать. Для передачи цифровых сигналов чаще всего используют напряжение, поэтому принято два состояния: напряжение близко к нулю (менее 10% от значения напряжения) и напряжение близко к напряжению питания (более 65% от значения). Например, при напряжении питания схемы 5 Вольт мы получаем сигнал с напряжением 0,5 Вольт — «ноль», если же 4,1 Вольта — «единица».

 

 

Последовательный метод передачи информации.

Итак, что имеем? У нас есть один канал связи.  Что из себя она представляет в данном примере? Это и есть просто тупо два провода, источник электрического сигнала и приемник электрического сигнала, которые цепляются к этим проводам.

Это ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ.

 

Как мы уже сказали, по этим двум проводам мы можем передавать только два сигнала: «есть напряжение/ток» и «нет напряжения/тока».  Какие способы передачи инфы мы можем реализовать?

 

 

Самый простой способ - сигнал есть (лампочка горит)  - это ЕДИНИЧКА, сигнала нет (лампочка не горит) - это НОЛЬ

 

 

Если пораскинуть мозгами, можно придумать еще несколько различных комбинаций. Например, широкий импульс принять за единичку, а узкий - за ноль:

 

 

Или даже вообще взять за единичку и ноль фронт и срез импульса.  Внизу рисунок, если подзабыли, что такое фронт и срез импульса.

 

 

А вот и практическая реализация:

 

Да можно хоть сколько придумать различных комбинаций, если "получатель" и "отправитель" согласуют прием и передачу. Здесь я привел просто самые популярные способы передачи цифрового сигнала.  То есть все эти способы и есть  ПРОТОКОЛЫ. И их, как  я уже сказал, можно напридумывать туеву кучу.

 

 

Скорость обмена данными

Представьте себе картину... Студенты, идет лекция... Препод диктует лекцию, а студенты ее записывают

 

 

Но если препод очень быстро диктует лекцию и в придачу эта лекция по физике или матану, то в результате получаем:

Почему же так произошло?

 

С точки зрения цифровой передачи данных, можно сказать, что скорость обмена данными между «Отправителем» и «Получателем»  разная. Поэтому может быть реальна ситуация, когда «Получатель» (студент) не в состоянии принять данные от «Отправителя» (препода) из-за несоответствия скорости передачи данных: скорость передачи может быть выше или ниже той, на которую настроен приемник (студент).

 

Данная проблема в разных стандартах последовательной передачи данных решается по-разному:

- предварительная договоренность о скорости передачи данных (договориться с преподом, чтобы диктовал лекцию медленнее или чуть быстрее);

- перед передачей информации «Отправитель» передает некую служебную информацию, используя которую «Получатель» подстраивается под «Отправителя» ( Препод: "Кто не запишет эту лекцию полностью, тот не получит зачет")

 

 

Чаще всего, используется первый способ: в устройствах связи заранее устанавливается необходимая скорость обмена данными. Для этого используется тактовый генератор, который вырабатывает импульсы для синхронизации всех узлов устройства, а также для синхронизации процесса связи между устройствами.

 

 

Управление потоком

Также возможна ситуация, когда «Получатель»(студент) не готов принимать передаваемые «Отправителем»(преподом) данные по какой-либо причине: занятость, неисправность и др.

 

 

Решается эта проблема различными методами:

- на уровне протоколов. Например, в протоколе обмена оговорено: после передачи «Отправителем» служебного сигнала «начало передачи данных» в течение определенного времени «Получатель» обязан подтвердить принятие этого сигнала путем передачи специального служебного сигнала «готовность к приему». Данный способ называют «программным управлением потоком» - «Soft»

 

 

- на физическом уровне — используются дополнительные каналы связи, по которым «Отправитель» ДО передачи информации запрашивает у «Получателя» о его готовности к приему). Такой способ называют «аппаратным управлением потоком» - «Hard»;

 

Оба метода очень распространены. Иногда они используются одновременно: и на физическом уровне, и на уровне протокола обмена.

 

При передаче информации важно засинхронизировать работу передатчика и приемника. Способ установки режима связи между устройствами называют «синхронизацией». Только в этом случае «Получатель» может правильно (достоверно) принять переданное «Отправителем» сообщение.

 

 

Режимы связи

 

1)Симплексная связь.

В этом случае Получатель может только принимать сигналы от отправителя и никак не может на него повлиять. Это в основном ТВ или радио. Мы можем их только или смотреть или слушать.

 

2)Полудуплексная связь.

В этом режиме и отправитель и получатель могут передавать друг другу сигналы поочередно, если канал свободен. Отличный пример полудуплексной связи - это рации. Если оба абонента будут трещать каждый в свою рацию одновременно, то никто никого не услышит.

 

- Первый, первый. Я второй. Как слышно?

- Слышу вас нормально, отбой!

 

 

Сигнал может посылать только  отправитель, в этом случае получатель его принимает. Либо сигнал может отправлять получатель, а в этом случае отправитель его получает. То есть и отправитель и получатель имеют равные права на доступ к каналу (линии связи). Если они сразу оба будут передавать сигнал в линию, то, как я уже сказал, ничего из этого не получится.

 

 

3)Дуплексная связь.

В этом режиме и прием и передача сигнала могут вестись сразу в двух направлениях одновременно. Яркий тому пример - разговор по мобильному или домашнему телефону, или разговор в Skype.

 

 

 

Продолжение следует...

 

Читайте также:

 

 

 Основы цифровой электроники. Часть 1

 
 

Основы цифровой электроники. Часть 2

 

Основы цифровой электроники. Часть 3