数据通信的基本方式可分为两种: 并行通信与串行通信。并行通信是指利用多条数据传输线将一个数据的各位同时传送，其特点是传输速度快，适用于短距离通信。串行通信是指利用一条传输线将数据一位位地顺序传送，其特点是通信线路简单，利用电话或电报线路就可实现通信，降低成本，适用于远距离通信，但传输速度慢。串行通信分为两种方式: 异步通信(ASYNC)与同步通信(SYNC)。

【实验目的】

(1)学习半导体激光发射、准直、接收光路设计及装调方法;

(2)掌握串行数据的驱动、接收电路设计及调试方法。

【实验原理】

异步通信以一个字符为传输单位，通信中两个字符间的时间间隔是不固定的，然而在同一个字符中的两个相邻位代码间的时间间隔是固定的。传送一个字符的信息格式规定有起始位、数据位、奇偶校验位、停止位等，其中各位的意义如下:

①起始位: 先发出一个逻辑“0”信号，表示传输字符的开始。

②数据位: 紧接着起始位之后，数据位的个数可以是5、6、7、8等，构成一个字符。通常采用ASCⅠⅠ码，从最低位开始传送，靠时钟定位。

③奇偶校验位: 数据位加上这一位后，使得“1”的位数应为偶数(偶校验)或奇数(奇校验)，以此来校验数据传送的正确性。

④停止位: 它是一个字符数据的结束标志，可以是1位、1.5位、2位的高电平。

⑤空闲位: 处于逻辑“1”状态，表示当前线路上没有数据传送。

波特率是衡量数据传送速率的指标，表示每秒钟传送的二进制位数。例如数据传送速率为120字符/秒，而每一个字符为10位，则其传送的波特率为10×120=1200(字符/秒) =1200(波特)。

同步通信以一个帧为传输单位，每个帧中包含有多个字符。在通信过程中，每个字符间的时间间隔是相等的，而且每个字符中各相邻位代码间的时间间隔也是固定的。同步通信的数据格式如下图所示:

同步通信的规程有以下两种:

①面向比特(bit)型规程: 以二进制位作为信息单位。现代计算机网络大多采用此类规程。最典型的是HDLC(高级数据链路控制)通信规程。

②面向字符型规程: 以字符作为信息单位。字符是EBCD码或ASCⅠⅠ码。最典型的是ⅠBM公司的二进制同步控制规程(BSC规程)。在这种控制规程下，发送端与接收端采用交互应答式进行通信。

串行数据通信根据数据传送方向的不同有以下三种方式，如图28.1所示。

图28.1 数据传送方式

单工方式: 只允许数据按照一个固定的方向传送，即一方只能作为发送站，另一方只能作为接收站。

半双工方式: 数据能从A站传送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在两个方向上传送，每次只能有一个站发送，另一个站接收。通信双方可以轮流地进行发送和接收。

全双工方式: 允许通信双方同时进行发送和接收。这时，A站在发送的同时也可以接收，B站亦同。全双工方式相当于把两个方向相反的单工方式组合在一起，因此它需要两条传输线。

在计算机串行通信中主要使用半双工和全双工方式。

串行数据通信中的信号传输方式分为基带传输和频带传输:

基带传输方式: 在传输线路上直接传输不加调制的二进制信号，它要求传送线的频带较宽，传输的数字信号是矩形波。基带传输方式仅适宜于近距离和速度较低的通信。

频带传输方式: 传输经过调制的模拟信号。在长距离通信时，发送方要用调制器把数字信号转换成模拟信号，接收方则要用解调器将接收到的模拟信号再转换成数字信号，这就是信号的调制解调。

实现调制和解调任务的装置称为调制解调器(MODEM)。采用频带传输时，通信双方各接一个调制解调器，将数字信号寄载在模拟信号(载波)上加以传输。因此，这种传输方式也称为载波传输方式。这时的通信线路可以是电话交换网，也可以是专用线。常用的调制方式有三种: 调幅、调频和调相。图28.2为各种不同的调谐波。

图28.2 各种不同的调谐波

本实验中由模数转换模块将R5控制的模拟电压转换为8位串行数据，此数据调制激光器产生相应的光信号。图28.3为数据发送端电原理图。

图28.3 数据发送端电原理图(www.daowen.com)

图28.4是串行数据接收端的电原理图。Si-PD将光信号转换为相应的电流信号，由OA1进行放大，OA1输出的串行数据经数模转换后变换成对应的模拟电压，经OA2缓冲，控制T1驱动指使灯，指示灯的亮度将取决于所接收到的串行数据，从而实现对该指示灯的远程控制。

【实验仪器】

CA9005信息光电子综合实验系统、实验用电路板、635nm半导体激光器、Si-PD、平凸透镜、示波器

图28.4 数据接收端电原理图

【实验内容及步骤】

(1)实验光路准备

①将635nm FP-LD、Si-PD用长支架固定于平台两端，将2个50mm焦距平凸透镜用短支架固定于磁性表座上，再置于相应的准直位置，分别组成发送端和接收端。

②连接Si-PD信号至主机PD输入端口，连接635nm FP-LD控制信号至主机LD1端口。

③检查电路连接无误后打开主机电源。

④设置LD1工作模式(MOD)为恒流驱动(ACC)，635nm FP-LD为恒定电流工作模式，驱动电流(Ic)置为20mA。

⑤设置测量模式(OPMMOD)为PD/AM模式，量程(RTO)切换至1mW。

⑥调节各光学器件高度和位置，使得Si-PD接收到的信号最大。

(2)实验电路准备

①将实验电路板电源连接至主机DC2端口。

②连接Si-PD信号输出至实验电路板S12端口，连接635nm FP-LD控制信号至实验电路板LDC端口。

③按图28.4连接线路。

(3)电路调试

①检查电路连接无误后打开主机电源，再打开实验电路板电源开关，此时红色电源指示灯亮。

②先将ADC模式控制短路块MOD断开，此时AD模块将输出递增的串行数字信号，用示波器观察ADO的输出信号波形。

③用示波器观察OA1输出信号(S6)，调节R2，使得OA1输出波形与ADO输出信号波形一致。此时8位数据信号灯应能显示递增变化的8位二进制数据。

④将ADC模式控制短路块MOD闭合，此时AD模块将输出与ADⅠ所输入电压对应的8位串行数字信号，此时接收器应能正确接收并显示该数据，同时DAO输出对应的模拟电压，负载指示灯的亮度也将与此数据对应。

【思考题】

(1)数据通信的基本方式可以分为哪几种? 它们分别是什么?

(2)串行数据通信根据数据传送方向的不同可以分为哪几种方式?

【注意事项】

(1)激光器通电后不能直接对准人眼，以免被灼伤。

(2)光学元件的光学面不能直接用手触摸和接触硬物，只能用镜头纸清洁。

(3)电路板上的短路板没有使用的要收到仪器盒内，以防丢失。