第二節(jié) 數(shù)據(jù)信號(hào)的類別及傳輸方式

一、數(shù)據(jù)信號(hào)的類別

1．模擬信號(hào)

“模擬”（Analogos）這個(gè)概念來源于希臘語，表示“類似于”。模擬顯示數(shù)據(jù)（信息）是指通過直接與數(shù)據(jù)成比例的連續(xù)變化物理量進(jìn)行表示。

模擬信號(hào)（圖1-15）的特點(diǎn)是，它可以采用0～100%之間的任意值。因此模擬信號(hào)電壓（或電流）的變化方式是連續(xù)的，如指針式測(cè)量?jī)x表、水銀溫度計(jì)、指針式時(shí)鐘等。

在聽音樂時(shí)，人的耳朵就會(huì)接收到模擬信號(hào)（聲波連續(xù)變化）。汽車電器設(shè)備（音響系統(tǒng)、收音機(jī)、電話等）以同樣的方式通過連續(xù)變化的電壓表示出聲音。

但當(dāng)這種電信號(hào)由某一設(shè)備向另一設(shè)備傳輸時(shí)，接收裝置接收到的信息與發(fā)射裝置發(fā)送的信息并不完全相同。這是由于下列干擾因素造成的：

1）導(dǎo)線（電纜）長(zhǎng)度。

2）導(dǎo)線的線性電阻。

3）無線電波。

4）移動(dòng)無線電信號(hào)。

出于安全技術(shù)的原因，在車輛應(yīng)用方面不會(huì)通過模擬方式傳輸信息。此外，電壓變化太小則無法顯示出可靠值（ABS、安全氣囊、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)等）。

2．?dāng)?shù)字信號(hào)

“數(shù)字”這個(gè)概念來源于拉丁語“Digitus”，表示手指或腳趾，其本意是指可以用幾根手指算清的所有事務(wù)，或者更確切地說，“數(shù)字”就是可以分解為各自獨(dú)立的事務(wù)。

數(shù)字表示方式就是以數(shù)字形式表示不斷變化的物理量。尤其在計(jì)算機(jī)內(nèi)，所有數(shù)據(jù)都以“0”和“1”的序列形式表示出來（二進(jìn)制）。因此，“數(shù)字”是“模擬”的對(duì)立形式。數(shù)字信號(hào)的變化規(guī)律如圖1-16所示。

3．二進(jìn)制信號(hào)

“Bi”一詞來源于希臘語，表示“2”。因此，一個(gè)二進(jìn)制信號(hào)（圖1-17）只能識(shí)別兩種狀態(tài)，即0和1，或高和低。如車燈點(diǎn)亮或車燈未亮，繼電器觸點(diǎn)斷開或繼電器觸點(diǎn)閉合，供電或未供電，車門打開或車門關(guān)閉等。

每個(gè)符號(hào)、圖片甚至聲音都可由特定順序的二進(jìn)制字符來表述，如1001 01 10。通過這些二進(jìn)制編碼，計(jì)算機(jī)或控制單元可以處理信息或?qū)⑿畔l(fā)送給其他控制單元。

4．信號(hào)電壓

為了能夠清楚地區(qū)分高電壓和低電壓這兩種狀態(tài)，在汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中對(duì)信號(hào)電壓（圖1-18）作了明確的規(guī)定，高電壓為6～12V，低電壓為0～2V，2～6V之間屬于禁止范圍，只用于識(shí)別故障。

5．代碼表示

代碼就是一組由字符、符號(hào)或信號(hào)碼元以離散形式表示信息的明確的規(guī)則體系。例如，早年間在無線電通信中廣泛使用的莫爾斯電報(bào)機(jī)（圖1-19），其發(fā)出的莫爾斯電碼就是信息代碼。莫爾斯電碼的每個(gè)字母和數(shù)字都是通過不同長(zhǎng)度的信號(hào)序列進(jìn)行表達(dá)的。

我們熟悉的求救信號(hào)SOS（Save Our Souls，拯救我們的生命）用莫爾斯電碼表示為：

短短短——S；

長(zhǎng)長(zhǎng)長(zhǎng)——O；

短短短——S。

6．比特和字節(jié)

計(jì)算機(jī)中的所有信息都以位（bit，也稱比特，是二進(jìn)制數(shù)字的最小信息單位）為單位進(jìn)行存儲(chǔ)和處理的。因此，必須將所有數(shù)據(jù)（字母、數(shù)字、聲音、圖片等）轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼，以便在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。

最常用的系統(tǒng)和代碼用8個(gè)位構(gòu)成1個(gè)字節(jié)。因此，可以對(duì)256個(gè)字節(jié)進(jìn)行設(shè)碼。

1千字節(jié)（KB）=2¹⁰字節(jié)，即1024字節(jié)

1兆字節(jié)（MB）=2²⁰字節(jié)，即1024KB（1048576字節(jié)）

l千兆字節(jié)（GB）=2³⁰字節(jié)，即1024MB（1073741824字節(jié)）

注意：換算系數(shù)不是1000，而是1024。

二、數(shù)據(jù)傳輸方式

根據(jù)發(fā)送裝置向接收裝置傳輸信息時(shí)各字節(jié)的傳輸方式不同，數(shù)據(jù)傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。

1．并行傳輸

進(jìn)行并行傳輸（圖1-20）時(shí)，發(fā)送裝置向接收裝置同時(shí)（并行）傳輸7～8位數(shù)據(jù)。以并行形式傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，兩個(gè)設(shè)備之間的電纜必須包括7或8根平行排列的導(dǎo)線（如接地導(dǎo)線）。

由圖1-20可以看出，采用并行傳輸方式時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸如同在具有8條車道（車道相當(dāng)于數(shù)據(jù)導(dǎo)線）的公路上行車（每輛車的載運(yùn)量相當(dāng)于1位數(shù)據(jù)，8輛車的載運(yùn)量之和相當(dāng)于1個(gè)字節(jié)），在同一時(shí)間內(nèi)，可以通過8輛車。雖然其通行效率高，但是要構(gòu)筑8條車道，建設(shè)成本高昂。

需要較高的傳輸速度時(shí)，通常使用這種傳輸方式。但是由于插接裝置和電纜方面的費(fèi)用較高，因此只能在傳輸路徑較短時(shí)采用并行傳輸方式。

2．串行傳輸

串行傳輸（圖1-21）主要用于在數(shù)據(jù)處理設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在1根導(dǎo)線上以位為單位依次（連續(xù)形式）傳輸所需數(shù)據(jù)。

由圖1-21可以看出，采用串行傳輸方式時(shí)，其數(shù)據(jù)傳輸猶如在具有1條車道（車道相當(dāng)于數(shù)據(jù)導(dǎo)線）的公路上行車（每輛車的載運(yùn)量相當(dāng)于1位數(shù)據(jù)，8輛車的載運(yùn)量之和相當(dāng)于1個(gè)字節(jié)），在同一時(shí)間內(nèi)，只能通過1輛車。其通行效率低，但只需構(gòu)筑1條車道，建設(shè)成本低廉。串行傳輸方式的優(yōu)點(diǎn)是降低了布線成本，缺點(diǎn)是延長(zhǎng)了數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。1個(gè)8位并行接口可在1個(gè)時(shí)間單位內(nèi)傳輸1個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，而1個(gè)串行接口至少需要8個(gè)單位時(shí)間才能傳輸相同字節(jié)的數(shù)據(jù)。不過，傳輸距離越長(zhǎng)就越能體現(xiàn)出串行傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)。

滿足下列某個(gè)或多個(gè)條件時(shí)大多使用串行傳輸方式：

1）傳輸距離較長(zhǎng)（如在兩個(gè)或多個(gè)距離較遠(yuǎn)的控制單元之間傳輸數(shù)據(jù)）。

2）出于大量節(jié)約導(dǎo)線的考慮。

3）對(duì)抗干擾能力（屏蔽導(dǎo)線）要求較高。

4）系統(tǒng)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小。

目前汽車上并行數(shù)據(jù)傳輸方式多在控制單元內(nèi)部線路中使用，而在控制單元外部傳輸信息則大都以串行傳輸方式進(jìn)行。串行數(shù)據(jù)傳輸既可以采用同步傳輸方式，也可以采用異步傳輸方式。

3．同步數(shù)據(jù)傳輸

使用1個(gè)共同的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器可保持發(fā)送裝置和接收裝置時(shí)間管理的同步性，這種方式就是同步傳輸方式（圖1-22）。采用同步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，只需使用發(fā)送裝置的時(shí)鐘脈沖發(fā)生器即可，但必須通過1根單獨(dú)的導(dǎo)線將其節(jié)拍頻率傳送給接收裝置。

進(jìn)行同步傳輸時(shí)，通常以信息組形式發(fā)送數(shù)據(jù)，且必須使接收裝置與信息組傳輸同步化。因此，在信息組起始處發(fā)送1個(gè)起始符號(hào)，在停止處發(fā)送1個(gè)停止識(shí)別符號(hào)。

4．異步數(shù)據(jù)

傳輸發(fā)送和接收裝置之間最常用的時(shí)間管理方式是異步傳輸方式。進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，發(fā)送和接收裝置之間沒有共同的系統(tǒng)節(jié)拍。系統(tǒng)通過起始位和停止位識(shí)別數(shù)據(jù)組的開始和結(jié)束。只有當(dāng)接收裝置確認(rèn)已接收到之前的數(shù)據(jù)后，發(fā)送裝置才會(huì)傳輸后續(xù)的數(shù)據(jù)。異步傳輸方式的數(shù)據(jù)傳輸速率相對(duì)較慢，數(shù)據(jù)傳輸速率還取決于總線長(zhǎng)度。

進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，僅針對(duì)字符的持續(xù)時(shí)間建立并保持發(fā)送和接收裝置之間的同步性，這種方式又稱為起止方式。進(jìn)行異步傳輸時(shí)，每個(gè)字符起始處都有1個(gè)起始位。接收裝置可通過該起始位與發(fā)送裝置的節(jié)拍保持同步。隨后發(fā)送5～8位數(shù)據(jù)位，并可能發(fā)送一個(gè)檢查位（校驗(yàn)位）。在導(dǎo)線上發(fā)送數(shù)據(jù)位時(shí)首先發(fā)送最低值數(shù)位，最后發(fā)送最高值數(shù)位。此后，還有一個(gè)或兩個(gè)停止位。停止位用于在傳輸兩個(gè)字符之間形成一個(gè)最小的時(shí)間間隔，以便為接收裝置接收后續(xù)字符留出必要的準(zhǔn)備時(shí)間。這種由起始位、數(shù)據(jù)位和停止位構(gòu)成的單位稱為數(shù)據(jù)幀。進(jìn)行異步數(shù)據(jù)傳輸時(shí)數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如圖1-23所示。

發(fā)送和接收裝置的傳輸形式必須一致。也就是說，兩個(gè)設(shè)備內(nèi)的下列參數(shù)需調(diào)節(jié)一致：

1）傳輸速率。

2）奇偶校驗(yàn)檢查。

3）數(shù)據(jù)位的數(shù)量。

4）停止位的數(shù)量。

5．?dāng)?shù)據(jù)總線上的信息流方向

（1）單工通信 如圖1-24所示，如果在數(shù)據(jù)總線上，信息流（數(shù)據(jù)流）只能由一個(gè)控制單元傳向另一個(gè)控制單元，而不能反向傳輸，則稱為單工通信。

（2）雙工通信 如圖1-25所示，如果在數(shù)據(jù)總線上，信息流（數(shù)據(jù)流）可以由一個(gè)控制單元傳向另一個(gè)控制單元，而且可以進(jìn)行反向傳輸，則稱為雙工通信。