应用电子、继电线路设计内容资料.doc 43页

1引言在日新月异的21世纪里，家用电子产品得到了迅速发展。许多家电设备都趋于人性化、智能化，这些电器设备大部分都含有CPU控制器或者是单片机。单片机以其高可靠性、高性价比、低电压、低功耗等一系列优点，近几年得到迅猛发展和大范围推广，广泛应用于工业控制系统、通讯设备、日常消费类产品和玩具等。并且已经深入到工业生产的各个环节以及人民生活的各个方面，如车间流水线控制、自动化系统等、智能型家用电器（冰箱、空调、彩电）等。用单片机来控制的小型家电产品具有便携实用，操作简单的特点。本文设计的电子万年历属于小型智能家用电子产品。利用单片机进行控制，实时时钟芯片进行记时，外加掉电存储电路和显示电路，可实现时间的调整和显示。电子万年历既可广泛应用于家庭,也可应用于银行、邮电、宾馆、医院、学校、企业、商店等相关行业的大厅，以及单位会议室、门卫等场所。因而，此设计具有相当重要的现实意义和实用价值。2系统概述本设计以AT89S52单片机为核心，构成单片机控制电路，结合DS1302时钟芯片和24C02FLASH存储器，显示阳历年、月、日、星期、时、分、秒和阴历年、月、日，在显示阴历时间时，能标明是否闰月，同时完成对它们的自动调整和掉电保护，全部信息用液晶显示。人机接口由三个按键来实现，用这三个按键对时间、日期可调，并可对闹铃开关进行设置。软件控制程序实现所有的功能。整机电路使用+5V稳压电源，可稳定工作。系统框图如图2-1所示，其软硬件设计简单，时间记录准确，可广泛应用于长时间连续显示的系统中。人机接口显示电路软件控制程序电源电路单片机控制电路图2-1系统框图3方案选择由于电子万年历的种类比较多，因此方案选择在设计中是至关重要的。正确地选择方案可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。3.1方案1——基于AT89S52单片机的建筑防盗系统设计不使用时钟芯片，而直接用AT89S52单片机来实现建筑防盗系统设计。AT89S52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压，高性能CMOS43 8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦写1000余次。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89S52是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。若采用单片机计时，利用它的一个16位定时器/计数器每50ms产生一个中断信号，中断20次后产生一个秒信号，然后根据时间进制关系依次向分、时、日、星期、月、年进位。这样就实现了直接用单片机来实现建筑防盗系统设计。用单片机来实现建筑防盗系统设计，无须外接其他芯片，充分利用了单片机的资源。但是精度不够高，误差较大，掉电后丢失所有数据，软件编程较复杂。3.2方案2——应用电子、继电线路设计4系统硬件电路的设计4.1系统核心部分——BISS00011BISS0001的结构和工作原理：1．1BISs0001引脚功能说明引脚1(A)：可重复触发和不可重复触发选择端．当设为“l”时，允许重复触发；反之，不可重复触发．引脚2(VO)：控制信号输出端．由有效触发的上跳变沿触发，使输出从低电平跳变到高电平视为有效触发．在输出延迟时间外和无有效触发时，保持低电平．引脚3、4(RR1、RC1)：输出延迟时间TX调节端，TX＝49152R1C143 引脚5、6(RC1、RR2)：触发封锁时间Ti调节端．Ti=24R2C2引脚11、7(VDDVSS)：工作电源正、负端．引脚8(VRF／RESET)：参考电压及复位输入端．通常接VDD，当接“0”时，可使定时器复位．引脚9(Vc)：触发禁止端．当V<0．2V。。时，禁止触发；反之，允许触发．引脚10(IB)：运算放大器偏置电流设置端端．引脚13、12(2IN一、2OUT)：第2级运算放大器反向输入端、输出．引脚l4、l5、l6(1IN+、1IN一、1OUT)：第1级运算放大器同向输入端、反向输入端、输出端．1．2BISSO001的电气参数BISSO001采用高性能CMOS工艺制造，功耗很低；工作电压是3～6V，推荐使用5V；当工作电压为5V时，输出的驱动电流对应为10mA；工作温度为-20--+70℃；贮存温度-40--+125℃．43 1．3BISSO001工作原理BISS0001是由运算放大器、电压比较器、状态控制器、延迟时间定时器以及封锁时间定时器等构成的数模混合专用集成电路．它可被设置为可重复触发和不可重复触发2种方式．下面分别介绍2种工作方式．根据实际需要，利用运算放大器0P1组成传感信号预处理电路，将信号放大．然后耦合给运算放大器OP2再进行第2级放大，同时将直流电位抬高为图2所标注的VM(＝0.5VDD)后，将输出信号V2转换成有效触发信号Vs．由于VH=0.7VDD、VL=0．3VDD，所以，当VD=5V时，可有效抑制±1V的噪声干扰，提高系统的可靠性．COP3是一个条件比较器．当输入电压VCVR时，COP3输出为高电平，进入延时周期．当A端接“0”电平时，在TX时间内任何V2的变化都被忽略，直至TX时间结束，即所谓不可重复触发工作方式．当TX时间结束时，VO下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器而进入封锁周期．在Ti时间内，任何V2的变化都不能使VO跳变为有效状态(高电平)，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰.可重复触发方式工作原理图见图４43 可重复触发工作方式下的波形在VC=“0”、A=“0”期间，信号VS不能触发,VS为有效状态．在Vc=“1”、A=“1”时，Vs可重复触发Vo为有效状态并可促使Vo在TX周期内一直保持有效状态．在TX时间内，只要Vs发生上跳变，则Vo将从Vs上跳变时刻起继续延长一个TX周期；若Vs保持为“1”状态，则一直保持有效状态；若Vs保持为“0”状态，则在TX周期结束后Vo恢复为无效状态，并且，同样在封锁时间Ti内，任何Vs的变化都不能触发Vo为有效状态．2BISS0001在热释电红外开关上的应用实例图中Ｒ２为１００Ｋ电位器43 1热释电传感器是一种近十几年发展起来的新型红外传感器，在红外检测领域中占有越来越重要的地位，已广泛应用于红外测温、红外报警、工业过程自动监控、激光测量、光谱分析、气体分析、红外摄像和空间技术等诸多方面。与其它红外传感器相比，突出的优点之一是可在室温条件下工作，无需致冷。尽管如此，对于它的温度稳定性仍有必要研究。这是因为这种传感器的应用场合不同，环境温度可能差别很大。2响应率与温度的关系由热平衡理论可以证得，红外热释电传感器的电流响应率和电压响应率分别为式中：A为传感器的极板面积；A为热释电系数；叩为传感器受辐照的吸收率；H，G为传感器的热容量和等效热导；为调制频率；r，为传感器的热时间常数和电时间常数；C为热释电薄片的等效电容与前放输入电容之和。在式(1)和式(2)中，H和G分别为L2J式中：C为定容比热；lD，d为热释电材料的密度和厚度；T为环境温度；为斯特藩一玻耳兹曼常数。由热释电系数定义式式中：K，为居里一韦斯常数和极化系数；为传感器材料的居里温度。通常，热释电传感器的等效电容远大于前放的输入电容，故有式中：￡0，￡，为传感器材料的真空介电常数和相对介电常数；d为热释电薄片的厚度。43 至此，得到热释电传感器的流响应率和电压响应率与温度的函数关系式。应该指出的是，式(9)中C也与温度有关，即电流响应率通过C隐含与温度的关系。式(10)中电时间常数也随温度变化。因此式(9)和式(10)表示的响应率与温度的关系是一个较复杂的函数关系。通常研究响应率与温度的关系用一个实验公式。3测试结果分析用国产KTL系列hTaO3传感器和KAT系列3F,S传感器，并按常规，即黑体温度取500K，黑体与传感器距离为30cm，调制频率为12．5Hz，分别进行测试，得出2组数据。见图1。由测试结果可见，LiTa％传感器具有较好的温度稳定性。在一10～+50℃范围内，电压相对响应值变化平缓，而在这范围之外，传感器的温度稳定性变差，但应该指出的是，hTaO~材料本身的温度稳定性比构成传感器之后的温度稳定性好得多。在一40～+75℃范围内，材料参数随温度变化值甚小l4J。实验中，前放的有源器件采3DJ4F型结型场效应管。在低于一10℃，高于+50℃时，这种电路的工作点变化较大，不能正常工作，使温度稳定性变坏。80—60-40-200204U叫80lUU代热释电传感器温度特性曲线TGS传感器与LiTaO~传感器相比，温度稳定性较差。在一10～+45℃范围内，电压相对响应值随温度变化不大，故此种传感器可工作在这个温度区。当温度偏离这个范围，传感器的输出电压明显下降。应该指出，产生这样的结果在一定程度上取决于材料自身的性能。由于实验中所用TGS的居里温度为52℃，如前面指出c与温度有关，在居里点附近比热有突变，所以这种传感器使用范围高温只能小于45℃，不会有较温度稳定性。尽管TGS传感器的最佳工作温度区比LXaO~传感器的小，且稳定性差，但在这个区域内，前者的归一化探测率比后者高1～2倍。上述结果与理论推证是吻合的。对式(9)和式(1O)求偏微分可以看出，工作温度越接近居里温度，R和R的变化率越大，但符号相反，前者的变化率是负的，后者的变化率是正的。可见，不同的热释电晶体，由于居里温度不同，材料参数随温度的变化情况也不同，由此构成的传感器也就具有不同的温度特性。要使传感器受工作温度的影响小，温度稳定性好，应该选52InstnunentTechniqueandSensorJtm2O04用居里温度比工作温度高很多的热释电材料。理论和实验表明：两种典型的热释电传感器的温度稳定性差别较大。TGS器件的居里点低，器件本身的温度稳定性较差。而43 LiTa器件温度稳定性较好，但由于受前放的制约，这种器件的温度稳定性不能完全发挥出来。此外，两种器件又别具特色：rIGS器件的探测率比较高，而LiTaO3器件不易潮解。仿真，保证了其正确性。另外，使用这种方法还大大减小了电路板的面积，适用于微型化仪器中。当然，使用哪种设计方法还取决于具体的应用要求，需要从整体上考虑。由于载玻片的存在，导致在棱镜／载玻片、载玻片／金膜两个表面的反射光发生干涉，干涉条纹在SPR曲线上产生了周期性的明暗条纹变化。通过计算干涉条纹周期随入射角度的变化，发现干涉条纹周期在原SPR谐振角附近，存在着一个奇异的尖锐的突起，把这个尖突称为SPR干涉谐振峰，相应的峰顶对应的入射角称为干涉谐振角．nt—sPR．讨论了干涉谐振角Oint-s陬与生物膜厚度d3和生物膜折射率n，的关系。计算表明：干涉谐振角0一sPR在厚度d3或者折射率n分别变化时，与变化的参量(d或／7,3)有着良好的线性关系，与SPR谐振角0spa的线性具有相同的量级，这说明有可能通过测定干涉谐振角0int-sPR来检测生物样品的细微变化，从而提出了一种确定SPR峰值移动的全新的方法。__为了提高对32个地址的寻址能力（地址/命令位1～5＝逻辑1），可以把时钟/日历或RAM寄存器规定为多字节（burst）方式。位6规定时钟或RAM，而位0规定读或写。在时钟/日历寄存器中的地址9～31或RAM寄存器中的地址31不能存储数据。在多字节方式中，读或写从地址0的位0开始。必须按数据传送的次序写最先的8个寄存器。但是，当以多字节方式写RAM时，为了传送数据不必写所有31字节。不管是否写了全部31字节，所写的每一字节都将传送至RAM。数据读写程序如图4-6所示。≈SCLKK≈RSTI/O5713572102460≈46R/CA2A3A0A1R/WA41≈DATAI/OBYTEDATAI/OBYTE图4-6数据读写程序采用热释电红外传感器及专用芯片构成的被动式人体红外探测器，具有监测范围宽、探测距离远、可靠性高等优点，在安全防范及自动控制领域已得到广泛应用。本文介绍的热释电红外探测器是由热释电红外传感器RE200B、红外专用芯片BISS0001及其外围电路组成，热释电红外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度、距离、方向等有关的低频电信号，经过后级状态控制器即可产生相应输出信号，从而达到探测移动目标的目的。1热释电效应在热释电红外探测器中有两个关键性的元件，一个是热释电红外传感器(PTR)，R能将红外信号转变为电信号，并能对自然界中的白光信号具有抑制作用。另一个是菲涅尔透镜，用来配合热释电红外线传感器，以达到提高接收灵敏度。热释电传感器具有自极化效应，晶体处于低于Curie温度的恒温环境时，其自极化强度保持不变¨，即极化电荷面密度保持不变。这些极化电荷被空气中的带电粒子中和，如图143 所示，当红外辐射入射晶体，被晶体吸收后，晶体温度升高，自极化强度变小，即电荷面度变小。这样，晶体表面存在多余的中和电荷，这些电荷以电压或电流的形式输出，该输出信号可用来探测辐射。相反，当截断该辐射时，晶体温度降低，自极化强度增大由相反方向的电流或电压输出。3热释电红外探测器电路设计由电压响应度表达式可知，传感器的电压响应度与入射光辐射变化的频率成反比，因此物体移动速度越快，同样的入射功率下，输出电压就会越小，只有达到报警阈值电平时，探测器电路才会有电压信号输出。利用热释电探测器PSPICE等效电路模型设计实用探测器电路原理框图如图3所示。当人体进入警戒区，人体温度会引起环境温度辐射场的变化，通过菲涅尔透镜，热释电红外探头应到的是人体温度与背景温度的差异信号，则在负载电阻上产生一个电信号，采集的电信号触发外围电路，最终实现报警。43 热释电红外探测器外电路采用的器件包括红外探测器专用芯片——红外传感信号处理BISSO001、热释电红外探头RE200B(传感器)及一些外围元件(电阻电容)。检测元件BISS0001是CMOS数模混合专用集成电路，具有独立的高输入阻抗运算放大器，可与多种传感器匹配，进行信号预处理。另外它还具有双向鉴幅器，可有效抑制干扰，其内部设有延迟时间定时器和封锁时间定时器。管脚各点波形如图4所示。当A端等于“0”时，为不可重复触发工作方式，即在时间内，任何，c，的变化都被忽略，直至延迟时间结束。当时间结束时，下跳回低电平，同时启动封锁时间定时器进入封锁周期。在周期内，任何的变化都不能使为有效状态。本电路中由于BISSO001的1脚接的是低电平，即此时芯片设置为不可重复触发状态，所以在延时周期内，路不会被重复触发，直到延时周期结束。这一功能的设置，可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。图5所示为探测器分立元件电路图。当热释电红外探头接收到人体发出的红外线后，输出一个微弱的低频电信号到BISSO001芯片对信号进行放大预处理，同时将直流电位抬高到。再经内部双向鉴幅检出有效触发信号去启动延迟时间定时器(只要有触发信号的上跳沿则可启动延迟时间定时器)。由于3．15V，．1．35V，所以当VCC为+4．5V电压时，可有效地抑制4-0．9V(一，)的噪声干扰，提高系统的可靠性。，c为一条件比较器，当输入电压Vc<时，，c输出为低电平，封锁了与门，禁止触发信号向下级传递；当V>时，，c输出为高电平，则打开与门，c，此时，如果有触发信号的上跳变沿到来，将启动延迟时间定时器，同时脚输出高电平信号，可实现信号的检测或报警。此时探测器进入延时周期，延迟与封锁时间可调。43 4结论利用PSPICE中的ABM功能建立的多层薄膜热释电探测器的等效模型，设计了一种实用的热释电红外探测器电路。模拟结果与实验数据基本一致。根据模型选取适当的参数，可以设计不同的红外探测器实用电路，为红外探测器电路设计提供了新的思路。致谢不知不觉，六周的毕业设计结束了。我的毕业论文已整理完毕，电路调试进展良好。毕业设计的完成意味着我的大学学习生活即将结束，从此我将进入一个新的人生旅途、开始一段崭新的生活——工作。在此，我衷心地感谢所有在我做毕业设计期间帮助过我的人。首先我要感谢我的指导老师李杰的大力帮助和支持。在整个设计过程当中，李老师在大局上指导我毕业设计的每一进程，还在百忙中抽空为我答疑解难，帮我分析讲解毕业设计中所遇到的问题。不仅如此，李老师还无私的给我提供了丰富的学习资源和良好的学习环境，为我的毕业设计带来了很大方便。同时在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见，使我受益匪浅。另外，李老师渊博的学识、严谨的治学态度和为人给了我很大的教育，这些将使我终身受益。在此，我衷心感谢李老师给予我的帮助和教育。此外，我还要感谢谭璐同学给予我的无私的帮助，他们在程序编写和调试过程中给予了我莫大的帮助。在此，我真诚地感谢他们。最后，我要感谢我的母校——43 天津工程师范学院，在校期间，这里给我留下了美好的回忆。特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼的机会，使我加深了对以前知识的理解和巩固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综合应用能力。我要对母校说：母校有我三五载，我爱母校一生。祝愿母校的将来更美好！图4-108031与液晶的接口电路根据以上电路原理图中液晶的各引脚与单片机的接法，可得本设计的液晶模块电路如图4-11所示。VSS接地；数字电源VDD接＋5V；对比度控制电压V0接电位器，可通过调节电位器调整液晶亮度；数据、指令选择信号RS接单片机P2.0口；读写选择信号R/W接单片机P2.1口；单片机读、写选通信号/RD、/WR通过与非门接液晶的读写使能信号E；DB0～DB7分别接单片机的P0.0～P0.7口；芯片1、芯片2的片选分别接单片机的P2.2、P2.3口；复位端RST、背光正电源LEDA接＋5V；液晶驱动电压VEE、背光负电源LEDK接地。图4-11液晶模块电路4.5键盘电路本设计共采用按键3个，分别与单片机的P1.7、P1.6、P1.5口相连，分别对应光标移动，时间、日期调整，退出、闹铃开关键的功能。与单片机的接法可参照附录1——电子万年历设计电路原理图。4.6闹铃电路当闹铃显示“关”时，闹铃不起作用；当闹铃显示“开”时，设定闹铃时间，闹铃时间只可设定时和分，当前时间不断与设定的闹铃时间比较，不相等时不产生任何现象，一旦相等，P3.5输出一个高电平使三极管导通，从而使蜂鸣器工作，闹铃起作用。闹铃电路如图4-12所示。43 图4-12闹铃电路5系统程序的设计5.1阳历程序的设计因为使用了时钟芯片DS1302，阳历程序只需从DS1302各寄存器中读出年、周、月、日、［小］时、分、秒等数据，再处理即可。在首次对DS1302进行操作之前，必须对它进行初始化，然后从DS1302中读出数据，再经过处理后，送给显示缓冲单元。阳历程序流程图见图5-1所示。开始初始化DS1302读24C021302开始振荡从1302中读出年、周、月、日、[小]时、分、秒将BCD码高低位分离，送显示缓冲单元图5-1阳历程序流程图5.2时间调整程序设计43 调整时间用三个调整按钮，一个作为移位、控制用，一个作为加用，一个作为退出调整和闹铃开关用。分别定义为控制按钮、加按钮、退出按钮。在调整时间过程中，要调整的位与别的位应该有区别，所以增加了闪烁功能，即调整的位一直在闪烁，直到调整下一位。闪烁原理就是，让要调整的一位每隔一定的时间熄灭一次，例如间隔时间为50ms。利用定时器计时，当达到50ms溢出时，就送给该位熄灭符，在下一次溢出时，再送正常显示的值，不断交替，直到调整该位结束。此时送正常显示值给该位，再进入下一位调整闪烁程序。时间调整程序流程图如图5-2所示。控制键有效，进入年调整程序等待按键程序加键有效年加1控制键有效，进入月调整程序控制键有效，进入日调整程序控制键有效，进入星期调整程序控制键有效，进入时调整程序控制键有效，进入分调整程序等待按键程序加键有效月加1等待按键程序加键有效日加1等待按键程序加键有效星期加1等待按键程序加键有效小时加1等待按键程序加键有效分加1控制键有效，跳出时间调整程序，进入主循环程序43 图5-2时间调整程序流程图5.3阴历程序设计阴历程序的实现是要靠阳历日期来推算的。要根据阳历来推算阴历日期，首先要设计算法。推算方法是，根据阳历当前日期在一年中的天数来计算阴历日期。阳历一个月不是30天就是31天（2月除外，闰年2月为29天，平年2月为28天）。阴历一年有12个月或13个月（含闰月），一个月为30天或29天。如果把一个只有29天的月称为小月，用1为标志，把30天的月称为大月，用0为标志，那么12位二进制就能表示一年12个月的大小。如果有闰月，则把闰月的月份作为一个字节的高4位，低4位表示闰月大小，大月为0，小月为1，这样一个字节就包括了所有闰月的信息。阴历春节和阳历元旦相差的天数也用一个字节表示。总共用4字节就可以存储一年中任何一天阳历和阴历的对应关系的有关数据，例如2004年的阴历和阳历对应关系如表5-1所示。表5-12004年的阴历和阳历对应关系表月份123456789101112闰2月大小小大大大小大小大小大小大小二进制1000101010101天数293030302930293029302930十六进制4252212004年的春节和元旦差21天，这样2004年的信息表示为：21，42H，52H，21H。其中表示12个月大小信息的字节，第4位和第7位不用，第1个字节为十进制，其它的都为十六进制。按此方法，50年的阳历和阴历对应关系表总共使用200字节。有了算法和数据以后，就可以设计软件了。先要根据当前阳历的日期，算出阳历为该年中的第几天。图5-3为计算阳历中任何一天在该年中为第几天的程序流程图。置阳历总天数为0当前月为1月？总天数中加入该月天数月数加1与当前月同？总天数中加入号数当前号数是总天数计算阳历天数结束，总天数中的数据为当前日期在阳历年中为第几天YNNY43 图5-3计算阳历天数程序流程图计算出当前阳历日期为该年中的第几天后，再减去阳历该年春节和元旦的日差，如果够减，则相减的结果就是阴历在该年中的总第几天了。根据该数据就可以推算出具体的当前阴历日期；如果不够减，则表示当前阴历年为阳历年的前一年。这种情况下，根据实际，当前阴历日期会处于阴历11月或12月，此时春节和元旦的日差减去前面计算出的当前阳历日期在阳历年为第几天的数据，其结果表示当前阴历日期离春节的天数。计算出的阳历天数为该年的第几天，存放在寄存器R2和R3中。计算出天数后，如果大于#FFH，则把#FFH存放在R2中，余值存放在R3中。也就是说在用寄存器R2和R3表示的天数信息中，R2充当主寄存器，数据先存满R2，再存R3。在整个转换程序中，这里面的数据不能被覆盖。计算出阳历总天数后，就可以根据它来推算阴历日期。推算方法是，先用总天数减去春节和元旦的日差，如果结果为1，则该天正好是春节（因为春节在元旦之后，在计算春节和元旦的日差时，假设元旦为0天，春节为n天，则日差为n。而前面计算的阳历总天数是该天在该年中的第几天，是以元旦为1而得到的，与计算春节和元旦日差的这样方法相比，其数值少了1，所以要在原来本应该以0作为该天就是春节的依据的基础上加1，所以以1作为该天是春节的标志）；如果结果小于1，则阴历应该是阳历的前一年；如果结果大于1，说明阳历和阴历为同一年。再根据查表所得的该年的阴历的闰年和大小月的信息，就可以推算出该天的阴历日期了。图5-4为由总天数推算出阴历日期的程序流程图。43 程序入口R2减1个月天数够减？下个月为闰月？减去闰月天数月加1月份为当前正在减的月份的前一个月的最后一天月份为当前正在减的月份，号数为R2中的值R2=0？R3=0？R2=R2+R3R3=0YYYYNNNN图5-4推算阴历日期的程序流程图6测试结果设计完成后，给系统上电，液晶显示屏显示结果如图6-1所示。天津工程师范学院通信0202班刘敏毕业设计SOLAR2000/01/01LUNAR2095/11/2500:00:00　SUN闹铃关闰月00:00滚动显示图6-1液晶显示屏的显示结果调节10K电位器R4可调整液晶显示屏的亮度。调整到合适亮度后，按控制按钮，光标会从阳历年位开始闪烁，进入设定调整状态。此时按加按钮，当前数字就可改变。按一次，数字加1；若长按，则数字连续加。此时，调整的位一直在闪烁，直到再次按光标移动控制位，光标跳到下一位闪烁。调整顺序依次为：阳历年、月、日，阴历年、月、日，时、分、秒，闹铃时、分。当全部参数调整完毕后，按退出按钮，光标停止闪烁，退出设定调整状态；当再次按下此按钮，闹铃显示“开”43 ；当第三次按下此键，闹铃显示“关”。若当前月为闰月，则屏幕左下角会显示“闰月”；若不是闰月，则无显示。调试分为硬件调试和软件调试。硬件调试主要是检测硬件电路是否有短路、断路、虚焊等。DS1302的硬件电路很简单，只通过3根线与单片机相连，很容易检测，主要是检查其引脚，如晶振和电源等是否接好。另外可以通过软件来调试硬件，如为了测试显示电路连接是否正确，可以编写一个简单的显示程序来测试它。接下来可进行软件调试，可以编写只含DS1302的计时和读写程序、显示程序，测试DS1302是否正常工作。最后调试时间调整程序和阴历推算程序。计时器最关键的是计时的精度。电子万年历中DS1302电路使用专用的晶振，经测试制作的电子万年历，一星期快了3s左右，误差较大，实验设计中可换用标准晶振或用软件进行修正。7结论本设计硬件电路较简单，所用器件较少，电路中使用了AT89S52单片机、DS1302时钟芯片、24C02FLASH存储器和HY-12864液晶显示器等主要芯片,实现了预计功能。在对芯片的管脚功能和用法有充分的了解后，根据设计要求设计硬件电路，包括单片机控制电路、时钟电路、存储电路、键盘扫描电路、显示电路和闹铃电路。然后通过软件编程，实现了对年、月、日、时、分、秒、星期、闰年和阴历的自动调整，用按键进行控制，用液晶模块进行显示，并具有闹铃功能。电子万年历可以正常显示时间并进行时间调整，基本完成了预期要实现的目标。43 参考文献[1]吴金戌，沈庆阳．8051单片机实践与应用，北京：清华大学出版社，2003.12，26－38．[2]何立民．单片机应用文集，北京：北京航空航天大学出版社，1991，53－72．[3]公茂法．单片机人机接口实例集，北京：北京航空航天大学出版社，1998.2，32－59．[4]何立明．单片机高级教程——应用与设计，北京：北京航天航空大学出版社，2000.4，149－173．[5]李广弟，朱月秀．单片机基础，北京：北京航空航天大学出版社，2001.8，36－85．[6]楼然苗，李光飞．MCS－51系列单片机设计实例，北京：北京航天航空大学出版社，2001.3，75－83．[7]李华．单片机原理与接口技术，北京：清华大学出版社，33－80．[8]王伟．高性能、低功耗带RAM实时时钟芯片DS1302（上），电子世界：第一期,1995，26－35．[9]王伟．高性能、低功耗带RAM实时时钟芯片DS1302（下），电子世界：第四期，1995，32－41．[10]刘光潭．中外集成电路简明速察手册，上海：电子工业出版社，1991．[11]一九九九年产品目录（第一期），武汉力源股份有限公司，1999．[12]刘利．液晶显示原理，上海：电子工业出版社，2002.5，52－70．[13]李宏，张家田．液晶显示器件应用技术，北京：机械工业出版社，2004，156－183．[14]沈庆阳．汉字显示应用技术，上海：电子工业出版社，2002.3，128－139．[15]MAXIM．NEWRELEASESDATABOOK（VOLUMEV），AMERICA，1996．43 致谢不知不觉，十二周的毕业设计结束了。我的毕业论文已整理完毕，电路调试进展良好。毕业设计的完成意味着我的大学学习生活即将结束，从此我将进入一个新的人生旅途、开始一段崭新的生活——工作。在此，我衷心地感谢所有在我做毕业设计期间帮助过我的人。首先我要感谢我的指导老师李杰的大力帮助和支持。在整个设计过程当中，李老师在大局上指导我毕业设计的每一进程，还在百忙中抽空为我答疑解难，帮我分析讲解毕业设计中所遇到的问题。不仅如此，李老师还无私的给我提供了丰富的学习资源和良好的学习环境，为我的毕业设计带来了很大方便。同时在我完成毕业设计的过程中提供了很多指导性的意见，使我受益匪浅。另外，李老师渊博的学识、严谨的治学态度和为人给了我很大的教育，这些将使我终身受益。在此，我衷心感谢李老师给予我的帮助和教育。此外，我还要感谢胡建明老师和陈海山同学给予我的无私的帮助，他们在程序编写和调试过程中给予了我莫大的帮助。在此，我真诚地感谢他们。最后，我要感谢我的母校——天津工程师范学院，在校期间，这里给我留下了美好的回忆。特别是在我即将踏上工作岗位的同时，毕业设计整个过程给了我这样一个锻炼的机会，使我加深了对以前知识的理解和巩固，拓宽了知识面，也提高了我对所学知识的综合应用能力。我要对母校说：母校有我三五载，我爱母校一万年。祝愿母校的将来更美好！43 附录1：电子万年历设计电路原理图43 附录2主程序MAIN:MOVSP,#70HLCALLDELAY;LCALLDELAY;LCALLDELAYMOV59H,#00H;判断调整地址CLR22H;停止周期第三位闪烁CLR23H;判断是否开闹铃CLRP3.5MOVIE,#00H;关所有中断MOVTMOD,#10HMOVTL1,#0F0HMOVTH1,#00H;MOVIP,#01H;SETBEX0;开外中断SETBEA;开总中断允许LCALLVIICREAD;将EEPROM中原频率数据调入内存;MOV65H,#00H;MOV66H,#00H;MOV67H,#00H;MOV68H,#00HLCALLINTLCALLCLEARLCALLINTSHILCALLDDD;静态字显示;以下字为动态显示DONGXIAN:MOVDPTR,#CCTABMOVZIDI,DPLMOVZIGAO,DPHMOVDONGXH,#1CHDXH1:MOVPAGER,#00H;16X16点阵字体,第2页MOVCOLUMN,#00H;起始列为第0列MOVCODER,#00H;字符代码LCALLCCW_PRMOVPAGER,#00H43 MOVCOLUMN,#10HMOVCODER,#01HLCALLCCW_PRMOVPAGER,#00HMOVCOLUMN,#20HMOVCODER,#02HLCALLCCW_PRMOVPAGER,#00H;16X16点阵字体,第2页MOVCOLUMN,#30H;起始列为第0列MOVCODER,#03H;字符代码LCALLCCW_PRMOVPAGER,#00HMOVCOLUMN,#40HMOVCODER,#04HLCALLCCW_PRMOVPAGER,#00HMOVCOLUMN,#50HMOVCODER,#05HLCALLCCW_PRMOVPAGER,#00HMOVCOLUMN,#60HMOVCODER,#06HLCALLCCW_PRMOVPAGER,#00HMOVCOLUMN,#70HMOVCODER,#07HLCALLCCW_PRLCALLDELAYCLRC;动态显示循环程序控制MOVA,ZIDIADDA,#20HMOVZIDI,AMOVA,ZIGAOADDCA,#00HMOVZIGAO,A43 L1:MOV3CH,#0F7H;开始键扫描MOV3DH,#00HL2:MOVA,3CHMOVP1,AMOVA,P1MOV3EH,ASETBCMOV3FH,#04HL3:RLCAJNCMNJIXUINC3DHDJNZ3FH,L3LCALLDISP1MOVA,3CHSETBCRRCAMOV3CH,AJCL2JMPMNMNMNJIXU:MOVA,P1XRLA,3EHJNZDF3AJMPDF3;MNJIXUDF3:CLRCMOVA,3DHRLCAMOVDPTR,#TABLEJMP@A+DPTRAJMPDONGXIANTABLE:AJMPMN0;键盘入口地址AJMPMN1AJMPMN2AJMPMN3AJMPMN4AJMPMN543 AJMPMN6AJMPMN7AJMPMN8AJMPMN9AJMPMN10AJMPMN11AJMPMN12AJMPMN13AJMPMN14AJMPMN15MNFH:AJMPDXH1MNMN:DJNZDONGXH,MNFHAJMPDONGXIAN;键盘入口地址MN0:CLREAMOVBAOHUDI2,ZIDIMOVBAOHUGAO2,ZIGAOMOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORD;判断调整的地址SETBTR1SETBET1MOVA,59HCJNEA,#00H,JIANPAN1MOV5AH,#8CHINC59H;年时间MOVYJSSDZ0,#82HMOVYJSSDZ1,#40HMOVYJSSDZ2,#82HMOVYJSSDZ3,#48HLJMPJIAN1_0JIANPAN1:MOVA,59HCJNEA,#01H,JIANPAN2MOV5AH,#88H43 INC59H;月时间MOVYJSSDZ0,#82HMOVYJSSDZ1,#58HMOVYJSSDZ2,#82HMOVYJSSDZ3,#60HLJMPJIAN1_0JIANPAN2:MOVA,59HCJNEA,#02H,JIANPAN3MOV5AH,#86HINC59H;日时间MOVYJSSDZ0,#82HMOVYJSSDZ1,#70HMOVYJSSDZ2,#82HMOVYJSSDZ3,#78HLJMPJIAN1_0JIANPAN3:MOVA,59HCJNEA,#03H,JIANPAN4MOV5AH,#84HINC59H;时时间MOVYJSSDZ0,#84HMOVYJSSDZ1,#10HMOVYJSSDZ2,#84HMOVYJSSDZ3,#18HLJMPJIAN1_0JIANPAN4:MOVA,59HCJNEA,#04H,JIANPAN6MOV5AH,#82HINC59H;分时间MOVYJSSDZ0,#84HMOVYJSSDZ1,#28HMOVYJSSDZ2,#84HMOVYJSSDZ3,#30HLJMPJIAN1_0JIANPAN6:MOVA,59HCJNEA,#05H,JIANPAN743 MOV5AH,#8AHINC59H;周期SETB22H;启动周期第三位闪烁MOVYJSSDZ0,#84HMOVYJSSDZ1,#58HMOVYJSSDZ2,#84HMOVYJSSDZ3,#60HMOVYJSSDZ4,#84HMOVYJSSDZ5,#68HLJMPJIAN1_0JIANPAN7:MOVA,59HCJNEA,#06H,JIANPAN8MOV5AH,#01H;判断是否能执行键2键3INC59H;时闹铃MOVYJSSDZ0,#87HMOVYJSSDZ1,#30HMOVYJSSDZ2,#87HMOVYJSSDZ3,#38HCLR22H;停止周期第三位闪烁LJMPJIAN1_0JIANPAN8:MOVA,59HCJNEA,#07H,JIANPAN9INC59H;分闹铃MOVYJSSDZ0,#87HMOVYJSSDZ1,#48HMOVYJSSDZ2,#87HMOVYJSSDZ3,#50HCLR22H;停止周期第三位闪烁LJMPJIAN1_0JIANPAN9:MOV59H,#01H;年时间MOV5AH,#8CHMOVYJSSDZ0,#82HMOVYJSSDZ1,#40HMOVYJSSDZ2,#82HMOVYJSSDZ3,#48H43 JIAN1_0:LCALLDSWRPRT;写保护MOVZIDI,BAOHUDI2MOVZIGAO,BAOHUGAO2;LCALLVIICWRITE;频率数据存入EEPROMSETBEAAJMPMNMNMN1:CLREAMOVBAOHUDI2,ZIDIMOVBAOHUGAO2,ZIGAOMOVA,5AH;看是否进入调整状态CJNEA,#00H,JIAN1_1LJMPJIAN1_11JIAN1_1:MOVA,59HCJNEA,#01H,JIAN1_2MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#8Dh;读年LCALLDSRORD;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,ACJNEA,#51H,NIAN1_01MOVCDAT2,#01HNIAN1_01:MOVCDAT1,#8CHLCALLDSWORD;写年LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_2:MOVA,59HCJNEA,#02H,JIAN1_3MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#89h;读月LCALLDSRORD43 ;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,ACJNEA,#13H,NIAN1_02MOVCDAT2,#01HNIAN1_02:MOVCDAT1,#88HLCALLDSWORD;写月LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_3:MOVA,59HCJNEA,#03H,JIAN1_4ALJMPNEXXIJIAN1_4A:LJMPJIAN1_4NEXXI:MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#87h;读日LCALLDSRORD;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,AMOVR0,CYEAR;判断日期是30还是31还是28还是29LCALLBCD_10MOVA,R0MOVB,#04HDIVABMOVA,BJNZGGG11MOVA,CMONTHCJNEA,#02H,GGG11MOVA,CDAT2CJNEA,#30H,NIAN1_031MOVCDAT2,#01HNIAN1_031:MOVCDAT1,#86HLCALLDSWORD;写日43 LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11GGG11:MOVA,CMONTH;非闰年CJNEA,#01H,NIAN1_033LJMPNIAN1_032NIAN1_033:MOVA,CMONTHCJNEA,#02H,NIAN1_034MOVA,CDAT2CJNEA,#29H,NIAN1_0333MOVCDAT2,#01HNIAN1_0333:MOVCDAT1,#86HLCALLDSWORD;写日LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11NIAN1_034:MOVA,CMONTHCJNEA,#03H,NIAN1_035LJMPNIAN1_032NIAN1_035:MOVA,CMONTHCJNEA,#04H,NIAN1_036LJMPNIAN1_0336NIAN1_036:MOVA,CMONTHCJNEA,#05H,NIAN1_037LJMPNIAN1_032NIAN1_037:MOVA,CMONTHCJNEA,#06H,NIAN1_038LJMPNIAN1_0336NIAN1_038:MOVA,CMONTHCJNEA,#07H,NIAN1_039LJMPNIAN1_032NIAN1_039:MOVA,CMONTHCJNEA,#08H,NIAN1_040LJMPNIAN1_032NIAN1_040:MOVA,CMONTHCJNEA,#09H,NIAN1_041LJMPNIAN1_033643 NIAN1_041:MOVA,CMONTHCJNEA,#10H,NIAN1_042LJMPNIAN1_032NIAN1_042:MOVA,CMONTHCJNEA,#11H,NIAN1_043LJMPNIAN1_0336NIAN1_043:LJMPNIAN1_032NIAN1_032:MOVA,CDAT2CJNEA,#32H,NIAN1_03MOVCDAT2,#01HNIAN1_03:MOVCDAT1,#86HLCALLDSWORD;写日31LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11NIAN1_0336:MOVA,CDAT2CJNEA,#31H,NIAN1_03AMOVCDAT2,#01HNIAN1_03A:MOVCDAT1,#86HLCALLDSWORD;写日30LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_4:MOVA,59HCJNEA,#04H,JIAN1_5MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#85h;读时LCALLDSRORD;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,ACJNEA,#24H,NIAN1_04MOVCDAT2,#00HNIAN1_04:MOVCDAT1,#84HLCALLDSWORD;写时43 LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_5:MOVA,59HCJNEA,#05H,JIAN1_6MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#83h;读分LCALLDSRORD;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,ACJNEA,#60H,NIAN1_05MOVCDAT2,#00HNIAN1_05:MOVCDAT1,#82HLCALLDSWORD;写分LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_6:MOVA,59HCJNEA,#06H,JIAN1_7MOVCDAT1,#10001110B;打开写保护MOVCDAT2,#00000000BLCALLDSWORDMOVCDAT1,#8Bh;读星期LCALLDSRORD;MOVA,CDAT2LCALLADD1MOVCDAT2,ACJNEA,#08H,NIAN1_06MOVCDAT2,#01HNIAN1_06:MOVCDAT1,#8AHLCALLDSWORD;写星期LCALLDSWRPRT;写保护LJMPJIAN1_11JIAN1_7:MOVA,59H43 CJNEA,#07H,JIAN1_8MOVA,65H;写闹时SWAPAORLA,66HADDA,#01HDAAMOV69H,ACJNEA,#24H,JIAN1_71MOV65H,#00HMOV66H,#00HLCALLVIICWRITELJMPJIAN1_11JIAN1_71:MOVA,69HSWAPAANLA,#0FHMOV65H,AMOVA,69HANLA,#0FHMOV66H,ALCALLVIICWRITELJMPJIAN1_11JIAN1_8:MOVA,67H;写闹分SWAPAORLA,68HADDA,#01HDAAMOV69H,ACJNEA,#60H,JIAN1_81MOV67H,#00HMOV68H,#00HLCALLVIICWRITELJMPJIAN1_11JIAN1_81:MOVA,69HSWAPAANLA,#0FH43 MOV67H,AMOVA,69HANLA,#0FHMOV68H,ALCALLVIICWRITEJIAN1_11:MOVZIDI,BAOHUDI2MOVZIGAO,BAOHUGAO2;LCALLVIICWRITE;频率数据存入EEPROMSETBEAAJMPMNMNMN2:CLREAMOVBAOHUDI2,ZIDIMOVBAOHUGAO2,ZIGAOMOVA,5AH;看是否进入调整状态CJNEA,#00H,JIAN4_1CPL23HJIAN4_1:CLR22H;停止周期第三位闪烁CLRTR1CLRET1MOV59H,#00HMOV5AH,#00HMOVZIDI,BAOHUDI2MOVZIGAO,BAOHUGAO2SETBEAAJMPMNMN43 英文资料及中文翻译6TRANSMISSIONSOFDIGITALDATA:INTERFACESANDMODEMS(FromIntroductiontoDataCommunicationsandNetWorking,BehrouzForouzan)Oncewehaveencoderourinformationintoaformatthatcanbetransmitted,thenextstepistoinvestigatethetransmissionprocessitself.Information-processingequipmentsuchasPCsgenerateencodedsignalsbutordinarilyrequireassistancetotransmitthosesignalsoveracommunicationlink.Forexample,aPCgeneratesadigitalsignalbutneedsanadditionaldevicetomodulateacarrierfrequencybeforeitissentoveratelephoneline.Howdowerelayencodeddatafromthegeneratingdevicetothenextdeviceintheprocess?Theanswerisabundleofwires,asortofminicommunicationlink,calledaninterface.Becauseaninterfacelinkstwodevicesnotnecessarilymadebythesamemanufacturer,itscharacteristicsmustbedefinedandstandardsmustbeestablished.Characteristicsofaninterfaceincludeitsmechanicalspecifications(howmanywiresareusedtotransportthesignal);itselectricalspecifications(thefrequency,amplitude,andphaseoftheexpectedsignal);anditsfunctionalspecifications(ifmultiplewiresareused,whatdoeseachonedo?).ThesecharacteristicsarealldescribedbyseveralpopularstandardsandareincorporatedinthephysicallayeroftheOSImodel.6.1DIGITALDATATRANSMISSIONOfprimaryconcernwhenconsideringthetransmissionofdatafromonedevicetoanotheristhewiring.Andofprimaryconcernwhenconsideringthewiringisthedatastream.Dowesendonebitatatime,ordowegroupbitsintolargergroupsand,ifso,how?Thetransmissionofbinarydataacrossalinkcanbeaccomplishedeitherinparallelmodeorserialmode.Inparallelmode,multiplebitsaresentwitheachclockpulse.Inserialmode,onebitissentwitheachclockpulse.Whilethereisonlyonewaytosendparalleldata,therearetwosubclassesofserialtransmission:synchronousandasynchronous(seeFigure6-1).ParallelTransmissionBinarydata,consistingof1sand0s,maybeorganizedintogroupsofnbitseach.Computersproduceandconsumedataingroupsofbitsmuchasweconceiveofandusespokenlanguageintheformofwordsratherthanletters.Bygrouping,wecansenddatanbitsatatimeinsteadofone.Thisiscalledparalleltransmission.43 DatatransmissionParallelSerialSynchronousAsynchronousFigure6-1　DatatransmissionThemechanismforparalleltransmissionisaconceptuallysimpleone:usenwirestosendnbitsatonetime.Thatwayeachbithasitsownwire,andallnbitsofonegroupcanbetransmittedwitheachclockpulsefromonedevicetoanother.Figure6-2showshowparalleltransmissionworksforn=8.Typicallytheeightwiresarebundledinacablewithaconnectorateachend.SenderReceiverWeneedeightliness8bitsynchronouslyFigure6-2　ParalleltransmissionTheadvantageofparalleltransmissionisspeed.Allelsebeingequal,paralleltransmissioncanincreasethetransferspeedbyafactorofnoverserialtransmission.Butthereisasignificantdisadvantage:cost.Paralleltransmissionrequiresncommunicationlines(wiresintheexample)justtotransmitthedatastream.Becausethisisexpensive,paralleltransmissionisusuallylimitedtoshortdistances,uptoamaximumofsay25feet.SerialTransmissionInserialtransmissiononebitfollowsanother,soweneedonlyonecommunicationchannelratherthanntotransmitdatabetweentwocommunicatingdevices.Theadvantageofserialoverparalleltransmissionisthatwithonlyonecommunicationchannel,serialtransmissionreducesthecostoftransmissionoverparallelbyroughlyafactorofn.Sincecommunicationwithindevicesisparallel,conversiondevicesarerequiredatthe43 interfacebetweenthesenderandtheline(parallel-to-parallel).Serialtransmissionoccursinoneoftwoways:asynchronousorsynchronous.AsynchronousTransmissionAsynchronoustransmissionissonamedbecausethetimingofasignalisunimportant.Instead,informationisreceivedandtranslatedbyagreed-uponpatterns.Aslongasthosepatternsarefollowed,thereceivingdevicecanretrievetheinformationwithoutregardtotherhythminwhichitissent.Patternsarebasedongroupingthebitstreamintobytes.Eachgroup,usuallyeightbits,issentalongthelinkasaunit.Thesendingsystemhandleseachgroupindependently,relayingittothelinkwheneverready,withoutregardtoatimer.Withoutasynchronizingpulse,thereceivercannotusetimingtopredictwhenthenextgroupwillarrive.Toalertthereceivertothearrivalofanewgroup,therefore,anextrabitisaddedtothebeginningofeachbyte.Thisbit,usuallya0,iscalledthestartbit.Toletthereceiverknowthatthebyteisfinished,oneormoreadditionalbitsareappendedtotheendofthebyte.Thesebits,usually1s,arecalledstopbits.Bythismethod,eachbyteisincreasedinsizetoatleast10bits,ofwhich8areinformationand2ormorearesignalstothereceiver.Inaddition,thetransmissionofeachbytemaythenbefollowedbyagapofvaryingduration.Thisgapcanberepresentedeitherbyanidlechannelorbyastreamofadditionalstopbits.Inasynchronoustransmissionwesendonestartbit(0)atthebeginningandoneormorestopbits(1s)attheendofeachbyte.Theremaybeagapbetweeneachbyte.Thestartandstopbitsandthegapalertthereceivertothebeginningandendofeachbyteandallowittosynchronizewiththedatastream.Thismechanismiscalledasynchronousbecause,atthebytelevel,senderandreceiverdonothavetobesynchronized.Butwithineachbyte,thereceivermuststillbesynchronizedwiththeincomingbitstream.Thisis,somesynchronizationisrequired,butonlyforthedurationofasinglebyte.Thereceivingdeviceresynchronizesattheonsetofeachnewbyte.Whenthereceiverdetectsastartbit,itsetsatimerandbeginscountingbitsastheycomein.afternbitsthereceiverlooksforastopbit.Assoonasitdetectsthestopbit,itignoresanyreceivedpulsesuntilitdetectsthenextstartbit.Asynchronousheremeans“asynchronousatthebytelevel,”butthebitsarestillsynchronized;theirdurationsarethesame.Theadditionofstopandstartbitsandtheinsertionofgapsintothebitstreammakeasynchronoustransmissionslowerthanformsoftransmissionthatcanoperatewithouttheadditionofcontrolinformation.Butitischeapandeffective,twoadvantagesthatmakeit43 anattractivechoiceforsituationslikelow-speedcommunication.Forexample,theconnectionofaterminaltoacomputerisanaturalapplicationforasynchronoustransmission.Ausertypesonlyonecharacteratatime,typesextremelyslowlyindataprocessingterms,andleavesunpredictablegapsoftimebetweeneachcharacter.SynchronousTransmissionInsynchronoustransmission,thebitstreamiscombinedintolonger“frames,”whichmaycontainmultiplebytes.Eachbyte,however,isintroducedontothetransmissionlinkwithoutagapbetweenitandthenextone.Itislefttothereceivertoseparatethebitstreamintobytesfordecodingpurposes.Inotherwords,dataaretransmittedasanunbrokenstringof1sand0s,andthereceiverseparatesthatstringintothebytes,orcharacters,itneedstoreconstructtheinformation.Insynchronoustransmissionwesendbitsoneafteranotherwithoutstart/stopbitsorgaps.Itistheresponsibilityofthereceivertogroupthebits.Withoutgapsandstart/stopbits,thereisnobuilt-inmechanismtohelpthereceivingdeviceadjustitsbitsynchronizationinmidstream.Timingbecomesveryimportant,therefore,becausetheaccuracyofthereceivedinformationiscompletelydependentontheabilityofthereceivingdevicetokeepanaccuratecountofthebitsastheycomein.Theadvantageofsynchronoustransmissionisspeed.Withnoextrabitsorgapstointroduceatthesendingendandremoveatthereceivingendand,byextension,withfewerbitstomoveacrossthelink,synchronoustransmissionisfasterthanasynchronoustransmissionisfasterthanasynchronoustransmission.Forthisreason,itismoreusefulforhigh-speedapplicationslikethetransmissionofdatafromonecomputertoanother.Bytesynchronizationisaccomplishedinthedatalinklayer.6.2DTE-DCEINTERFACAtthispointwemustclarifytwotermsimportanttocomputernetworking:dataterminalequipment(DTE).Thereareusuallyfourbasicfunctionalunitsinvolvedinthecommunicationofdata:aDTEandDCEononeendandaDCEandDTEontheotherend.TheDTEgeneratesthedataandpassesthem,alongwithanynecessarycontrolcharacters,toaDCE.TheDCEdoesthejobofconvertingthesignaltoaformatappropriatetothetransmissionmediumandintroducingitontothenetworklink.Whenthesignalarrivesatthereceivingend,thisprocessisreversed.DataTerminalEquipment(DTE)Dataterminalequipment(DTE)includesanyunitthatfunctionseitherasasourceoforasadestinationforbinarydigitaldata.Atthephysicallayer,ifcanbeaterminal,43 microcomputer,computer,printer,faxmachine,oranyotherdevicethatgeneratesorconsumesdigitaldata.DTEsdonotoftencommunicatedirectlywithoneanother,theygenerateandconsumeinformationbutneedanintermediarytobeabletocommunicate.ThinkofaDTEasoperatingthewayyourbraindoeswhenyoutalk.Let’ssayyouhaveanideathatyouwanttocommunicatetoafriend.Yourbraincreatestheideabutcannottransmitthatideatoyourfriend’sbrainbyitself.Unfortunatelyorfortunately,wearenotaspeciesofmindreaders.Instead,yourbrainpassestheideatoyourvocalchordsandmouth,whichconvertittosoundwavesthatcantravelthroughtheairoroveratelephonelinetoyourfriend’searandfromtheretohisorherbrain,whereitisconvertedbackintoinformation.Inthismodel,yourbrainandyourfriend’sbrainareDTEs.YourvocalchordsandmouthareyourDCE.HisorherearisalsoaDCE.Theairortelephonewireisyourtransmissionmedium.ADTEisanydevicethatisasourceofordestinationforbinarydigitaldata.DataCircuit-TerminatingEquipment(DCE)Datacircuit-terminatingequipment(DCE)includesanyfunctionalunitthattransmitsorreceivesdataintheformofananalogordigitalsignalthroughanetwork.Atthephysicallayer,aDCEtakesdatageneratedbyaDTE,convertsthemtoanappropriatesignal,andthenintroducesthesignalontothetelecommunicationlink.CommonlyusedDCEsatthislayerincludemodems.Inanynetwork,aDTEgeneratesdigitaldataandpassesittoaDCE;theDCEconvertsthedatatoaformacceptabletothetransmissionmediumandsendstheconvertedsignaltoanotherDCEonthenetwork.ThesecondDCEtakesthesignalofftheline,convertsittoaformusablebyitsDTE,anddeliversit.Tomakethiscommunicationpossible,boththesendingandreceivingDCEsmustusethesameencodingmethod,muchthewaythatifyouwanttocommunicatetosomeonewhounderstandsonlyJapanese,youmustspeakJapanese.ThetwoDTEsdonotneedtobecoordinatedwitheachother,buteachofthemmustbecoordinatedwithitsownDCEandtheDCEsmustbecoordinatedsothatdatatranslationoccurswithoutlossofintegrity.ADCEisanydevicethattransmitsorreceivesdataintheformofananalogordigitalsignalthroughanetwork.43 6数字数据传输：接口和调制解调器（选自«数据通信与网络»，BehrouzForouzan著）我们将信息编码成可以传输的格式，下一步就是探讨传输过程了。信息处理设备如个人计算机能生成编码信号，通常还需要其它设备协助才能将这些信号在通信链路上传输。例如一台PC机产生数字信号，在将信号通过电话线发送之前，还需要一台附加设备来调制载波频率。在这过程中，我们怎样才能把数据从产生它的设备传送到下一个设备呢？解决办法是使用一捆导线，成为一种为通信链路，或叫接口。因为接口连接的两个设备有可能不是一个厂家生产的，所以必须规定接口的特性并建立标准。接口特性包括机械规范（使用多少条导线来传输信号）、电气规范（预期信号的频率、振幅和相位）以及功能规范（如果使用多条导线，每条导线的功能是什么？）。这些特性在一些常用标准中都有描述并且被集成到了OSI7层模型的物理层中。6.1数字数据传输数据传输并行传输串行传输同步传输异步传输从一个设备向另一个设备发送数据主要考虑的是配线方式。对于配线问题主要考虑的因素是数据流。我们是否一次只发送一个比特，或是将比特成组发送以及如何成组？通过链路传输二进制数据可以采用并行模式或串行模式。在并行模式中，在每个时钟脉冲到来时多个比特被同时发送。在串行模式中，每个时钟脉冲只发送一个比特。尽管只有一种发送并行数据的方法，串行传输却有两个子类：同步方式和异步方式（参见图6-1）。图6-1数据传输6.1.1并行传输由0和1组成的二进制值可以组成n比特的位组。计算机使用和生成以比特为单位的数据，就像我们在英语会话时用词而不是一个个的字母来交流一样。通过分组，我们可以一次发送n个比特而不是一个比特。这称为并行传输。43 从概念上说，并行传输的机制很简单：一次使用n条导线来传输n个比特。这种方式下，每个比特都使用专门的线路，而一组中的n个比特就可以在每个时钟脉冲从一个设备传输到另一个设备。图6-2显示了n=8时并行传输的工作状况。通常八根导线被捆成一根电缆，两端都有连接头。8个比特一起发送接收方需要8条线s发送方图6-2并行传输并行传输的优势在于速度。当其它因素相同时，并行传输将比串行传输的速度快n倍，但同时也存在一个严重缺点：费用高。为进行数据传输，并行传输需要n条通信线路（本例中是导线）。因为如此昂贵，所以并行传输通常被限制在最长25英尺的距离内。6.1.2串行传输在串行传输中，比特是一个一个一次发送的，因此在两个通信设备之间传输数据只要一条通信通道，而不是n条。串行传输相对于并行传输的优点是：因为只需要一条通信信道，串行传输的的费用大约只是并行传输的n分之一。因为在设备内部的传输是并行的，所以在发送端和线路之间以及接收端和线路之间的接口上，都需要有转换器（前者是并/串转换，后者是串/并转换）。串行传输以两种方式进行：同步方式和异步方式。(1)异步传输如果在传输中信号的时序并不重要，我们就将这种传输称为异步传输。它与同步方式不同的事，信息是以一种约定的模式来被接收和翻译的。只要遵照约定模式，接收设备就可以以不理会信息发送的节奏而能正确获取信息。约定模式是基于将比特组成字节。每一组比特（通常为八个）作为一个单位通过链路传输。发送端系统单独处理每个组，每处理完一个组就将其转发到链路上，并不理会时钟信号。因为没有同步脉冲，接收方步可能通过及是方式来预测下一组比特何时到达。因而，为了通知接收方有新的比特组到达，在每字节的开头都要附加一个比特。这个比特，通常是0，被称为起始位。为了让接收方知道一个字节已经结束，在每字节尾部还要加上一个或多个比特。这些比特，通常是1，被称为停止位。利用以上的方法，每字节的大小至少增加到了10个比特，其中有8比特的信息在加上2个或更多的提示接收方的信号。另外，每发送完一个字节，可能还要跟上一段可变长的时间间隙。这段间隙或者通过信道控闲状态代表，或者通过附加的停止比特流代表。43 在异步传输中，需要在每字节开始时发送一个起始位（0），然后在结束时发送一个或多个停止位（1）。在字节之间可以插入间隙。起始位、停止位和间隙将一个字节的起始和终止提示给接收放，使得接收方可以根据数据流进行同步。因为在字节这一级别，发送方和接收方不需要进行同步，所以这种传输方式称为异步传输。但是在每一字节内，接受方仍要根据比特流来进行同步。也就是说，一定程度上的同步还是存在的，但仅仅局限在一个字节的时间内。在每一个字节的开始，接收端设备就进行重同步。当接收方检测到一个起始位后，就启动一个时钟，并随着到来的比特开始记数。在接受完n个比特后，接受方就等待停止位到达。当检测到停止位到达时，接受方在下一个起始位到达前忽略接收的所有信号。异步传输意味着在字节级别以异步方式进行，但是每比特仍需要同步，他们的时延是一致的。相对于不需要控制信息的传输方式，异步传输由于加入了起始位、停止位以及比特流间插入了间隙而显得慢一些。但是这种方式既便宜又有效，这两大优点使得在低速通信这一类情形下异步传输方式显得很有吸引力。例如，一台终端到计算机的连接很自然就是一种异步传输的应用实例。用户一次只敲一个字符，这在数据通信领域内是十分低速的，同时还在字符之间引入了不可预计长短的时间间隙。(2)同步传输在同步传输中，比特流被组装成更长的“帧”，一帧包含有许多个字节。与异步方式不同的是，引入帧内的字节与字节之间没有间隙，需要接收方在解码时将比特流分解成字节。也就是说，数据被当作不简短的0、1比特流传输，而接收方来将比特流分割成重建信息所需的一个个字节。在同步传输中，不插入起始/停止比特或间隙就将比特依次发送出去，完全有接收方负责重组比特。因为没有间隙和起始/停止位，就没有勒比特流内部的同步机制可以帮助接收端设备在处理比特流时调整比特同步。因为所接收数据的准备性完全依赖于接收端设备根据比特到达进行精确的比特计数的能力，所以时序变得十分重要。同步传输的优点是速度快。因为在发送端不需要插入附加的比特和间隙，再接收端也不需要去掉这些比特和间隙，因而在传输方式在类似计算几件数据串是这样的高速应用中更有效。字节同步在数据链路层实现。6.2数据终端设备和数据电路中接设备接口在这里必须首先分清计算机网络中的两个重要概念：数据终端设备（DTE）和数据电路终结设备（DCE）。在数据通信中经常涉及到四个基本功能单元：两端各有一个DTE和一个DCE。数据终端设备（DCE）将信号转换成适用于传输介质的形式并将它发送到网络链路中。当信号到达另一端时，相反的过程将发生。6.2.1数据终端设备数据终端设备（DTE43 ）包括所有具有作为二进制数字数据源点或终点能力的单元。在物理层，这可以是一台终端、一台小型计算机、计算机、打印机、传真机或是任何产生和处理数据的设备。数据终端设备之间并不经常直接通信，他们产生或处理数据，然而通信需要一种能够用于传输的中间形式。可以把DTE的工作方式想象成当你说话时大脑的工作。比如说你有一个想法要与朋友交流，你的大脑产生了这个想法但并不能将它直接传送到你的朋友的大脑中。由幸或者说不幸的是，我们都不是头脑阅读者。相反，你的大脑将想法传送给你的声带和嘴，让他们将想法转换成声波通过空气或是电话线传输到你朋友的耳朵，并由此进入他的大脑。在对方的大脑中，声波信号被还原成信息。通过这种方式，你和你朋友的大脑就像DTE一样。你的声带和嘴是DCE，你朋友的耳朵也是DCE。空气或电话线就是你们之间的传输媒介。一个数据终端设备（DTE）就是可作为二进制数字数据来源和终点的任何设备。6.2.2数据电路终接设备任何能够通过网络发送和接收模拟或数字形式数据的功能单元都是数据电路终接设备（DCE）。在物理层，一个数据电路终接设备（DCE）接收从数据终端设备（DTE）中产生的数据，将她们转换为相应信号，然后将这些信号发送到传输链路上。在这一层中常用的DCE设备由调制解调器。在任何一个网络中，一个DTE设备产生数字数据并将它传送到DCE设备，DCE设备将这些数据转化可以在传输媒体上传送的格式并将转化后的信号发送给网络上另一个DCE设备。第二个DCE设备从线路上接收信号，将信号转化为与它相连的DTE设备可用的格式，然后转发信息。为实现这一通信，发送和接收的DCE设备必须采用一样的编码技术（例如，频移键控（FSK）编码）。这就像如果你想要和一个只懂日语的人交流，你就必须说日语一样。两个DTE设备不需要互相协调，但是每个DTE设备必须与它连接的DCE设备协调工作。而DCE设备之间必须协调工作，才能实现完整的数据翻译过程。通过网络，能够传送和接收模拟或数字数据的任何功能单元都叫数据电路终接设备（DCE）。43