数字通信工作方式在分布式计算机控制系统中的应用

数字通信按不同的使用场合具有形式多样的工作方式。在总线底板级的高速应用中，经常采用并行通信方式，计算机内部的总线（如ISA.PCI 和VME 等）实质上也是数据通信方式。在工业控制数据通信中，一般采用中低速异步串行数据通信方式，在可接受的价格下，实现有效、实时的无差错数据传输。

1.同步方式

如何协调发送端和接收端的工作，是实现数字通信的关键问题之一。串行数据以位数据的方式按照时间顺序逐位发送，接收端必须知道每个二进制数据位的时间长度和开始的消息，才能正确地恢复数据。发送端和接收端都必须使用时钟信号，通过时钟信号来确定何时发送和接收每位数据。同步方式主要有同步传输、异步传输、位同步、帧同步。

同步传输是指所有设备均使用一个共同的时钟，这个时钟源可以是发送端（或接收端）的任何一台设备或系统外的其他一台设备。所有传输的数据位均与这个时钟信号同步，即通过时钟信号的跳变（上跳沿或下跳沿）来确定数据何时有效（或何时失效），接收端依靠这个时钟信号来捕获锁存数据。同步传输至少应有两个信号，即一个同步时钟、一个数据信号。同步时钟既可以是一个独立的信号，也可以采用自同步编码（如曼彻斯特编码等）加载在数据信号上。同步传输可以实现较高的传输速度，且由于没有数据同步的开销，因此同步传输的通信效率很高。但是，对于较长距离的数据传输，同步传输需要一条额外的介质或更大的带宽来传输时钟信号。同时，由于线路的干扰和电信号的传播速度和距离的变化，在实现高速远距离传输时，实现同步传输比较困难，成本也较高。

大多数工业数据通信都采用异步传输方式，每个通信节点均具有自己的时钟信号，但是必须保证每个节点的时钟频率的偏差在允许的范围内。

异步传输一般用起始位来表示启动数据传输，用终止位表示数据传输结束，在起始位和终止位之间的数据就是需要传输的数据，起始位起到同步的作用。异步传输实际上依靠接收端检测发送端发出起始位引起的总线极性变化来启动定时机制，实现发送和接收的同步。

异步方式实现简单，没有频率漂移的积累效应，但是由于需要传输起始位和终止位，因此会增加网络的开销，导致通信效率较低。

无论是同步传输还是异步传输，都不但要解决如何区分每个字符的起始位和终止位，还要区分数据帧的起始位和终止位。接收方必须能够判定信号的到来和终止，还必须知道一个信号元素的宽度。因此，按照数据传输的基本组织单位，可以将同步分为位同步、字符同步、帧同步。(www.xing528.com)

位同步是指收发两端的时钟同步，这是其他同步的基础，每个数据位在收发两端保持同步。字符同步采用特殊的字符表示每组字符的起始和结束。帧同步是指用一个特殊的字符段或数据位的组合来表示每个数据帧的起始和结束，使得接收端能了解数据帧的起始和结束。

2.通信线路的工作方式

通信线路一般有三种工作方式。

（1）单工通信： 传输的信息是单方向的，不能进行反方向的传输，可以实现点对多点的单向数据广播。在工业控制中，一般较少采用。

（2）全双工通信： 信息可以双向同时传输，一般只能点对点连接，在一对多应用中，只能实现主节点在同一时刻与某一个从节点全双工通信，从节点之间无法通信。RS-232和RS-422 是典型的应用。

（3）半双工通信： 信息可以双向传输，但在同一时刻只能单向传输，可以实现总线方的多点传输，常用的通信方式RS-485 是典型的例子。