数据通信毕业论文范文3篇

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计算机毕业论文:浅谈数据通信及其应用前景

摘要:本文介绍数据通信的构成原理、交换方式及其适用范围;数据通信的分类,并展望未来美好的应用前景。

主题词数据通信构成原理适用范围应用前景

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。要在崐两地间传输信息必须有传输信道,根据传输媒体的不同,有有线数据通信与无线崐数据通信之分。但它们都是通过传输信道将数据终端与计算机联结起来,而使不崐同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

一、数据通信的构成原理、交换方式及适用范围

1.数据通信的构成原理

数据通信的构成原理如框图1所示。图中DTE是数据终端。数据终端有分崐组型终端(PT)和非分组型终端(NPT)两大类。分组型终端有计算机、数崐字传真机、智能用户电报终端(TeLetex)、用户分组装拆设备(PAD)崐、用户分组交换机、专用电话交换机(PABX)、可视图文接入设备(VAP)崐、局域网(LAN)等各种专用终端设备;非分组型终端有个人计算机终端、可崐视图文终端、用户电报终端等各种专用终端。数据电路由传输信道和数据电路终崐端设备(DCE)组成,如果传输信道为模拟信道,DCE通常就是调制解调器崐(MODEM),它的作用是进行模拟信号和数字信号的转换;如果传输信道为崐数字信道,DCE的作用是实现信号码型与电平的转换,以及线路接续控制等。崐传输信道除有模拟和数字的区分外,还有有线信道与无线信道、专用线路与交换崐网线路之分。交换网线路要通过呼叫过程建立连接,通信结束后再拆除;专线连崐接由于是固定连接就无需上述的呼叫建立与拆线过程。计算机系统中的通信控制崐器用于管理与数据终端相连接的所有通信线路。中央处理器用来处理由数据终端崐设备输入的数据。

2.数据通信的交换方式

通常数据通信有三种交换方式:

(1)电路交换

电路交换是指两台计算机或终端在相互通信时,使用同一条实际的物理链路,崐通信中自始至终使用该链路进行信息传输,且不允许其它计算机或终端同时共亨崐该电路。

(2)报文交换

报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中(内存或外存),当所需崐输出电路空闲时,再将该报文发往需接收的交换机或终端。这种存储_转发的方崐式可以提高中继线和电路的利用率。

(3)分组交换

分组交换是将用户发来的整份报文分割成若于个定长的数据块(称为分组或崐打包),将这些分组以存储_转发的方式在网内传输。第一个分组信息都连有接崐收地址和发送地址的标识。在分组交换网中,不同用户的分组数据均采用动态复崐用的技术传送,即网络具有路由选择,同一条路由可以有不同用户的分组在传送,崐所以线路利用率较高。

3.各种交换方式的适用范围

(1)电路交换方式通常应用于公用电话网、公用电报网及电路交换的公用数据崐网(CSPDN)等通信网络中。前两种电路交换方式系传统方式;后一种方式崐与公用电话网基本相似,但它是用四线或二线方式连接用户,适用于较高速率的崐数据交换。正由于它是专用的公用数据网,其接通率、工作速率、用户线距离、崐线路均衡条件等均优于公用电话网。其优点是实时性强、延迟很小、交换成本较崐低;其缺点是线路利用率低。电路交换适用于一次接续后,长报文的通信。

(2)报文交换方式适用于实现不同速率、不同协议、不同代码终端的终端间或崐一点对多点的同文为单位进行存储转发的数据通信。由于这种方式,网络传输时崐延大,并且占用了大量的内存与外存空间,因而不适用于要求系统安全性高、网崐络时延较小的数据通信。

(3)分组交换是在存储_转发方式的基础上发展起来的,但它兼有电路交换及崐报文交换的优点。它适用于对话式的计算机通信,如数据库检索、图文信息存取、崐电子邮件传递和计算机间通信等各方面,传输质量高、成本较低,并可在不同速崐率终端间通信。其缺点是不适宜于实时性要求高、信息量很大的业务使用。

二、数据通信的分类

1.有线数据通信

(1)数字数据网(DDN)

数字数据网由用户环路、DDN节点、数字信道和网络控制管理中心组成,崐其网络组成结构如框图2所示。DDN是利用光纤或数字微波、卫星等数字信道崐和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。也可以说DDN是把数据通信技术、崐数字通信技术、光迁通信技术以及数字交叉连接技术结合在一起的数字通信网络。崐数字信道应包括用户到网络的连接线路,即用户环路的传输也应该是数字的,但崐实际上也有普通电缆和双绞线,但传输质量不如前。DDN的主要特点是:

①传输质量高、误码率低:传输信道的误码率要求小。

②信道利用率高。

③要求全网的时钟系统保持同步,才能保证DDN电路的传输质量。

④DDN的租用专线业务的速率可分为2.4-19.2kbit/s,N×64kbit/s崐(N=1-32);用户入网速率最高不超过2Mbit/s。

⑤DDN时延较小。

(2)分组交换网

分组交换网(PSPDN)是以CCITTX.25建议为基础的,所以崐又称为X.25网。它是采用存储_转发方式,将用户送来的报文分成具用一定长崐度的数据段,并在每个数据段上加上控制信息,构成一个带有地址的分组组合群崐体,在网上传输。分组交换网最突出的优点是在一条电路上同时可开放多条虚通崐路,为多个用户同时使用,网络具有动态路由选择功能和先进的误码检错功能,崐但网络性能较差。

(3)帧中继网

帧中继网络通常由帧中继存取设备、帧中继交换设备和公共帧中继服务网3崐部分组成,如框图3所示。帧中继网是从分组交换技术发展起来的。帧中继技术崐是把不同长度的用户数据组均包封在较大的帧中继帧内,加上寻址和控制信息后崐在网上传输。其功能特点为:

①使用统计复用技术,按需分配带宽,向用户提供共亨的的网络资源,每一条崐线路和网络端口都可由多个终点按信息流共亨,大大提高了网络资源的利用率。

②采用虚电路技术,只有当用户准备好数据时,才把所需的带宽分配给指定的虚崐电路,而且带宽在网络里是按照分组动态分配,因而适合于突发性业务的使用。

③帧中继只使用了物理层和链路层的一部分来执行其交换功能,利用用户信息和崐控制信息分离的D信道连接来实施以帧为单位的信息传送,简化了中间节点的处崐理。帧中继采用了可靠的ISDND信道的链路层(LAPD)协议,将流量崐控制、纠错等功能留给智能终端去完成,从而大大简化了处理过程,提高了效率。崐当然,帧中继传输线路质量要求很高,其误码率应小于10的负8次方。

④帧中继通常的帧长度比分组交换长,达到1024-4096字节/帧,因而其吞吐量崐非常高,其所提供的速率为2048Mbit/s。用户速率一般为9.6、4.4、19.2、N崐×64kbist/s(N=1-31),以及2Mbit/s。

⑤)帧中继没有采用存储_转发功能,因而具有与快速分组交换相同的一些优崐点。其时延小于15ms。

2.无线数据通信

无线数据通信也称移动数据通信,它是在有线数据通信的基础上发展起来的。崐有线数据通信依赖于有线传输,因此只适合于固定终端与计算机或计算机之间的崐通信。而移动数据通信是通过无线电波的传播来传送数据的,因而有可能实现移崐动状态下的移动通信。狭义地说,移动数据通信就是计算机间或计算机与人之间崐的无线通信。它通过与有线数据网互联,把有线数据网路的应用扩展到移动和便崐携用户。

三、网络及其协议

1.计算机网络

计算机网络(ComputerNetwork),就是通过光缆、双绞电话线或有、无线崐信道将两台以上计算机互联的集合。通过网络各用户可实现网络资源共享,如文崐档、程序、打印机和调制解调器等。计算机网络按地理位置划分,可分为网际网、崐广域网、城域网、和局域网四种。Internet是世界上最大的网际网;广域网一般崐指连接一个国家内各个地区的网络,全国公安系统的信息中心互联起来,也是一崐个广域网。广域网一般分布距离在100-1000公里之间;城域网又称为都崐市网,它的覆盖范围一般为一个城市,方圆不超过10-100公里;局域网的崐地理分布则相对较小,如一栋建筑物,或一个单位、一所学校,甚至一个大房间崐等。

局域网是目前使用最多的计算机网络,一个单位可使用多个局域网,如财务崐部门使用局域网来管理财务帐目,劳动人事部门使用局域网来管理人事档案、各崐种人才信息,公安

刑侦部门使用局域网来管理犯罪信息系统、交警部门使用局域网来管理机动车辆、崐驾驶员信息等等。

2.网络协议

网络协议是两台计算机之间进行网络对话所使用的语言,网络协议很多,有崐面向字符的协议、面向比特的协议,还有面向字节计数的协议,但最常用的是崐TCP/IP协议。它适用于由许多LAN组成的大型网络和不需要路由选择的小型网崐络。TCP/IP协议的特点是具有开放体系结构,并且非常容易管理。

TCP/IP实际上是一种标准网络协议,是有关协议的集合,它包括传输崐控制协议(TransportControlpro-tocol)和因特网协议(Internet崐Protocol)。TCP协议用于在应用程序之间传送数据,IP协议用于在程序崐与主机之间传送数据。由于TCP/IP具有跨平台性,现已成为Internet的标崐准连接协议。网络协议分为如下四层:

〈1〉网络接口层:负责接收和发送物理帧;

〈2〉网络层:负责相邻节点之间的通信;

〈3〉传输层:负责起点到终端的通信;

〈4〉应用层:提供诸如文件传输、电子邮件等应用程序要把数据以TCP/I崐P协议方式从一台计算机传送到另一台计算机,数据需经过上述四层通信软件的崐处理才能在物理网络中传输。

目前的IP协议是由32位二进制数组成的,如202.0.96.133崐就表示连接到因特网上的计算机使用的IP地址,在整个因特网上IP地址是唯崐一的。

四、数据通信的应用前景

1.有线数据通信的应用

(1)数字数据电路(DDN)的应用范围有:

①组建公用数字数据通信网;

②可为公用数据交换网、各种专用网、无线寻呼系统、可视图文系统、高速数崐据传输、会议电视、ISDN(2B+D信道或30B+D信道)、邮政储汇计算崐机网络等提供中继或数据信道;

③为帧中继、虚拟专用网、LAN,以及不同类型的网络提供网间连接;

④利用DDN实现大用户局域网联网;如我区各专业银行、教育、科研以及自崐治区公安厅与城市公安局的局域网互联等。

⑤提供租用线,让大用户自己组建专用数字数据传输网;

例如,今年二季度,自治区公安厅租用DDN电路,采用数字交叉复用设备,崐组成公安专用数字数据传输网。这也称为对公安专用通信网进行数字化改造。经崐过多次研讨和实地试验,决定租用128K数字数据电路,其中以64K作为专崐用数据信道,把公安厅和各地级市的犯罪信息中心互联以64K覆用8条8K信崐道作为语音信道,供传真和长途电话直拨业务使用,从而解决公安专用通信网因崐信道少,开电话会议,就打不了长途电话;要打长途电话,就发不了传真、传不崐了数据的问题。

⑥使用DDN作为集中操作维护的传输手段;或把全区城镇110报警服务台崐互联,实现全区公安机关的统一指挥。

(2)分组交换网的应用

分组交换网能提供永久虚电路(PVC)及交换虚电路(SVC)等多种业务。崐利用分组交换网的通信平台,还可以开发与提供一些增值数据业务:

①电子信箱业务

电子信箱系统又称电子邮件。它是一种以存储_转发方式进行信息交换的通崐信方式。在分组交换网平台上用户把需发送的信息以规定的格式送入电子信箱的崐存储空间,由电子信箱系统处理和传输后,送到接收用户的电子信箱并通知收信崐人。

②电子数据交换业务

电子数据交换(EDI)是计算机、通信和现代管理技术相结合的产物,又崐被称为“无纸贸易”。EDI用电子单证代替了纸面单证,由传统的多点对多点崐的联系变为网络信息传递。EDI技术是未来商业发展的极其主要的工具。现在崐国内外都得到广泛的应用。

③传真存储转发业务

传真存储转发是把计算机与通信技术结合起来,建立智能化的传真网。该网崐利用计算机的存储_转发技术实现广大用户所需的各种新的服务项目。存储_转崐发技术的核心是传真交换机。

④可视图文业务

可视图文业务是一种利用现有公用电信网络开发出来的新型、公用、开放式崐的信息服务系统。可视图文的业务类型主要有公用数据库业务和专用数据库业务崐等。

(3)帧中继技术的应用

帧中继技术适用于对广域网进行数据访问和高速数据传输。帧中继也是一种崐ISDN承载业务,主要用于局域网互联和高速主机环境下作为宽带网的数据入崐口,是向未来宽带ATM交换过渡的手段之一。常用于:

①组建帧中继公用网,提供帧中继业务。

②在分组交换机上安装帧中继接口,提供业务。

③为用户提供低成本的虚拟宽带业务。

④在专用网中,采用复用的物理接口可以减少局域网互联时的桥接器、路由崐器和控制器所需的端口数量,并减少互连设备所需通信设施的数量。帧中继的数崐字链路连接鉴别(DLCI)寻址功能可允许单个中继接入设备与上千个接入设崐备通信。其本地管理接口(LMI)可大大简化帧中继网的配置和管理。

⑤局域网(LAN)与广域网(WAN)的高速连接。

⑥LAN与LAN的互联。

⑦远程计算机辅助设计/制造文件的传送、图像查询以及图像监视、会议电视崐等。

2.无线数据通信的应用

无线数据通信也称为移动数据通信。它的业务范围很广,也有广泛的应用前崐景。

(1)移动数据通信在业务上的应用。

移动数据通信的业务,通常分为基本数据业务和专用数据业务两种:基本数崐据业务的应用有电子信箱、传真、信息广播、局域网(LAN)接入等。专用业务崐的应用有个人移动数据通信、计算机辅助调度、车、船、舰队管理、GPS汽车崐卫星定位、远程数据接入等。

(2)移动数据通信在工业及其它领域的应用。

移动数据通信在这些领域的应用可分为固定式应用、移动式应用和个人应用崐三种类型。

①固定式应用是指通过无线接入公用数据网的固定式应用系统及网络。如边远崐山区的计算机入网、交警部门的交通监测与控制、收费停车场、加油站以及灾害崐的遥测和告警系统等。

②移动式应用是指野外勘探、施工、设计部门及交通运输部门的运输车、船队崐和快递公司为指示或记录实时事件,通过无线数据网络实现业务调度、远程崐数据访问、报告输入、通知联络、数据收集等均需采用移动式数据终端。移动数崐据终端在公安部门的刑警、巡警、交警也开始应用。

③个人应用是指专业性很强的业务技术人员、公安外线侦察破案人员等需要在崐外办公时,通过无线数据终端进行远程打印、传真、访问主机、数据库查询、查崐证。股票交易商也可以通过无线数据终端随时随地跟踪查询股票信息,即使度假崐也可以从远程参加股票交易。此外,电子信箱是国外应用很广的数据业务,在我崐国也已经开始应用。无线接入Internet可随时随地收发电子邮件,因此无线数据崐通信也得到广泛的应用。作为有线数据网的补充和延伸,在公安系统,移动数据崐通信将具有更广泛的应用前景。相信不久的将来,移动数据通信也会在我区公安崐系统得到广泛的应用。

五、结束语

展望未来,通信网络将向着综合业务数字网方向发展,数据、语音、图像等崐各种数据通信在各个层次、各个领域得到综合利用。数据通信在我区公安系统也崐有广泛的应用前景。最近公安部已经下达“金盾工程”总体设计任务书,部署两崐年内建成“金盾工程”。总目标是建成现代化公安综合业务通信网,实现以全国崐犯罪信息中心(CCIC)为核心,以各项公安业务应用为基础的信息共享和综崐合利用,为公安机关打击犯罪、维护社会治安、提高办公效率和执法能力提供强崐有力的信息支持。数字数据网(DDN)开始在公安专用通信网的应用,促进公崐安专用通信网的快速发展,并逐步向数字化、综合化、宽带化方向发展。公安机崐关掌握着大量的社会信息,要实现信息资源共享必须逐步向这个方向发展。信息崐高速公路将通过同步数字体系(SDH)等大容量光纤、多媒体技术,把电话、崐传真、数据、动态图像等各种通信业务综合在一起,采用计算机综合处理,应用崐ATM技术,以交互方式快速传递,把全国各级公安机关CCIC连接起来,使崐各类公安信息在不同层次上相互交流,实现信息资源共享。

地方院校通信工程专业课程体系改革与实践

摘要:本文针对我校通信工程专业课程体系的现状,通过对毕业生主要的就业领域的分布和工作岗位的情况分析,以及面临的就业形势和企业需求,提出了以课程体系改革为重点教学改革方案。体现了经典与现代技术的融合,构造核心知识体系、培养为地方经济建设服务的应用型人才的教学理念。课程体系改革方案整合、优化了我系相关电子电路类课程,系统化了专业核心课程,根据行业需求着重提出了专业课程模块化的课程体系方案。

关键词:通信工程专业;课程体系;模块化

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)49-0059-02

随着科学技术的发展,社会经济体制的转型,地方高等院校对于专业和课程设置等建设也正在进一步变革。通信工程作为理工科大学的一个重要专业,截止2006年6月,我国设有通信工程本科专业的学校达到246所,年招生人数达三万人左右,就业竞争激烈,这给地方院校的通信工程专业学生的培养也带来了一些新的变化和挑战。加强课程体系建设,对提高高等教育教学质量,增强社会竞争能力是十分重要的课题。本文针对地方高校通信工程专业在课程体系建设中,如何体现专业特色,培养符合社会需求的应用型人才,提高大学生的就业竞争力进行探讨。

一、通信工程专业的人才培养

1.通信工程专业的培养目标。通信工程专业的培养目标为:本专业培养能为社会主义现代化建设服务,德智体美全面发展,具有较高文化素质修养、敬业精神和社会责任感,掌握通信工程及相关专业的基本理论知识,能在通信领域中从事设备研发、设计、维护、运营和管理的高级工程技术人才。对于不同类型的学校,在满足本规范的基本要求的前提下,应根据自身的办学定位,体现各自的办学特色。

2.通信工程专业的基本专业知识体系结构。在构建通信专业知识体系过程中,要努力做到六个统筹考虑:①知识体系与培养目标、培养手段和认知规律统筹考虑;②专业知识与人文素质教育统筹考虑;③强化基础理论、拓宽专业知识面与整合更新教学内容统筹考虑;④理论课程与实践课程统筹考虑;⑤必修课程与选修课程统筹考虑;⑥应用能力、创新知识与综合素质培养统筹考虑。通信工程专业的学科基础知识体系主要涵盖四大知识领域,分别是电路与电子学知识领域、信号系统与控制知识领域、计算机知识领域、电磁场知识领域。

二、课程体系改革措施

在厚基础、宽口径、强能力、高素质的人才培养基本思想指导下,结合地方高校发展的实际,具体措施主要体现在以下几方面。

1.加强学科基础课程的教学,以课程的整体优化来指导局部的教学改革。电路理论、模拟电子技术、数字电子技术、高频电子技术、信号与系统、数字信号处理、电磁场与电磁波等课程构成了学科基础课的核心。为了使学生在知识结构上具有“基础扎实、适应面广、实践能力强”的特点,我们对课程内容进行整合更新,优化理论课程体系,改进课堂教学。例如:数字信号处理课程与信号与系统课程的知识合理分配。数字电子技术中,EDA知识与专业课中FPGA的应用知识的整合;电磁场与电磁波和微波技术、天线技术的知识体系优化;信息论与通信原理内容合理分配等等。另一方面,我校通信工程专业在自治区内是从高考一本线以上招生,学生素质相对较好,其中有一部分学生面临考取研究生的需求,针对电子信息类考研的课程,突出重点,加强这方面的理论教学。既满足了学生进一步深造的需求,也实现了厚基础、宽口径的培养理念。

2.增加通信工程专业导论课。开设通信工程专业导论课,是为了使通信工程专业的同学在大学一年级时,就能领先一步了解自己所学专业的重要现实意义,以及应用环境。进而在大学四年的学习中能有针对性地对组成通信框架的各个部分的具体细节做深入的学习和理解,从而避免学习的盲目性和一二年级时的迷茫心理。

3.面向社会需求、改进专业课程教学。通信领域是当今技术更新最快的领域之一,各种通信技术层出不穷,对人才的需求呈现出新的特点:一是3G已进入商用,各大运营商要完成3G网络的建设,GSM和3G网络优化人才需求急剧扩大;二是通信设备制造商近年来发展迅速,对从事研发和生产类的技术性人才需求旺盛,尤其是具有掌握通信理论,电子设计能力人才需求呈现较大缺口;三是集通信网络、软件设计一体的科技公司对人才的需求旺盛,基于3G平台的应用开发将是目前的急需人才。因此,在总体把握“夯实基础、拓宽口径、强化个性、善于创新”的基础上,推进人才培养的分类指导,在专业课教学方面,采用模块化教学,以适应社会需求的多样性和通信技术的飞速发展。根据社会需求,我们对毕业生就业情况的调查,主要就业领域分布在①GSM和3G网络优化、通信网的设计、施工等领域;②在通信设备制造商从事售前、售中、售后等技术服务;③通信运营企业,从事电信运营、管理;④有线电视公司以及其他专用通信部门,如民航、部队等。为此,根据专业方向,设置相应的专业选修课模块。通信网络与交换方向。该专业培养在现代通信网与交换等多个层面上,进行现代通信技术应用、工程设计、设备制造和网络运营的高级技术人才。培养目标是熟悉通信设备和系统的基本原理与性能,掌握通信系统构架与组网技术。具有网络设计与建设、管理与运维等操作能力,同时掌握通信基本理论,具有较为深厚的专业系统知识。适应通信领域内网络、系统、设备及信息交换、传输、处理方面的应用、安调与维护工作。主要专业课程有:计算机通信与网络基础,现代交换技术,光纤通信、微波与天线、移动通信、现代通信网络、现代通信工程设计等。就业方向:通信设备生产企业、电信运营商、公安、民航、广电等特定行业需求的人才。计算机通信(宽带数据通信方向)。本专业培养从事计算机网络及宽带数据通信系统设备进行现场安装、配置、调试、管理与维护第一线的高素质技能型人才。培养目标是:掌握数据通信、网络通信的基本原理,计算机软硬件基本操作,宽带接入、数据库开发与维护等技术。具有较强的网络设计、施工、维护等基本能力,并具有跟踪宽带数据通信的新技术、新发展的能力。主干课程:计算机通信与网络基础、数据库及其应用、操作系统、JAVA语言及其应用、交换机与路由器配置技术、光纤通信技术、移动通信技术、现代程控交换技术、宽带接入网技术等。就业方向:面向通信企事业单位从事计算机通信和数据通信等相关工作,也可到各类网络公司从事网络通信技术工作。

4.适应社会的毕业设计、毕业实习的指导方式。根据教学计划,毕业设计和毕业实习基本都安排在第八学期。这期间,许多用人单位的岗前培训、见习期也都安排在这期间进行。这往往造成学生投入毕业设计的时间和精力的不足,达不到预期效果。因此,毕业设计可以分两大类,一类是学生在校内选做校内指导教师的题目;另一类是在校外,根据学生在见习单位的实习情况,指导学生选择好结合岗位、生产实际的毕业设计题目,并与企业协商,聘请有经验的现场工程技术人员进行联合指导,共同完成指导学生毕业设计工作。这样,既完成了毕业设计、毕业实习的教学环节,提高了学生的实践创新能力,又满足了用人单位的实际需求,使学生较快地进入工作角色,也进一步提高了学生的就业竞争力。

三、问题与思考

尽管经过几年的改革与建设,通过采取上述一系列措施,使得我们地方院校的通信工程专业的课程体系方面,更加符合我校的实际情况。但我们也清醒地认识到,专业建设的发展与经济社会快速发展对高等教育的要求还有很大差距。主要表现在:①实验室硬件的建设,在同类院校中具有绝对优势的亮点项目不多;②师资队伍中缺乏具有较高水平的学术带头人;③产学研合作虽取得了显著的进展,但是形式单一;④毕业生就业率持续走高,受到社会的好评,但是在重要的技术岗位或关键岗位的人数还不多。因此,我们根据地方院校的特点,从课程体系调整、课堂教学改进等方面对应用型人才培养模式进行探讨,目的就是更好地培养具有自己专业特色的适应社会需要的有用人才。

参考文献:

[1]孙云山,刘婷,张立毅.我国通信工程专业的发展现状[J].太原理工大学学报,2006,(24):85-86.

[2]高等学校电子信息科学与工程类本科指导性专业规范[M].北京:高等教育出版社,2010.

[3]于慧敏,黄爱萍.信息与通信工程特色专业教学改革[J].电气电子教学学报,2010,32(6):96-98.

[4]张毅,郭亚利.通信工程(专业)概论[M].武汉:武汉理工大学出版社,2007.

[5]陈正宇.应用型本科院校通信工程特色专业建设的思考[J].科技信息,2008,(4).

[6]成强,张奇惠.电子信息专业本科毕业论文改革实践[J].绍兴文理学院学报,2010,30(7):84-87.

基金项目:内蒙古工业大学教学改革项目(200905)

作者简介:纪松波(1964-),男,内蒙古赤峰人,硕士,副教授,主要从事通信工程专业的教学及其管理工作。

单片机实验系统设计论文

摘要:为了在实验室模拟工业场合,研究和解决工业现场检测和控制问题,设计了一种基于AT89C51的单片机综合实验系统.以单片机为核心,通过A/D和D/A转换模块实现模拟量的采集和控制,利用按键控制模块完成系统参数设置,利用液晶和可编程时钟等模块进行采集数据和时间等的显示,通过串行通信模块、RS232和RS485总线实现单片机与计算机的通信,通过仿真机在线编写、调试和修改单片机程序.结果表明系统能够进行多路模拟信号的采集、处理、显示、控制和远距离通信,而且采集数据正确率高、通信实时性强,控制可靠.

关键词:单片机;串行通信;总线;计算机;接口

随着自动化技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展和广泛应用,论文工业过程的智能化、自动化监测与控制系统的应用日益广泛.单片机系统由于其抗干扰性能较好被大量应用到工业过程控制的各个领域。因为工业现场环境较恶劣,单片机系统在使用过程中通常会出现一些设计时想不到的新情况、新问题,这就需要进一步修改和完善.因此,有必要设计一套单片机综合实验系统,根据工业现场反馈的各种问题,随时对系统中的功能模块进行实验研究和分析,解决工程实际问题.本文设计的这套单片机综合实验系统具有自动采集多路模拟量、对采集的数据进行处理和显示、根据设定的参数自动调节和控制输出、与计算机进行远距离数据通信等功能.

1系统组成及工作原理

综合实验系统主要由以下几部分组成:89C51单片机及其仿真系统,温度、压力等模拟量传感器及其接口电路,A/D转换模块,数据存储模块,按键控制模块,日历时钟模块,看门狗电路模块,FP—GA模块,液晶显示模块,通信模块及上位计算机,其组成框图如图1所示.系统采用89C51单片机作为主控芯片,A/D转换模块将多路模拟信号转换为数字信号;外部数据存储模块为该系统采集的数据提供存储空间;按键控制模块向CPU传回键值,用来设置和调节系统参数;日历时钟芯片不仅可以给系统提供准确的时间,而且为系统提供掉电保护功能;看门狗电路模块为系统提供了精确复位和低电压监控功能,一旦系统出现故障或程序跑飞,它就可以在超时周期之后使CPU复位,提高系统的整体可靠性和抗干扰能力.FPGA模块是现场可编程逻辑门阵列,通过编程可将它作为多种数字逻辑器件使用;LCD液晶显示模块可以同时显示多行字符及自造图形,主要用来显示采集到的数据、系统时间等;兼容RS485和RS232两种协议的全双工串行通信接口,可以与上位计算机进行远(约1200m)近(约15m)距离的数据通信[1];上位计算机将接收的数据进行存储、显示、绘制模拟曲线、打印曲线和数据文件,按照用户的具体要求作进一步的数据分析和处理,同时发送控制参数,对被测对象的温度、压力等进行控制和调节.

2系统硬件设计

2.1单片机仿真系统

单片机仿真系统可以模拟CPU在仿真机上运行用户程序(程序和数据存储器借用仿真机的),也可以连接外部电路来实现动态监测与控制功能.仿真机一般都具有单片机的基本功能部件,如CPU、RAM、用户程序存储区、键盘等;具有单步、设置断点(以便随时观察内部各RAM、特殊功能寄存器的数据变化)、连续运行用户程序的功能[2].

监控程序放置在仿真机内,要仿真的CPU器件位于仿真机外仿真线的端头,毕业论文更换不同的仿真头和CPU,该机可以仿真8031、89C2051、89C51等类型的单片机,该机的调试软件可以直接编辑汇编源程序.通过仿真机进行编程和调试减少了对芯片的频繁写人、擦除和修改操作,只有当程序调试顺利通过才将程序写入芯片,编程方便且节省时间.

2.2传感器的选择及信号变送电路的设计

传感器作为系统的感知器件,直接影响着系统的精度和稳定性.本实验系统中,温度传感器选用精度高,线性度好,使用方便的LM335传感器;压力传感器选用标准应变式压力传感器,它具有精度高、响应速度快、分辨率高等特点.传感器接El电路的设计采用了模块化设计方法,设计了温度、压力等专门接口电路,直接与上述各种传感器相连.由于从传感器输出的模拟电信号非常微弱,需对这些模拟信号进行放大,同时为了确保信号不失真,选用了线性度好、抗干扰能力强的高精度运放OP07,其特点是输入失调电压较高、温漂较小、开环电压增益较高、共模抑制比较大,它输出的模拟信号经10位A/D转换器TLC1543转换成数字信号后,送人89C51进行处理.

2.3通信模块的设计

计算机(PC)串行通信端口是RS232负逻辑电平,该实验系统上既有RS232接El,又有RS485接口,可以通过RS232总线进行点对点通信,也可以通过RS485总线进行多机通信_3],RS485总线上最多可挂接32个综合实验系统,总体布局如图2所示.所以实现计算机和该实验系统之间的近距离通信,通过RS232接口即可;若要实现计算机和该实验系统之间的远距离通信,则必须将RS232电平转换为RS485电平后,才可将实验系统挂接在RS485总线上.RS232-RS485电平转换原理如图3所示,通过MAX485的差动输入(A、B)与RS485总线相连进行信号的收/发,由于RS485总线上只能进行半双工通信,所以MAX232和MAX485之间除了接收和发送线外,还有一个信号线来控制MAX485的接收使能(RE)和发送使能(DE),在PC与RS232相连的这一侧,通过PC的请求发送(RTS)来控制.

2.4串行总线I*2C

I*2C总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制串行总线[4].它只需两根线(串行时钟线SCL和串行数据线SDA)就能完成挂接在总线上的若干个IC器件与微处理器之问的数据交换.该实验系统采用具有IC总线接口的看门狗芯片CATll61和可编程实时时钟芯片PCF8563,由于单片机89C51自身没有IC总线接口,所以采用软件合成IC总线与它们相接.

IC串行总线与并行总线的最大区别在于:并行总线有地址总线,CPU通过地址总线访问从器件;而IC总线利用数据传送中的前几个字节传送地址信息,所以占用CPU的口线大大减少[5].随着智能化测控仪器日趋小型化和集成化,IC串行总线正在逐步取代传统的并行总线..5抗干扰设计

工业监控现场工作环境一般较差,干扰较严重,为了保证系统可靠工作,必须解决抗干扰问题.针对工业监控现场可能产生的干扰、干扰来源、传播途径等,采用了软硬件方法对系统进行抗干扰设计.硬件抗干扰设计主要包括:对电源噪声进行滤波、大功率驱动电路接口进行光电隔离、集成电路芯片的VCC与地之间并连电容、优化电路板的布线、看门狗监控等;软件抗干扰设计主要包括:软件陷阱、软件自恢复、数字滤波、求平均值等.

对于数据输入通道的干扰,采用软硬件结合的方法进行滤波.当存在随机干扰而使被测信号中混入了无用成分时,硕士论文首先经过一个时间连续的RC滤波电路,再经A/D变换成二进制数字量后,进行数字滤波.因为硬件滤波能很好地抑制高频干扰,而对低频干扰的滤波效果却较差;而软件数字滤波算法对低频干扰具有较好的抑制能力.

在控制强电设备的开关量输出通道中,为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输出通道反串到监控系统,采用了光电隔离技术.因为光信号的传输不受电场、磁场的干扰,可有效地防止干扰信号因耦合而进入系统,达到电气隔离的效果.

3系统软件设计

系统软件包括单片机软件和PC机软件.单片机软件采用模块化结构,利用MCS一51汇编语言编写.根据要实现的功能,该软件由主程序以及数据采集、A/D转换、数据通信、日历时钟编程、键盘中断调控、液晶显示、D/A转换、数码管显示等程序模块组成.下面以加热炉的炉温控制为例,给出系统程序流程图如图4所示.

PC机软件的主要功能是对单片机系统采集的数据进行存储、处理、动态模拟显示、报表绘制、打印输出等.PC机软件采用VisualBasic6.0编写,医学论文PC机与单片机之间的实时通信程序主要是通过计算机的串行通讯口进行数据的实时采集和双向通信,此外,PC机程序还将单片机采集过来的数据按照用户的具体要求进行动态显示、数据统计、生成报表和数据文件等,并对不同情况下得到的数据进行对比分析,总结出变化规律.

4实验结果与分析

为了测试该系统的实时性,将5台综合实验系统与工业计算机组成分布式多机通信系统,单片机串口工作方式1(传送一帧信息10位),波特率2400bps,一帧数据采用5个字节(其中数据占2个字节是因为A/D转换结果是10位)的格式,如表1所示.5台实验系统各采集一次数据给PC机传送时,理论上连续发送速率为2400/(10*5*5)===9.6次/s.经过测试发现,计算机在120ms后收到了5台综合实验系统发送的共250位数据,实际发送速率约为8次/s,这是因为有状态转换和等待时间;为了测试系统的可靠性和稳定性,将调试好的程序写入单片机芯片,使系统连续运行,120h后观察系统仍然在按设定的流程工作,没有出现死机现象.该系统经过多次改进和实验验证后,据此设计了工业加热炉炉温控制系统并在工业现场安装使用,结果系统能连续正常工作(工业计算机故障除外),测量随机误差为±0.01℃,控制结果满

足了实际要求.

5结论

该综合实验系统不仅能为以单片机为核心的系统前期探索研究提供一种方便的实验装置,而且能在远离工业现场的实验室解决工业应用中的实际问题.实验结果表明该系统可以将许多分散的实验项目整合在一起进行研究和分析,节约资源,降低成本;实验数据正确率高,通信实时性强,系统工作可靠;单片机串行网络构成的分布式通讯系统灵活性强,易于扩充,其基本原理适用于工业现场的分布式数据采集、检测及控制系统,具有很大的实用价值.

参考文献:

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LIChao-qing.DataCommunicationTechnologyofPCandSCM[M].Beijing:BeijingUniversityofAero—nauticsandSpaceflightPress,2001.(inChinese)

[2]杨文龙.单片机原理及应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,1993.

YANGWen—long.PrincipleandApplicationofSCM[M].Xi’an:Xi’anUniversityofElectronicsTechnol-ogyPress,1993.(inChinese)

[3]高红红.矿区专用铁路调度监督系统的研制[J].现代电子技术,2005,21:84.GAOHong-hong.ResearchandDevelopmentofDis—patchandSupervisionSystemofMineRailway[J].ModernElectronicsTechnique,2005,21:84.(inChinese)

[4]郝迎吉,高红红,王燕.远距离水位智能监控系统的研究与实现[J].仪器仪表学报,2004,25(6):809.HAOYingji,GAOHong—hong,WANGYan.Re-searchandImplementationofIntelligentMonitoringandControlSystemforLong—distanceWaterLevel[J].JournalofApparatusandInstrument,2004,25(6):809.(inChinese)

[5]陈世攀,李玉忍.E2PROM器件CAT1161在单片机系统中的应用[J].电气传动自动化,2003,25(4):57.CHENShi—pan。LIYu—rerLApplicationofE2PROMDeviceCAT1161intheSingleChipMicrocomputerSystem[J].ElectricDriveAutomation,2003,25(4):57.(inChinese)

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