第二節 數據信號的類別及傳輸方式

一、數據信號的類別

1．模擬信號

“模擬”（Analogos）這個概念來源于希臘語，表示“類似于”。模擬顯示數據（信息）是指通過直接與數據成比例的連續變化物理量進行表示。

模擬信號（圖1-15）的特點是，它可以采用0～100%之間的任意值。因此模擬信號電壓（或電流）的變化方式是連續的，如指針式測量儀表、水銀溫度計、指針式時鐘等。

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

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

1）導線（電纜）長度。

2）導線的線性電阻。

3）無線電波。

4）移動無線電信號。

出于安全技術的原因，在車輛應用方面不會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、發動機管理系統等）。

2．數字信號

“數字”這個概念來源于拉丁語“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，或者更確切地說，“數字”就是可以分解為各自獨立的事務。

數字表示方式就是以數字形式表示不斷變化的物理量。尤其在計算機內，所有數據都以“0”和“1”的序列形式表示出來（二進制）。因此，“數字”是“模擬”的對立形式。數字信號的變化規律如圖1-16所示。

3．二進制信號

“Bi”一詞來源于希臘語，表示“2”。因此，一個二進制信號（圖1-17）只能識別兩種狀態，即0和1，或高和低。如車燈點亮或車燈未亮，繼電器觸點斷開或繼電器觸點閉合，供電或未供電，車門打開或車門關閉等。

每個符號、圖片甚至聲音都可由特定順序的二進制字符來表述，如1001 01 10。通過這些二進制編碼，計算機或控制單元可以處理信息或將信息發送給其他控制單元。

4．信號電壓

為了能夠清楚地區分高電壓和低電壓這兩種狀態，在汽車網絡技術中對信號電壓（圖1-18）作了明確的規定，高電壓為6～12V，低電壓為0～2V，2～6V之間屬于禁止范圍，只用于識別故障。

5．代碼表示

代碼就是一組由字符、符號或信號碼元以離散形式表示信息的明確的規則體系。例如，早年間在無線電通信中廣泛使用的莫爾斯電報機（圖1-19），其發出的莫爾斯電碼就是信息代碼。莫爾斯電碼的每個字母和數字都是通過不同長度的信號序列進行表達的。

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

短短短——S；

長長長——O；

短短短——S。

6．比特和字節

計算機中的所有信息都以位（bit，也稱比特，是二進制數字的最小信息單位）為單位進行存儲和處理的。因此，必須將所有數據（字母、數字、聲音、圖片等）轉換成二進制代碼，以便在計算機中進行處理。

最常用的系統和代碼用8個位構成1個字節。因此，可以對256個字節進行設碼。

1千字節（KB）=2¹⁰字節，即1024字節

1兆字節（MB）=2²⁰字節，即1024KB（1048576字節）

l千兆字節（GB）=2³⁰字節，即1024MB（1073741824字節）

注意：換算系數不是1000，而是1024。

二、數據傳輸方式

根據發送裝置向接收裝置傳輸信息時各字節的傳輸方式不同，數據傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種形式。

1．并行傳輸

進行并行傳輸（圖1-20）時，發送裝置向接收裝置同時（并行）傳輸7～8位數據。以并行形式傳輸數據時，兩個設備之間的電纜必須包括7或8根平行排列的導線（如接地導線）。

由圖1-20可以看出，采用并行傳輸方式時，其數據傳輸如同在具有8條車道（車道相當于數據導線）的公路上行車（每輛車的載運量相當于1位數據，8輛車的載運量之和相當于1個字節），在同一時間內，可以通過8輛車。雖然其通行效率高，但是要構筑8條車道，建設成本高昂。

需要較高的傳輸速度時，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用較高，因此只能在傳輸路徑較短時采用并行傳輸方式。

2．串行傳輸

串行傳輸（圖1-21）主要用于在數據處理設備之間進行數據通信。在1根導線上以位為單位依次（連續形式）傳輸所需數據。

由圖1-21可以看出，采用串行傳輸方式時，其數據傳輸猶如在具有1條車道（車道相當于數據導線）的公路上行車（每輛車的載運量相當于1位數據，8輛車的載運量之和相當于1個字節），在同一時間內，只能通過1輛車。其通行效率低，但只需構筑1條車道，建設成本低廉。串行傳輸方式的優點是降低了布線成本，缺點是延長了數據傳輸時間。1個8位并行接口可在1個時間單位內傳輸1個數據字節，而1個串行接口至少需要8個單位時間才能傳輸相同字節的數據。不過，傳輸距離越長就越能體現出串行傳輸的優勢。

滿足下列某個或多個條件時大多使用串行傳輸方式：

1）傳輸距離較長（如在兩個或多個距離較遠的控制單元之間傳輸數據）。

2）出于大量節約導線的考慮。

3）對抗干擾能力（屏蔽導線）要求較高。

4）系統需要傳輸的數據量較小。

目前汽車上并行數據傳輸方式多在控制單元內部線路中使用，而在控制單元外部傳輸信息則大都以串行傳輸方式進行。串行數據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．同步數據傳輸

使用1個共同的時鐘脈沖發生器可保持發送裝置和接收裝置時間管理的同步性，這種方式就是同步傳輸方式（圖1-22）。采用同步數據傳輸時，只需使用發送裝置的時鐘脈沖發生器即可，但必須通過1根單獨的導線將其節拍頻率傳送給接收裝置。

進行同步傳輸時，通常以信息組形式發送數據，且必須使接收裝置與信息組傳輸同步化。因此，在信息組起始處發送1個起始符號，在停止處發送1個停止識別符號。

4．異步數據

傳輸發送和接收裝置之間最常用的時間管理方式是異步傳輸方式。進行異步數據傳輸時，發送和接收裝置之間沒有共同的系統節拍。系統通過起始位和停止位識別數據組的開始和結束。只有當接收裝置確認已接收到之前的數據后，發送裝置才會傳輸后續的數據。異步傳輸方式的數據傳輸速率相對較慢，數據傳輸速率還取決于總線長度。

進行異步數據傳輸時，僅針對字符的持續時間建立并保持發送和接收裝置之間的同步性，這種方式又稱為起止方式。進行異步傳輸時，每個字符起始處都有1個起始位。接收裝置可通過該起始位與發送裝置的節拍保持同步。隨后發送5～8位數據位，并可能發送一個檢查位（校驗位）。在導線上發送數據位時首先發送最低值數位，最后發送最高值數位。此后，還有一個或兩個停止位。停止位用于在傳輸兩個字符之間形成一個最小的時間間隔，以便為接收裝置接收后續字符留出必要的準備時間。這種由起始位、數據位和停止位構成的單位稱為數據幀。進行異步數據傳輸時數據幀的結構如圖1-23所示。

發送和接收裝置的傳輸形式必須一致。也就是說，兩個設備內的下列參數需調節一致：

1）傳輸速率。

2）奇偶校驗檢查。

3）數據位的數量。

4）停止位的數量。

5．數據總線上的信息流方向

（1）單工通信 如圖1-24所示，如果在數據總線上，信息流（數據流）只能由一個控制單元傳向另一個控制單元，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，如果在數據總線上，信息流（數據流）可以由一個控制單元傳向另一個控制單元，而且可以進行反向傳輸，則稱為雙工通信。