数字通信概念精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇数字通信概念范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

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关键词： 高职类院校 数字通信原理课程 教学心得

数字通信原理课程是电子科学与技术、电子信息工程专业必修的主干专业基础课程，它的课程内容是在数字通信基本理论的基础上，着重研究数字通信传输体质和数字信号传输的技术问题。

对于高职类院校的相关专业学生来说，重点是要在这个课程中掌握数字通信系统的基本组成与基本概念，研究数字信号传输的基本理论，以培养实际技能。

当前我国开设数字通信原理课程教学的高职类院校比较多，对于这门课程的教学质量、教学效果的探讨也不少，我在实践教学的基础上谈谈对这门课程的一些教学研究。

一、数字通信原理教材的选择

数字通信类的教材有国外原版的经典教材，如Bernard Sklar的经典教材《数字通信（第5版）（英文版）》，这本教材在阐述数字通信基本问题的基础上，着重是对数字通信的新技术做了一系列分析，专业性强，理论分析透彻，比较适合通信专业的高年级本科生或研究生使用。但对于高职类院校的学生来说，由于学生学习层次的不同和培养目标的不同，就不适宜选用这样的教材。在实践教学中，我们使用的是国内的一些优秀教材，比如北京邮电大学毛京丽主编的《数字通信原理》等，这些国内优秀教材能够结合学生实际，既深入简出地介绍数字通信技术的基本概念与理论，又结合实用性探讨了数字通信的实用技术，浅显易懂，减少了一些不必要的数学推导与计算。

当然国内国外的优秀教材都很多，无论是选择哪种教材，都必须注意符合学生的能力层次，以及培养目标的要求。

二、考核方式灵活多变

这门课程的考核既要注意理论知识的掌握，又要注意实践技能的操作考核。

传统的总结式考试对于这门课来讲，有一锤子买卖的感觉，很可能会导致学生过于关注考试结果，死记硬背一些原理概念。这样的考试考核并不能实际促进学生对这门课程知识的掌握。为了淡化学生对于考试的紧张感，我们可以采取灵活多变的综合性考试，以期达到一定的效果。既要安排传统的笔试，又要安排动手操作的实验考核。在笔试命题部分，注意试题的难度与类型，要抓住课程的核心要领，根据教学大纲内容难易结合，题型注意多样性。实验考核，一部分是来自对学生平时实验的态度检查情况，包括学生实验考勤，实验报告完成的质量，另一部分可以采取对学生抽做实验的方式进行考核。

三、注重立体化课程建设

数字通信原理完整的课程体系既包括主讲教材的传授，又包括清晰明了的多媒体教学材料制成，还包括实验实训的指导和习题指导。

目前对于主讲教材的重视，大家都已经达成了共识。随着技术与经济的发展，数字通信的技术手段也是日新月异，我们可以通过安排一定的学时来了解。但是我们的实验实训指导和习题指导等还没有跟上来，在配套的课程建设方面，容易对学生的学习造成一定的障碍。

四、紧扣教学大纲，合理安排基础知识与实验知识的比例

针对高职学生的学习特点以及认知规律，教师在教学过程中，重点要讲授数字通信原理的基本理论与方法，同时随着技术的发展，也要不断扩展学生的阅读知识面，以符合时代的要求。在基础知识的讲授中，注意强调对数字通信系统所涉及的基本概念、公式、原理的掌握，打牢知识基础，有计划地安排一些理论作业练习，强调基础理论知识的扎实性。在基础知识的教学中，我们不必追求一些繁复冗余的数学推导，重点是强调公式的掌握与运用。

当然，由于这门课程的预修课比较多，如果单一的学习课程，效果未必能达到预想，因此我们建议在学习这门课程前，应当对信号与系统、工程数学、高频电子电路等课程预先学习，这样在知识体系上，才能达到一个比较好的架构，也能够对移动通信、卫星通信等后续课程打好基础。教师在备课的时候，要结合不同学生的要求，从学生的实际出发，多想办法，灵活讲授。

同时，为了提高专业技术能力的训练，数字通信原理课程必须安排相应有效的实验实训操作。

目前数字通信原理的基本实验是抽样定理实验、PAM实验、PCM实验。这些验证性实验是奠定数字通信基本理论的基础，是学生掌握数字通信基本原理的必要步骤，也是锻炼学生技能的入门之步。

随着实验条件的不断改革，以及技术的不断革新，一批集合多个实验与实训项目的通信原理实验箱在市场上出现了，根据教材与学生的需求，可以选择引进适合自身需求的实验器材。除基本的验证性实验，数字通信原理还可以开展综合的课程设计性实验。

由于受到课时的限制，在实验前，学生必须对数字通信原理的实验目的或相关知识进行预习，这样才能在有限的课时里，完成适量的实验内容与流程。

数字通信实验的数据比较多，由于设备的影响，以及操作的不当，学生在实验过程中所出现的状况也比较多，实验数据的记录与流程的记录就显得尤为重要，要鼓励学生在不同的实验数据里去寻找规律，在不同的实验现象里探究原因。数字通信原理的课程设计实验由于难度比较大，建议采取小组合作的方式，让学生完成。

五、提高学生学习兴趣，重视数字通信原理的课程设计

我在教学实践中，发现学生由于知识层次与能力水平的不同，对数字通信原理的学习热情和学习态度差异性比较大。

这门课程难度比较大，而且内容比较复杂，要想掌握课本知识，必须有端正的学习态度和积极的学习情绪。在实践教学中，我们一方面可以通过各种教学手段来提高学生的学习主动性，另外一方面可以进行一些课程设计活动。

高职类学生学习课程比较多，时间比较紧张，课程设计可以确定一些小设计、小综合性的题目。重点不是让学生做大的综合性设计，而是让学生在课程设计中能够达到复习巩固课本知识的目的，更是让学生能够拥有一些小的设计能力。

在课程设计中，让学生能够描述自己的设计目的与设计要求，能够使用准确到位的语言描述设计原理。对于数字通信原理这门课程来说，其课程设计还必须包括具体的设计程序，教师可以对学生进行程序上的指导，并且小组探讨设计结果。

一个完整的课程设计会使学生大大地提高学习的主动性，并能够在活动中取得益处，比如学习查阅资料，学习制作完整的课程设计报告，在活动中培养小组团队意识，提高对数字通信课程的探究性。

近些年来，对于数字通信原理的教学研究也很多，对于从事数字通信原理的高校教师也不断地提出了新的要求。我在实践教学的基础上对于数字通信原理课程的教学实际，以及存在的一些问题，提出了一些探讨，希望能为该课程的教学提供一些借鉴。

参考文献：

［1］段梅梅.传道、授业、解惑在“通信原理”课程教学中的应用.桂林电子科技大学学报，2007，27，（4）：306-308.

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关键词：电子式互感器；数字同步；数字通信技术

1 电子式互感器

1.1 基本概念

在设计电子式互感器的结构时，对于高精度采集模拟电信号的任务，需要利用采集器来实现，使电信号得到传递。在电子式互感器当中，外部接口数字化、传感原理新型化等是其中的重要内容。在光学无源电子式互感器当中，传输和采集信号的传输介质使光学器件，其信号传变性能十分优良。此外，还有一种非光学有源电子式互感器，在此类电子式互感器当中，高精度信号是由高压侧电子回路进行采集，通过对罗氏线圈等传感器、数据采集电路等进行应用，向低压地电位传输采集的信号。

1.2 主要特点

在电力系统当中，随着数字化、智能化程度的不断提高，电子式互感器能够很好地满足实际应用需求，具有很高的测量精度，而且在不同的荷载状态下，也不会影响其测量精度。同时，电子式互感器的绝缘性良好，具有较高的安全性。[1]电压互感器短路或电流互感器开路的风险不存在，同时具有较大的电子式互感器动态范围。在电子式互感器中，没有铁芯存在，因而不会发生铁磁谐振，具有良好的暂态特性、易携带性、轻便性等特点。

1.3 输出信号

在电子式互感器当中，主要包括模拟信号、数字信号等输出信号的类型。测量的数字信号输出电流为2D41H的测量值，电压保持为2D41H、电流保护数值保持在01CFH，在模拟信号输出的电流互感器当中，数值为4伏、225毫伏、150毫伏。

1.4 配置原则

在110千伏及以上的电压环境中，综合考虑成本和技术方面的问题，可采用常规互感器、电子式互感器，如果对于66千伏以下的电压来说，用户外敞开配电装置保护测控集中布置的基础上，也可采用常规传感器、电子式传感器。[2]如果保护测控下放布置，则不应采用常规传感器。

2 数字同步技术的应用

在传统电磁式互感器当中，是连续输出模拟量，同时模拟量同步状况较为良好，而不同传感器的传变角差是其主要区别。而在实际应用中，传变角差数值都会很小，因此基本可以忽略。而在电子式传感器当中，除了模拟化传感头之外，还包括数字处理、模拟信号到数字信号的转换，所以在应用电子式传感器的过程中，必须对数据同步的问题加以解决。而在电子式互感器的同步方面，涉及了很多相关的内容。[3]在相同间隔当中，数据计算对于母线电压、线路电压、功率因数、电流、电压、无功功率、有功功率等同步都发挥着重要的作用。根据相关技术规范标准来开，在一个间隔当中，同一单元最多能够对12个测量量进行处理和输出，因此，应当保持这些测量量之间的良好同步。在变电站当中，一些设备需要对多个不同间隔的电流、电压数据进行应用，例如平行双线横联差动保护装置、集中式母线保护设备、集中式小电流接地选线设备等，在相关间隔中，应当确保同步的合并单元输出数据。对于输电线路，如果差动保护方式为数字式纵联电流，在线路各侧，也应保持同步的数据，也涉及了很多相关的变电站。在电网检测系统当中，需要对全系统同步相角测量进行提供，在全系统当中，也可能实现同步的数据采集。

3 数字通信技术的应用

在高压传感器当中，通常会输出较小的数值模拟量，在传输过程中，为了对损耗进行降低，在传输当中通常利用离散数字信号。而在光纤通信当中，还应当利用光信号对电子信号输入进行转变，在光纤当中进行传输，进而完成通信的过程。相比于模拟通信，数字通信具有更高的质量，在通信系统当中，其应用也更为广泛。数字通信中对电路信号进行调制的主要方式就是数据编码，对数字信号进行调制，使之形成光信号实现光纤传输，利用光电转换器在接收端对光信号进行接收，重新转化为数字信号，完成传输信号的任务。光源是数字光纤通信中的主要信号，因此，选择传输码，对于数字通信来说非常重要。很多码型都可以应用在光纤通信当中，例如伪双极性码、插入比特码、mBnB码等。在实际选择中，应当注重选择具有一定独立性的比特序列，可以检测的接收误码、误码的扩展性很小，为了提取信息方便，不能有长串的1或0出现，同时还应控制较少的码速率提升较低的码光功率代价。电子式互感器由于具有较短的传输距离，并且在能量供应中可能存在一定的问题，因此，难以有效地通过以上的编码方式加以实现。因此，利用数字传输的方式，采用数据编码、V/F-F/V、异步串行传输等方法，能够更好地确保测量精度。在光纤数字通信当中，应当先编码数字信号，然后通过光纤进行传输，在电子互感器当中，也可应用这种方法。根据电子式互感器的特点来看，在传输信号的过程中，可以采用双稳触发器、门电路触发器等。在开始每个数据的时候，对输出状态利用双稳触发器进行翻转，在中间时段的数据当中，如果数据为0，则保持不变的双稳触发器状态，如果数据为1，则其输出状态由双稳触发器再次进行翻转。在这种编码方式的实现当中，为了更好地发挥作用，应当确保初始状态为0的编码电路，并根据系统时钟频率的二分之一设定数据时钟频率。在低压侧当中，为了对原始数据进行更为准确的翻译，应当在低压侧恢复和处理相应的时钟和数据。在数字通信技术的应用当中，时钟信号的恢复发挥着至关重要的作用，对于电子互感器整个系统的传输质量、传输距离等，都会产生极大的影响和作用。在恢复时钟信号的步骤中，其目的是为了更好地判断接收到的数据信号，对稳定的数据信号进行恢复，从而将抖动和噪声除去，为后续的处理和传输提供便利，在这样的情况下，能够提供相应的特别信号，为系统的良好运行提供支持。

4 结语

在当前的社会当中，电力能源是一种非常重要的能源，因此电力系统的良好运行状态有着重要的意义。在电力系统运行状态的控制与检测当中，电子式互感器是一种十分常用的设备，对于电力系统网络的良好运行发挥着极大的作用。随着科技的发展，在电子式互感器当中，数字技术得到了更为良好的应用，而其中的数字同步技术、数字通信技术等，在实际应用当中也发挥出了更为良好的作用和效果。

参考文献：

[1] 杨新华，殷玉洋，韩永军.电子式互感器数字接口的研究与设计[J].工业仪表与自动化装置，2012（02）：40-

43+47.

[2] 罗彦，段雄英，邹积岩，王宁，郑占锋.电子式互感器中数字同步和数字通信技术[J].电力系统自动化，2012

（09）：77-81+91.

[3] 张明珠，李开成，李振兴，易杨.基于高精度采集卡的电子式互感器校验系统设计[J].电力系统保护与控制，

2010（15）：114-118.

作者简介：于庆（1994―），男，吉林洮南人，沈阳理工大学学生。

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关键词：电子互感器 通信接口 监视及分析装置 软硬件设计

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）03-0139-02

1 概述

近年来，随着智能变电站技术的不断发展及相关产品不断完善，电子互感器逐步在智能变电站中得到应有。但由于不同厂家生产的采集器与合并单元间的数据编码与传输标准存在着差异性，不利于系统的维护与升级。因此，研究智能变电站中采集器与合并单元之间的通信规约，研制用于测试和验证不同厂家生产的电子互感器数字通信接口的标准性、一致性、兼容性的测试及检验装置便具有十分重要的意义和工程价值。

针对此研究课题，国内已开展的相关研究工作主要包括：四川大学的张丽杰等对电子互感器采集器与合并单元通信规约进行了研究，提出使用4B5B码代替曼彻斯特码、BCH码代替CRC校验码的新的数据传输接口方案，并对新方案进行仿真[1]；湖南大学的高乐等对电子互感器接口通信模型设计进行了研究[2]；华中科技大学的谢佳君在其硕士论文中对基于FPGA的电子互感器数字接口合并单元进行了研究，从硬件和软件两个方面对同步、数据处理以及数据输出功能的实现进行了分析[3]；西南交通大学的常晓勇对基于IEC61850电子互感器数字接口硬件方案进行了研究[4]；另外，宁夏电科院和上海远景公司对智能变电站合并单元时间性能测试问题开展了研究[5]。

本文首先对国内主流电子互感器厂家数字通信接口规范进行汇总分析，提出了满足智能电网运行的电子互感器数字信号技术规范。依据此规范进行了电子互感器数字通信接口测试装置的软硬件设计，实现电子互感器数字通信接口协议的报文接收与解析，及兼容性分析，本装置可以对工程应用中，电子互感器三种常见信号传输形式信号进行测试分析，对其中传递的电力数据进行分析、计算、记录，能够显示电力实时波形。以直观、易懂的方式将FT3报文展现出来，自动分析其编码格式，并能够显示其速率。

2 电子互感器数字通信接口分析

电子互感器的二次输出分为数字输出和模拟输出两种，模拟输出是为了利用变电站现存的模拟接口二次设备，是一种过渡性的措施，数字输出是智能变电站对电子互感器提出的要求。虽然早在1999年就出台了电子电压互感器（Electronic Voltage Transformer）数字通信接口标准IEC60044-7，但当时受各种因素的限制，在此标准中，没有提出数字输出的概念。2002年出台了电子电流互感器（Electronic Current Transformer）标准IEC60044-8，首次提出了电子互感器数字输出的概念，并对其输出特性做出明确规定。我国国家电力公司在十五规划中将电子互感器的国家标准校验系统研制工作立项，交给国家互感器质检中心承担，已于2004年完成。2004年3月，我国互感器标准委员会正式成立了电子互感器标准制定工作组，2004年5月召开了工作组第一次会议，开始实施IEC标准转化成我国国家标准的工作。此项工作于2007年年底完成，并出台了国家标准GB/T20840.7（电子电压互感器）和GB/T20840.8（电子电流互感器）。但是此标准是只针对电子互感器本身的技术要求，未对电子互感器和合并器之间的通讯接口规范做出定义。

从时间上来看，现阶段我国针对电子互感器的数字输出研究处速发展阶段，所以制定电子互感器统一的输出标准是非常必要。

3 电子互感器数字通信接口规范

根据IEC60044-8标准，在电子互感器数字接口设计中，物理层应采用Manchester编码方案，并通过基于光纤或铜缆的传输系统来实现物理连接。在实现时，针对物理层与数据链路层的特性，有两种具体的技术方案。一种是IEC60044-8中描述的通讯方式，使用内插法或同步脉冲法得到输出信号，并按照IEC60870-5-1（远动设备及系统传输帧格式）规定的FT3数据帧格式封装，实现数据传输。另一种采用IEC61850-9-1描述的以太网接入方式，使用同步脉冲得到时间连续的一次电流和电压及抽样信号，按照ISO/IEC8802.3协议规定的帧格式进行数据封装，实现数据传输。

3.1 物理层规范

合并单元到二次设备的连接可以是光纤或铜线，标准传输采用通用帧格式，速率为2.5Mbps，采用曼彻斯特编码，最高有效位先送。对于采用光纤连接的传输系统，兼容的接口是合并单元上的光纤连接器。根据传送距离的不同，可以选用塑料光纤或者玻璃光纤。如果采用光纤传输，必须注意光驱动器和光接收器的性能。

3.2 链路层规范

链路层采用IEC60870-5-1规定的FT3帧格式。这种帧的优点是数据完整性好，可用于告诉多支路同步数据链。链接服务类是S1：发送/无应答，这样数据传输是连续的和同期性的，无需二次单元的确认和应答。帧内容由启动字符、数据段和CRC校验码组成。这一方法在技术上易于实现，通讯协议易于标准化，对于不同的一次电气连接具有高度的灵活性。

3.3 应用层规范

为了与IEC61850-9-1兼容，应定义若干标志符。数据帧包括数据块数、块长等，一帧数据有2个状态字，每个状态字占用2个字节。若某些电压、电流量没有使用，则在状态字中相应的位上要置位，并且在该数据域的值须为0000H。若电子互感器故障，则相应的无效标志和维修请求标志要置位。

3.4 数据标定规范

测量用电子互感器数字输出额定标准值是十六进制的2D41H（十进制11585），保护用电子互感器数字输出额定标准值是十六进制的0ICFH（十进制463）。分成测量和保护两个标准值是因为保护用电子互感器可以测量的电流/电压可达到额定一次值的40倍（0%偏移）或20倍（100%偏移）而不会过载，测量用电子互感器可以测量的电流/电压可达到额定一次值的2倍而不会过载。

电子互感器数据采样频率额定标准值有下面几种：80fr-48fr-20fr，fr为额定频率。对于较高的准确级，需选用高的数据采样频率。如果被供给的系统所需数据率大于数据采样频率，则在二级设备内使用IEC60255-24中描述的稀抽样技术。数字输出的电子互感器还定义了额定延时，它指数据处理和传输所需的额定值。在计算互感器的相位误差时，应从相位差中减去额定延时引起的偏移量。由于采用等距采样，因此两个采样点之间的间隔Ts是常量，且等于数据采样频率的倒数。额定延时的标准值有：2Ts，3Ts。

3.5 数据传输时间同步规范

数据同步问题是指智能变电站二次设备需要的采样数据是在同一个时间点上采得的，即采样序列的时间同步以避免相位和幅值产生误差。解决同步问题有插值计算法和同步脉冲法。

插值计算是由二次设备完成，根据互感器提供的若干个时间点上的采样值，插值计算得到需要的时间点上的电压、电流值。同步脉冲法则是使用统一的同步脉冲信号，电子互感器在送出的采样值中打上时标，提供给二次设备。同步脉冲可以通过主时钟获得，例如GPS接收机。为保证GPS接收机的正常工作，通常需要一个开放的整流输出器与站电池连接。对于长距离和高精度要求的情形，应采用光输入。在没有电磁干扰的环境下，低电压输入也是一个低成本高效的方案。

提供给合并单元的同步时钟输入可以是电气连接的，也可以是光学连接的，而且必须遵循以下规范：

（1）触发时刻：低电平到高电平的上升沿触发。

（2）时钟频率：每秒钟发出一个同步脉冲，无论输入脉冲是否异常，合并单元都需要对同步脉冲做真实性核查。

当同步时钟采用光学输入时，应遵循以下规范：

（1）触发水平：光强幅值的50%。

（2）应使用同样的光纤连接器件和光纤。

（3）脉冲持续时间th>10μs。

（4）脉冲间隙tl>500ms。

当同步时钟采用低电压输入时，应遵循以下规范：

（1）电压等级：10V或24V。

（2）触发电平：5V。

（3）脉冲持续时间th>30ms。

（4）脉冲间隙tl>500ms。

（5）输入电流范围：1mA-20mA。

实际应用中可将两种方案结合起来，平时采用GPS脉冲对时，当GPS接收机失效的时候，由二次设备进行插值计算得到需要的时间点上的采样值。当传统设备数据不具有GPS时标的时候，也必须进行插值计算，以满足系统测量和控制的需要。

4 通信接口监视及分析装置设计

电子互感器协议接收与解析装置由前端采集与后台分析两部分组成：前端采集负责ECT、EVT的编码识别、解码、封包及协议转换功能；后台分析完成ECT、EVT编码的分析、显示及电力数据的分析。

电子互感器监视与分析装置硬件原理总体结构框图如图1所示：

前置采集部分采用1U、19英寸机箱结构，带有8路FT3串行采集光口、2路100M光以太网口，能够同时对8路互感器进行监视。

后台分析采用3U、19英寸机箱结构，内置高性能嵌入式CPU，能够满足高速数据的处理。

ECT/EVT与测试设备之间的数字量采用串行数据传输，采用异步方式，传输介质采用光纤传输。符合GB/T20840.8相关规定。支持符合GB/T18657.1的FT3的四种固定长度帧格式，具体如下：

（1）数字量传输帧格式-I（单相互感器）。

（2）数字量传输帧格式-II（三相电流互感器）。

（3）数字量传输帧格式-III（三相电压互感器）。

（4）数字量传输帧格式-IV（三相电流电压互感器）。

电子互感器与测试设备之间采用多模光纤，光纤接头采用ST，支持的传输速率为2.0Mbit/s或其整数倍。采样率为80点/周波，帧格式I、II、III的传输速率为2.0Mbit/s，帧格式IV的传输速率为4.0Mbit/s。采样率为256点/周波，帧格式I、II、III的传输速率为6.0Mbit/s，帧格式IV的传输速率为8.0Mbit/s。

前置接收装置采用TI公司高性能的32位DSP处理器，主频高达600MHz，处理性能可达4800MIPS；内置全双工的自适应以太网芯片；提供一个高性能FPGA芯片，强实时数据由FPGA编码实现，接收同步基准和采集器数据。使用6层电路板及表面贴装技术，提高了装置可靠性，可适用于需要数字量合并功能的场合，主要功能有：

（1）同步基准输入。装置接入两路同步基准，提高装置同步的可靠性。由同步基准产生PPS秒脉冲，PPS到来时DSP翻转重采样的采样序号。装置利用同步时钟（例如GPS系统的授时信号）作为数据采样的基准时钟源。

PPS采用光信号，在低到高的脉冲上升沿触发，合并单元应作合理性检查，验明输入脉冲是否有误。

（2）晶振误差补偿。晶振的精度受环境温度等因素影响，本装置采用先进的自适应晶振误差补偿技术，大大提高了输出数据的均匀性。

（3）重采样。装置所接的采集器发送报文时间要求有固定延时，采集器按固定延时发送报文，装置在接收到各采集器输入的报文后由重采样模块进行重采样，重采样采用二元拉格郎日算法，数据满足电力系统精度及实时性要求。

5 应用与结论

本文对国内主流电子互感器厂家数字通信接口规范进行汇总分析，提出了满足智能电网运行的电子互感器数字信号接口技术要求。依据此规范进行了电子互感器数字通信接口监视及分析装置的软硬件设计，实现电子互感器数字通信接口协议的报文接收与解析，及兼容性分析。

本装置已经在多个智能变电站工程中得到实际应用，实现了电子互感器三种常见信号传输信号的测试分析，能够直观方式显示FT3报文格式的电力实时波形，自动分析其编码格式，并能够显示其速率。本文将对电子互感器数字通信接口技术成熟和电子互感器的应用推广起到推动作用。

参考文献

[1]张丽杰，等.电子互感器采集器与合并单元通信新规约[J].计算机与数字工程，2012，7期40卷：41-43.

[2]高乐，等.与电子式互感器接口的合并单元通信模型设计[J].电力建设， 2007，12期28卷： 95-97.

[3]谢佳君.基于FPGA电子式电流互感器合并单元的研究[T].硕士论文，华中科技大学，2007年.

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【关键词】通信原理 学科教学知识 科学发展

【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】1674-4810（2013）21-0051-03

信息社会，电子与通信技术的发展加快了人类社会的文明化进程。在电子与通信类专业的课程结构中，通信原理是极为重要的专业基础课程。该课程的教学任务在于讲授通信系统的基本概念和基本原理，教学目的在于让学生掌握通信系统的基本组成、理论原理、实现方法和系统性能，能够在后续课程的学习和工作中灵活应用，并激发他们对通信学科的学习兴趣和学习热情，使他们有足够的自信和能力来适应这一日新月异的领域。该课程内容涉及随机过程、复变函数与积分变换、信息论、信号与系统、数字信号处理等多方面的知识。

高等教育是人才培养的主渠道，而教师则是决定学校教育质量的关键。在20世纪80年代的西方教师专业化运动中，美国斯坦福大学的Shulman教授提出了“学科教学知识”（Pedagogical Content Knowledge，PCK，也有人译为教育学内容知识、教学学科知识、学科内容教学知识等）这一重要概念。舒尔曼认为，学科教学知识是学科知识和教育学知识的特殊混合体，是教师对学科知识独特的专业理解，为教师所特有，是“教师对如何帮助学生理解具体学科内容而做出的理解”。学科教学知识使教师学会思考和组织学科理论的疑难研究和创新，使之与学习者多样的兴趣与不同的能力相适应，从而组织教学。学科教学知识的提出，为教师的专业化发展提供了理论依据。学科教学知识是教师在教学中将特定的学科教学内容加工转化形成的、能为学生领悟的知识。学科教学知识的形成，需要教师首先对学科知识、教育理论、学生基础、知识应用等不断进行学习融合；其次对教学过程、教学效果反复归纳、总结，然后对教学经验不断丰富，最终对教学水平不断提高。因此，学科教学知识具有理论性、实践性和个体性。学科教学知识的形成揭示了教师教学能力提高发展的复杂过程，使对提高教师教学能力和教学水平的研究更为深入与科学。因此，快速形成学科教学知识能力并科学发展，对一名新世纪的教师来说具有重要的现实意义。

在此，我们以科学发展观为指导，按照“第一要义是发展，核心是以人为本，基本要求是全面协调可持续，根本方法是统筹兼顾”的要求，本着遵循教学规律、提高教学质量的原则，通过加强教师学科教学知识，对通信原理课程教学进行积极的探索。

一 以人为本，要树立以学生为主体的教育理念

以人为本，体现在课程教学中就是要以学生为主体，以使学生理解掌握课程内容为目的，以提高通信原理课程教学质量为基础，围绕学生成才组织教学活动，构建以“学生为主体，教师为主导”的新型教学模式。这就要求我们在教学过程中注重以下三点：

1.尊重学生的人格

教学过程是师生交往、积极互动、共同提高的过程，是教师教与学生学的和谐统一。因此，教师要尊重学生、爱护学生，形成“民主平等、尊师爱生、情感交融、协力合作”的新型师生关系。师生在人格上是平等的，在课堂活动中是民主的，在相处的氛围中是融洽的，这样有利于激发学生的学习兴趣和主动性，提高课堂教学效果。

2.珍惜学生的学习机会

学生来校学习机会难得，作为教师要认真备好每一堂课、讲好每一堂课，使每一堂课学生都能有所收获。这就要求广泛搜集课程资料，融会贯通地讲授内容，设计构思好讲授方法。教师在备课时，可以进行换位思考，即将自己扮演成学生的角色，感受学生的困惑，思考讲解的技巧，做到有的放矢，寻找到最佳的切入点和突破口，目的是使学生更好地理解知识要点，攻克知识难点，在最短的时间内收到最佳的教学效果。

3.调动学生的学习主动性

课堂教学是学校教育的主阵地、是学生掌握知识的主渠道，如何有效地提高课堂教学效果，是每位教师的职责和义务。因此，在教学过程中要采取合适的教学方法，激发学生的学习兴趣，调动学生的学习积极性。在通信原理的实际课程教学中，我们实施了启发式、讨论式、设计式、情境式、协同式等教学方法，尤其是备课时采用换位思考法做了充分的教学准备，极大地调动了学生的学习主动性和积极性，收到了良好的教学效果。

二 全面协调，统筹处理五个关系，搞好课程教学

在课程教学中，目前普遍存在的问题是知识的无限性与课时的有限性、科技发展的快速性与教学内容的相对滞后性之间的矛盾。通信原理课程教学同样如此，为此我们必须认真进行课程改革：（1）明确该课程在整个课程体系（即学生知识结构）中的地位和作用；（2）研究和处理该课程与其他相关课程之间的内容接口联系；（3）对现有的教学内容进行推陈出新，及时跟踪学术发展动态。在这样的统一思想下，必须注重协调处理好以下五个关系。

1.教学内容与授课学时数的关系

在课堂授课中，我们选用的是樊昌信教授主编的《通信原理》（第六版），这是国家十一五规划教材，也是众多院校通信专业研究生入学考试的指定参考教材，内容丰富翔实、理论体系完整、知识点覆盖面广。内容主要包括通信基础知识与模拟通信原理、数字和模拟信号的数字传输以及数字信号的最佳接收原理、数字通信中的编码和同步技术等三部分，推荐学时为90学时。而本校教学计划中规定为80学时，其中还有20学时的实验教学，理论讲授只有60学时。因此，根据前后课程的设置，跳过确知信号这一章。考虑到《通信原理》的很多章节中（尤其是信号检测）都会用到随机过程的知识，随机信号分析既是通信原理的分析方法，也是其技术基础，故进行了重点讲授。同时将信道编码放在后续课程“信息论与编码”中讲授，这样能在有限的学时内将课程的主要内容讲深、讲透，将知识点融会贯通。

2.核心内容与拓展知识的关系

通信原理课程自身特点显著——抽象概念多、数学推导多、逻辑性强，是后续多门课程的基础，教师在教学中必须紧紧抓住核心内容。段梅梅在《传道、授业、解惑在“通信原理”课程教学中的应用》一文中指出，“道”是通信原理的精髓，即通信中最基本的原理和核心观点；“业”是通信原理的基本研究方法、基本性能指标和知识体系；“惑”是学生理解上的难点和实践中遇到的问题。在授课过程中，教师可以按照传“道”、授“业”、解“惑”，将核心目标讲清、讲透，使学生理解掌握。如在数字调制中，2ASK、2FSK、2PSK是多进制调制和新型调制技术的基础，我们从数学原理、实现方法、解调方法、功率谱、带宽、抗噪声性能等逐一分析，相互比较，使学生不仅理解了三种调制原理调制方法，而且明确了相互关系和各自特点。同时，随着移动通信、卫星通信和计算机通信技术的发展和应用，新的数字载波调制技术不断涌现，因此对多进制调制和新的调制技术在课堂上进行了适当介绍，并指定相关参考书，由学生自学，教师辅导答疑。

3.传统教学方法与现代教学方法的关系

传统教学方法主要是指在课堂上教师讲、学生听、进行知识灌输的一种教学方法。该方法的教学过程和结果往往是教师满堂灌、学生被动学、学生兴趣低、教学效果差。而现代教学方法则强调实行启发式和讨论式教学，教师在课堂上注重思路明晰、突出重点；注重与学生互动、调动学生的学习积极性；注重引导学生自主学习。在通信原理教学中，我们试行了“基于问题式学习”（Problem Based on Learning，简称PBL）的教学方法，设置了“抓住一个主线——抗干扰，理解两个指标——有效性和可靠性，掌握三种调制——幅度调制、频率调制和相位调制，把握四个准则——香农公式、奈奎斯特第一准则、奈奎斯特第二准则和抽样定理”等核心问题，由学生根据课程内容查阅相关资料进行归纳总结，最终使学生能纵横联想、前后贯通，加深对课程内容的理解、掌握。

4.常规实验与虚拟实验的关系

实验教学是验证和加深课堂讲授知识、提高学生对抽象概念理解能力的一个重要教学环节。通信原理安排了20学时、共5个实验，包括三部分实验内容。第一部分以验证性实验为主，如普通双边带调幅与解调实验、2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）调制解调实验、脉冲幅度调制解调实验、脉冲编码调制解调实验等，重点是形象直观地演示调制解调的原理，使学生加深对知识的理解。这些实验在课堂讲授后立即进行，使理论课和实验课相得益彰。第二部分是综合性实验，如数字基带传输系统实验、模拟通信系统实验、数字和模拟通信终端实验等，重点是使学生了解通信系统中的若干变换与反变换，掌握系统的概念。第三部分是开放性实验，我们将剩余实验开放，学生可根据个人的兴趣爱好进行选做，也可自行拟定实验题目和实验内容。此外，考虑到通信原理内容丰富，可做多个验证型和综合设计性实验，但学时有限，只能重点选做。因此，在后续课程MATLAB语言及应用中，利用通信工具箱中的信源编码、纠错编码、信道、调制解调等库函数和模块开设了通信原理的计算机仿真实验，对其硬件实验进行了补充和完善。

5.现代教学手段与传统教学手段的关系

教学手段是完成教务任务、实现教学目的的重要途径。传统教学手段（主要是指黑板加粉笔）和现代教学手段（主要是指多媒体课件）各有利弊：前者清晰易懂，适用于讲授数学推导和理论性强的课程，学生能紧跟教师思路，边记笔记边理解；后者形象直观，信息量大，适用于介绍性多、公式推导少的课程。在授课过程中要根据不同课程的性质和特点，选用不同的教学手段，并注重两者的交叉使用。在通信原理教学中，我们根据不同章节内容选用了多种教学手段。如幅度调制、频率调制和相位调制，其理论性强、数学推导较多。教学手段以板书为主，辅以多媒体课件显示其调制波形，并利用Flas效果模拟，使枯燥的原理教学变得直观具体、生动形象；也使学生学有兴趣、理解全面、记忆深刻。而在讲授绪论时，介绍性内容偏多，则以多媒体课件为主。在讲授数字信号的最佳接收时，则全部采用板书进行。

三 可持续发展，加强课程学科教学知识的应用

讲授通信原理课程的教师应不断加强学科教学知识，并能熟练地运用于教学实践活动中。一方面要强调基本理论、方法的分析，重点培养学生的思考能力；另一方面必须加强实验教学和实际训练环节，重点是培养岗位技能。该课程的教学目标是使学生掌握典型数字通信系统的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和实验技能等，熟悉当前数字通信技术发展的现状和最新进展。核心是教授学生通信知识，培养学生良好的学识素养，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。

1.学科知识传授方面，教学重点放在数字通信系统部分

“通信原理”课程内容包括通信的基本理论、模拟调制、数字传输、编码技术几大部分。由于现代通信的发展方向是数字通信，因此，教学重点应在数字通信系统部分。在课程的开始阶段，让学生准确把握数字通信系统的组成、各模块的功能，使学生能把课程的重点内容有机地联系起来。在学习具体知识点时，能明确它们在通信系统中所起的作用，收到“既见树木，又见森林”的效果。“通信原理”是一门理论和实践并重的课程，在理论教学方面，要让学生掌握通信系统的基本组成、基本原理和分析方法。为了提高教学效果，在课堂上可以采用设问思考和逆向思考提问等教学方法，引发学生思考，启迪学生思维，激起学生的求知欲。在教学过程中，注意观察学生的理解能力。在备课时，采用换位思考法，感受学生的困惑，考虑讲解的技巧，以最短的授课时间收到最佳的教学效果。同时，根据不同的教学内容，注意将学生自学知识和精讲重难点结合起来。在每章或小节结束时，注意及时进行课程总结，使学生巩固所学内容，便于进行后续学习。

2.介绍新技术、新知识，提高学生学习兴趣

“通信原理”是通信专业的基础课程，最新科技与成果很难及时写入教材，用什么教材讲什么内容的传统也使得学生对新科技、新成果知之较少。而通信的发展日新月异，新技术层出不穷，如何在有限的课时里让学生既能掌握通信基本理论，又尽量领悟更多通信方面的新理论和新技术是教学中需要解决的问题之一。我们在教学中必须以教材内容为主线，穿插讲授最新科技知识。如在讲解通信原理基本理论的同时，介绍移动通信的发展状况、移动通信中常用多址方式、3G技术等内容，既能提高学生的学习兴趣，开拓其视野，又能为他们将来从事新领域的研究指明方向。

3.通过多媒体和仿真辅助教学，加深对基本原理的理解

广泛采用多媒体教学，并在课件设计上注意体现知识的建构过程，重视知识要点的剖析，提高学生主体参与度；在课堂讲解上，注意及时提炼重点知识，避免让学生只看不思考，便于学生理解掌握原理，从而促成传统教学和多媒体教学优势互补；同时，利用仿真软件对通信系统进行仿真演示，提高学生的理解力，培养学生的系统观。

4.加强教学实践，巩固所学内容

“通信原理”是一门实验性很强的课程，为了帮助学生巩固所学内容、加深理解，笔者在教学中采用两种方法来提高教学效果。第一，利用现有的实验设备精心设计实验内容；第二，利用MATLAB仿真软件编写仿真程序，并课堂演示。如仿真实现多种解调方式的误码率曲线，可以让学生直观地了解它们之间的性能差异，体会“面对面”交流的乐趣。而编程基础较好的学生可以开发简单的数字通信系统，重点让学生练习使用信源编码信道及接收机的仿真实现等。这样，不仅能提高学生的编程能力，而且还加深他们对整个通信系统的理解。

四 结束语

“通信原理”是信息化技术的一个重要基础，随着信息化技术的发展和应用，必将发挥更加重要的作用。而这将引发从教学对象到教学内容的一系列变革。因此，我们必须与时俱进，以科学发展观为指导，牢固树立以学生为主体的教育理念，全面协调、统筹处理好五个关系，搞好课程教学；必须要加强课程学科教学知识的应用、因材施教、灵活配置、创新应用教学方法，上好每一堂课。只有这样，才能实现课程教学的可持续发展。

参考文献

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[5]顾明远.在没有压力下会学得更好[J].中国教育学刊，2005（4）

[6]徐晓娟.以课程建设促进教师的发展性评价[J].中国大学教学，2005（4）

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经过多年的培养和引进，本团队已经构建了较合理的师资队伍结构和比较扎实的师资基础，建立起一支具备扎实理论基础与丰富工程实践经验的“双师型”专业教师队伍。近年来，聘用有丰富实践经验、国内外知名高校的高学历、高水平的青年教师加入教学团队，近3年派遣1位中青年教师到美国做高级访问学者，3位年轻教师到知名大学继续深造。采取措施积极培养教师的职业责任感以及宽广的国际视野，同时还聘请有丰富工程实际经验的工程师来校教学和指导学生。逐步提升专业教师工程实践能力，选派1—2名教师到企业顶岗实训，参与企业技术开发、产品研制，提高其工程实践能力。逐步改变现行以科研项目和为主的教师业绩和学术水平评价体系，充分发挥和肯定部分工程实践能力强的教师在学生培养过程中的积极作用。鼓励年轻教师到企业进行工程实践训练或从事工程科技项目开发和工程项目设计，以加强自身的工程实践能力，并争取获得工程师或高级工程师职称。从现有合作企业中选聘具有丰富工程实践经验的技术骨干，作为学生的“企业导师”参与实践指导。注重引进有企业工作经历的高级工程师及参与过企业项目研发的博士毕业生，以提高师资队伍整体工程实践能力。设计“知识—能力—品格”一体化培养的教学模式借鉴先进的工程教育改革理念，结合本校的特色和人才培养定位，依托学校人才培养管理体系和架构，设计“知识—能力—品格”一体化培养的课程模式，以学生的理论知识、个人素质、发展能力、团队协作能力和在企业与社会环境下的工程综合能力为培养目标，加强工程实践能力的培养和训练。为了增强各个课程之间的联系，克服现有的以考试为驱动的教学模式的弊端(重理论轻实践、重知识学习轻知识应用)，本课程增开一系列专题教学环节，将各章节知识点进行渗透、融合，设置一系列专题，以增加章节之间的联系，强化知识的应用。同时将几个相关专题整合为一个实训(工程)项目，每个项目都有明确的训练目标和训练形式，由相应的核心章节和若干专题来支撑。项目以接受任务开始，以完成项目为目标展开学习，以完成项目设计为考核方式，构建一种项目(任务)驱动型的综合培养方案。综上所述，在原来的教学模式基础上，增加了专题教学、项目实训和参加竞赛三个实践性较强的教学环节，有利于学生将所学知识融合在一起，提高知识的应用能力，增强工程经验。有教学模式和改革后的教学模式的关系。建立起“组合合理、引入有效、结合市场”的教学环节(1)组合合理。课程组织按模拟通信系统、数字通信系统的组成顺序讲授，模拟通信系统作为独立的章节进行处理，数字通信系统按信源编码、基带传输系统、频带调制系统、最佳接收、信道编码和同步系统进行讲述，通过该方法使学生容易循序渐进地建立整个通信系统的结构联系，不会造成对通信系统组成支离破碎的理解，能够很好地建立起对课程核心的理解。(2)引入有效。课堂的引入要设计得当，衔接好前次课程的内容，例如如何利用信号与系统知识实现本课程的信号处理，如何利用数字电路、模拟电子线路、通信电子线路的知识实现通信系统的功能等，再如实现差分编码可以教授学生如何用编程方法或硬件D触发器方法设计实现要求的功能。(3)结合市场。适应市场需求，把产品引入课程中。学生在学习理论知识的同时，了解市场相关产品的动态，熟悉产品的功能和使用范围，也促使学生更加乐意完成书本的知识点转化为实际应用的过程，激发他们的探索欲望。同时，笔者在教学中，也经常把自身与企业合作的项目拿到课堂进行分析，从项目的创新型和技术指标等方面去拓展学生的专业知识面，让整个课程的学习内容更加丰富。这些措施对教师掌握新技术的要求大大提高，同时要求教师对前续课程有很深的了解。课程组教师都要求有讲授前续一些课程的经历，大大提高教师钻研技术的兴趣，基本消除了从书本到书本、从理论到理论的枯燥的教学过程，真正发挥本课程的承上启下的作用。

搭建好“基础训练和创新实践相结合”的校内外实践平台实验环节是工科学生最重要的教学环节之一，是理论联系实际发挥学生创造性的重要过程，是理论应用到解决实际工程技术问题的关键手段。通信系统的研究设计首先是理论方面的研究，要求学生能够很好掌握和应用通信的基础理论，而后能够利用仿真手段评估理论可行性和先进性，并能够灵活应用所学技术实现自己的研究设计。为此，通过对多年的教学研究总结，本团队在通信原理实验中将基础训练、单元训练、综合训练相结合，验证实验与设计实验相结合，最终达到使学生对通信系统有一个全面了解的基础上，通过“搭积木”的方式，完成通信系统的原理性设计与实现。在实验平台的搭建上形成如下特点:第一，硬件平台采用模块化设计，可支持“通信原理”中的各类模拟、数字通信的单元实验、平台中的各种接口支持各类波形的观测，强化和提升学生对基本概念的理解;第二，更加注重基础实验的训练与升华，如对PCM、DPCM、CVSD、ASK、FSK、PSK(DPSK)、MSK、GMSK、QPSK、QAM编解码等实验进行扎实训练过关，在完成基础实验的基础上，可让学生根据自己的能力特点，适当选做一些设计性的课题，比如基于单片机(ARM)、A/D、DA、FPGA的数字振荡器的设计，各类调制解调通信实验等;第三，实验平台配合将学院建设的“无线通信技术研发与测试平台”，利用AgilentADS通信系统设计仿真软件，将信号发生器、示波器、频谱分析仪集中在一起，在取代传统示波器和替代高档频谱分析仪的基础上，可完成较复杂的数字通信综合实验，如信噪比对模拟、数字基带调制解调系统的传输误码率影响的研究、现代数字解调实验等教学内容，其中ADS软件系统主要有通信系统仿真软件包(E8852A)、射频微波电路设计软件包(E9004A－AK6)、3GPPWCDMA设计库(E8875A)、高级通信系统模型库(E8827A)等，该平台使学生能够接触到业界最先进的工具，取得良好的效果;第四，加强校外实践基地的建设，推进与厦门市电信局、联想移动通信科技有限公司、厦门市华泰视通科技有限公司、厦门工程机械股份有限公司、厦华恒达数据通讯设备有限公司等多家单位的合作，建立长期稳定的校外实习基地，开展实践教学活动，促进本课程校外实践基地的建设。

笔者根据集美大学近几年来的“通信原理”教学实践，适应通信新技术发展需要进行课程改革，取得良好的教学效果，促进了学生对通信原理课程内涵的深刻理解和对该课程知识体系的良好掌握，提高了学生的实际动手能力，较好地激发了学生的创造性和学习兴趣。

作者：陈朝阳 刘璟 查时应 单位：集美大学信息工程学院 上海远洋海事培训中心

篇(6)

关键词：直接数字通信；USB；设计

一、直接数字通信设计中应用USB技术的优势

近几年随着无线技术的快速发展，无线USB接口技术也应运而生。无线USB是基于超宽带无线通信技术（Ultra WideBand，UWB）技术的宽频带、低功率谱密度优点。随着各种类型的USB外设（如USB闪存盘、USB视频头、USB鼠标等）的陆续出现，USB通信的优点越来越广泛的被人们所熟知，将外设连接到计算机时，USB接口成为优先的选择，USB总线主要具有以下优点：

（1）使用方便：设备自动识别，自动安装驱动程序，支持动态接入。

（2）应用范围广：传输速率从几Kb/s至几百Mb/s；同一组总线上可以同时支持同步和异步传输类型；支持对多个设备的同时操作（多连接）；支持多达127个物理外设；支持在主机和设备间多个数据和消息流的传输。

（3）灵活性高：可以有很多不同大小的分组，并允许在一定范围内选择设备的缓冲区；通过支持不同的分组缓冲区和时延要求，支持不同数据传输速率的设备。

（4）传输可靠性高：协议中包含错误检测机制。

二、直接数字通信设计

（一）USB控制系统设计

USB接口引擎的芯片仅处理USB标准协议包的通信；具有结构相对简单、灵活性高、设计复杂性低的特点。本文遵照USB协议的定义，参考市场上已有的USB IP核，可以分析出一个USB设备控制器应具有如下主要功能：协议数据翻译、总线上事件检测、事务传输控制。

协议数据翻译：由于USB数据传输采用反向不归零（None-Return to Zero Inverted，NRZI）编码，并有位填充，所以在发送或接收串行数据时需要进行编码与解码。数据在控制器内传输时以字节为单位，因此还需要进行串并转换。USB数据以包为单位在总线上传输，在进行NRZI解码后需要识别数据包开始、结束标志数据校验采用循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）方法，在接收或发送数据时需要进行相应的CRC校验。

总线上事件检测：对于USB总线事件需要进行检测与确定，完成在各状态之间正确转换。USB事务传输控制：不同类型的USB事务有不同的传输控制机制，需要根据USB协议中所规定的顺序来收发一系列USB包，完成一次事务传输所以，USB设备控制器要做到能够正确识别由主机发来的各种包，并能根据传输机制做出正确处理。

物理层包括收发器和UTMI两部分，其中收发器采用Agere Systems公司的芯片USS2X1A 8-bit，它的主要功能包括包开始（Start of Packet，SOP）和包结束（End of Packet，EOP）信号的检测和产生时钟恢复，即时钟和数据的分离和提取；NAZI编码和解码；填充位的插入和删除；串/并和并/串转换；填充位错误和EOP错误的检测。UTMI模块实现总线上事件检测功能，完成USB设备各状态之间的转换。该部分对USB数据并不进行处理，仅负责收发器和协议层PL模块之间的数据传递。

控制器将转换后的数字量直接存储到FIFO存储区中，也可以读取FIFO存储区中的数据并输出到外部I/O接口。从而在单片FPGA上控制伺服系统所有信号。

USB设备控制器的核心部分是协议层SIE模块，它主要完成USB事务传输控制功能。协议层SIE对于UTMI传递过来的USB包要能进行识别和翻译。

端点控制模块用于端点的选择及端点访问控制，USB核支持多达16个端点，实际使用时端点数目可设置。控制器都必须通过对端点寄存器读写来进行控制。此模块是由端点和状态寄存器构成，存放各种状态信息和事件数据。

每个端点分别定义一套设置和功能相同但地址不同的寄存器，以端点0为例，它包括端点0状态控制寄存器（EP0_CSR），记录了端点状态，包括端点号、端点类型和传输类型等一些状态属性的信息。

USB规范参照网络中的开放系统互联参考模型（Open System Interconnect Reference Model，OSI）采用了分层描述。USB规范把USB系统分为三层，即接口层、设备层和应用层。

（二）物理层面的数字部分设计

USB接口的物理层包括数字和模拟两部分。本文只实现了物理层的数字部分。UTMI模块含有接收状态机、发送状态机、接口状态引擎和速度识别引擎4部分组成。接收/发送状态机分别为接收和发送数据部分的核心控制逻辑，控制着对数据操作的顺序，接口状态引擎用于跟踪接口的各状态信息，它可以控制串行通信芯片的挂起/恢复工作模块，还可以控制芯片的全速/高速通信速率的转换。接口状态引擎子模块采用一个内部状态机保持各状态信息和芯片操作模块转换的信息。这些信息放在状态寄存器中。速度识别引擎用来判断串行数据通信的速率，并处理芯片挂起和复位操作的数据流方向。

（三）串行接口引擎即协议层设计

设备控制器的核心部分是串行接口引擎即协议层模块，它主要完成USB事务传输控制功能。协议层对于UTMI接口传递过来的USB包要能进行识别和翻译。同时该模块判断出当前的传输事务是何种类型，根据USB事务传输机制适时发送正确的USB包，由收发器传递给UTMI模块处理。该模块的结构主要包括：打包模块、解包模块和协议引擎模块。协议层中的打包模块专门负责组装USB包，如果有需要发送的USB包，则送往打包模块组装，先组装包头，插入适当的PID，然后加入数据字段和校验字段。

如果有UTMI模块传递过来的USB包，则送往解包模块拆装，先解码出PID，八位PID的低四位得到PID，通过USB2.0协议的PID类型定义译出PID，再对其后的数据字段进行校验并和包中校验字段比较。

（四）控制设备传输层面设计

应用层不负责具体的传输，它控制设备传输哪些数据，由主机的用户软件和设备的功能单元组成，功能单元是用户软件对USB设备的抽象。设备的功能主要在这一层上实现。功能单元提供每个USB设备所需的特定功能，主机端包括用户软件和设备驱动程序，设备端的功能由功能单元来实现，他们之间的联系看作是逻辑上的数据流。

数控系统的性能一定程度上是由系统参数决定，如何正确传输和设置这些参数是也是实现直接数字通信的关键问题，参数的正确传输与否直接影响机床正常的工作及其性能的发挥。通常一个数控系统都有大量参数，少则几十个，多则上千，这里我们仅选取一个关键参数的传输来说明数据 如何在这一层上进行传输。

在完成以上物理层和协议层的设计后，首先根据系统参数把由一组指令实现的某种功能对应的程序存入存储器中，用一个命令代表这些功能。编写控制程序时只要写出该代表命令，就能实现这些功能。

参数的存储由于数控机床的参数是需要根据机床的状况进行更改的，所以参数都保存在可读写的存储区内。本文设计了16个端点，每个端点的存储区都可以存参数、程序、参数等数据。系统当前的数据可以存放在任何一个区中，也可以从任一区域读数据作为当前使用的数据。

三、结语

本文首先介绍了USB系统的逻辑体系结构，接着讲述了USB协议规定的数据通信机制，数据传输格式，信息包的组成和分类，数据传输的4种方式，本文结合本系统选择中断和控制传输方式，讲述和USB设备控制器设计相关的一些基本概念，描述符的具体设置及通信配置。根据USB协议先对USB设备控制器进行功能模块划分，对各部分进行说明。完成对物理层和协议层的设计，给出了设计生成的状态转换，接口信号，数据传输流程。

篇(7)

召开研讨会的思路由来已久。2007年9月，TETRAMoU主席Phil Godfrey和执行主席Phil Kidner一行曾与集群通信专家委员会成员会面，介绍TETRA技术。集群通信专家委员会认为要推动中国的TETRA数字集群通信应用，需要举办研讨会，启动TEDS正式登陆中国。

本次会议气氛热烈而活跃。TETRA MoU主席Phil Kidner介绍了简单的TEDS总体概念。两位副主席分别作专题演讲。副主席Jeppe Jepsen作了“市场需求更大的数据量”为题的报告，指出在当今的“执行关键任务通信(Mission Critical)”中。TEDS能够满足数据业务增长的容量需求；介绍了TETRA R2的基本情况以及全球第一个TEDS系统――Nodnett挪威国家多部门公共安全数字通信系统；最后提出TEDS的发展日程。副主席Risto Toikkanen作了“TEDS――技术概念和规则”的报告，介绍TEDS的三项目标；谈到TEDS的覆盖、TEDS改善了频谱效率、TEDS的容量和效率以及TEEDS对频谱的需求等内容；最后介绍欧洲对PMR和TEDS规范。TETRA MoU的演讲穿插着与会者的提问。

会议组织了题目为“中国用户对TEDS的需求”的讨论。集群通信专家委员会副主任丁锐认为目前的TETRA网络不能满足一般的话音业务，同时，网络大量使用GPS定位信息，容易造成控制信道拥塞；业界要进一步关注TETRA，在频率资源配置上。要对目前利用率不高的数字集群系统(或体制)给予一定的倾斜；建议TETRA MOU与我国无线电监测中心合作，开展相关的检测工作。有专家提出，随着TETRA技术的不断演进，市场也随之变化，会对频率产生新的需求。并有可能借机扩容和新建数字集群通信项目。有些专家提出，北京、上海、广州等城市的800MHz数字集群通信频率的15MHz频段已经用完，要加以重视和解决；政务网、公共安全网络、交通运输用户、GPS单兵定位(提高用户密度和发送频度)、数据库查询(提供查询速度和效率)和临时移动慢速图像监控等对国计民生都十分必需，建议集群通信专家委员会协助政府做一些调研和宣传，引导市场。例如，可组织“TEDS在中国应用”的讨论。会议还建议在今年晚些时候，例如10月中旬召开一次TEDS全国性研讨会，以便推广这个技术。