第二节
数据信号的类别及传输方式

一、数据信号的类别

1．模拟信号

“模拟”（Analogos）这个概念来源于希腊语，表示“类似于”。模拟显示数据（信息）是指通过直接与数据成比例的连续变化物理量进行表示。

模拟信号（图1-15）的特点是，它可以采用0～100%之间的任意值。因此模拟信号电压（或电流）的变化方式是连续的，如指针式测量仪表、水银温度计、指针式时钟等。

① —最大电压值

在听音乐时，人的耳朵就会接收到模拟信号（声波连续变化）。汽车电器设备（音响系统、收音机、电话等）以同样的方式通过连续变化的电压表示出声音。

但当这种电信号由某一设备向另一设备传输时，接收装置接收到的信息与发射装置发送的信息并不完全相同。这是由于下列干扰因素造成的：

1）导线（电缆）长度。

2）导线的线性电阻。

3）无线电波。

4）移动无线电信号。

出于安全技术的原因，在车辆应用方面不会通过模拟方式传输信息。此外，电压变化太小则无法显示出可靠值（ABS、安全气囊、发动机管理系统等）。

2．数字信号

“数字”这个概念来源于拉丁语“Digitus”，表示手指或脚趾，其本意是指可以用几根手指算清的所有事务，或者更确切地说，“数字”就是可以分解为各自独立的事务。

数字表示方式就是以数字形式表示不断变化的物理量。尤其在计算机内，所有数据都以“0”和“1”的序列形式表示出来（二进制）。因此，“数字”是“模拟”的对立形式。数字信号的变化规律如图1-16所示。

3．二进制信号

“Bi”一词来源于希腊语，表示“2”。因此，一个二进制信号（图1-17）只能识别两种状态，即0和1，或高和低。如车灯点亮或车灯未亮，继电器触点断开或继电器触点闭合，供电或未供电，车门打开或车门关闭等。

每个符号、图片甚至声音都可由特定顺序的二进制字符来表述，如1001 01 10。通过这些二进制编码，计算机或控制单元可以处理信息或将信息发送给其他控制单元。

① —高 ②—低

4．信号电压

为了能够清楚地区分高电压和低电压这两种状态，在汽车网络技术中对信号电压（图1-18）作了明确的规定，高电压为6～12V，低电压为0～2V，2～6V之间属于禁止范围，只用于识别故障。

① —高电压范围 ②—禁止使用的范围 ③—低电压范围

5．代码表示

代码就是一组由字符、符号或信号码元以离散形式表示信息的明确的规则体系。例如，早年间在无线电通信中广泛使用的莫尔斯电报机（图1-19），其发出的莫尔斯电码就是信息代码。莫尔斯电码的每个字母和数字都是通过不同长度的信号序列进行表达的。

我们熟悉的求救信号SOS（Save Our Souls，拯救我们的生命）用莫尔斯电码表示为：

短短短——S；

长长长——O；

短短短——S。

6．比特和字节

计算机中的所有信息都以位（bit，也称比特，是二进制数字的最小信息单位）为单位进行存储和处理的。因此，必须将所有数据（字母、数字、声音、图片等）转换成二进制代码，以便在计算机中进行处理。

最常用的系统和代码用8个位构成1个字节。因此，可以对256个字节进行设码。

1千字节（KB）=2 ¹⁰ 字节，即1024字节

1兆字节（MB）=2 ²⁰ 字节，即1024KB（1048576字节）

l千兆字节（GB）=2 ³⁰ 字节，即1024MB（1073741824字节）

注意：换算系数不是1000，而是1024。

二、数据传输方式

根据发送装置向接收装置传输信息时各字节的传输方式不同，数据传输方式分为并行传输和串行传输两种形式。

1．并行传输

进行并行传输（图1-20）时，发送装置向接收装置同时（并行）传输7～8位数据。以并行形式传输数据时，两个设备之间的电缆必须包括7或8根平行排列的导线（如接地导线）。

① —发送装置 ②—数据 ③—接收装置 MSB—最高值数位 LSB—最低值数位

由图1-20可以看出，采用并行传输方式时，其数据传输如同在具有8条车道（车道相当于数据导线）的公路上行车（每辆车的载运量相当于1位数据，8辆车的载运量之和相当于1个字节），在同一时间内，可以通过8辆车。虽然其通行效率高，但是要构筑8条车道，建设成本高昂。

需要较高的传输速度时，通常使用这种传输方式。但是由于插接装置和电缆方面的费用较高，因此只能在传输路径较短时采用并行传输方式。

2．串行传输

串行传输（图1-21）主要用于在数据处理设备之间进行数据通信。在1根导线上以位为单位依次（连续形式）传输所需数据。

① —发送装置 ②—数据 ③—接收装置

由图1-21可以看出，采用串行传输方式时，其数据传输犹如在具有1条车道（车道相当于数据导线）的公路上行车（每辆车的载运量相当于1位数据，8辆车的载运量之和相当于1个字节），在同一时间内，只能通过1辆车。其通行效率低，但只需构筑1条车道，建设成本低廉。串行传输方式的优点是降低了布线成本，缺点是延长了数据传输时间。1个8位并行接口可在1个时间单位内传输1个数据字节，而1个串行接口至少需要8个单位时间才能传输相同字节的数据。不过，传输距离越长就越能体现出串行传输的优势。

满足下列某个或多个条件时大多使用串行传输方式：

1）传输距离较长（如在两个或多个距离较远的控制单元之间传输数据）。

2）出于大量节约导线的考虑。

3）对抗干扰能力（屏蔽导线）要求较高。

4）系统需要传输的数据量较小。

目前汽车上并行数据传输方式多在控制单元内部线路中使用，而在控制单元外部传输信息则大都以串行传输方式进行。串行数据传输既可以采用同步传输方式，也可以采用异步传输方式。

3．同步数据传输

使用1个共同的时钟脉冲发生器可保持发送装置和接收装置时间管理的同步性，这种方式就是同步传输方式（图1-22）。采用同步数据传输时，只需使用发送装置的时钟脉冲发生器即可，但必须通过1根单独的导线将其节拍频率传送给接收装置。

① —同步脉冲 ②—数据 ③—停止 ④—起始 ⑤—接收装置

进行同步传输时，通常以信息组形式发送数据，且必须使接收装置与信息组传输同步化。因此，在信息组起始处发送1个起始符号，在停止处发送1个停止识别符号。

4．异步数据

传输发送和接收装置之间最常用的时间管理方式是异步传输方式。进行异步数据传输时，发送和接收装置之间没有共同的系统节拍。系统通过起始位和停止位识别数据组的开始和结束。只有当接收装置确认已接收到之前的数据后，发送装置才会传输后续的数据。异步传输方式的数据传输速率相对较慢，数据传输速率还取决于总线长度。

进行异步数据传输时，仅针对字符的持续时间建立并保持发送和接收装置之间的同步性，这种方式又称为起止方式。进行异步传输时，每个字符起始处都有1个起始位。接收装置可通过该起始位与发送装置的节拍保持同步。随后发送5～8位数据位，并可能发送一个检查位（校验位）。在导线上发送数据位时首先发送最低值数位，最后发送最高值数位。此后，还有一个或两个停止位。停止位用于在传输两个字符之间形成一个最小的时间间隔，以便为接收装置接收后续字符留出必要的准备时间。这种由起始位、数据位和停止位构成的单位称为数据帧。进行异步数据传输时数据帧的结构如图1-23所示。

① —接收装置 ②—起始位 ③—最低值数位 ④—5～8 位数据

⑤—最高值数位 ⑥—检查位 ⑦、⑧—停止位 ⑨—发送装置

发送和接收装置的传输形式必须一致。也就是说，两个设备内的下列参数需调节一致：

1）传输速率。

2）奇偶校验检查。

3）数据位的数量。

4）停止位的数量。

5．数据总线上的信息流方向

（1）单工通信 如图1-24所示，如果在数据总线上，信息流（数据流）只能由一个控制单元传向另一个控制单元，而不能反向传输，则称为单工通信。

（2）双工通信 如图1-25所示，如果在数据总线上，信息流（数据流）可以由一个控制单元传向另一个控制单元，而且可以进行反向传输，则称为双工通信。