數字通信概念精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇數字通信概念范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞： 高職類院校 數字通信原理課程 教學心得

數字通信原理課程是電子科學與技術、電子信息工程專業必修的主干專業基礎課程，它的課程內容是在數字通信基本理論的基礎上，著重研究數字通信傳輸體質和數字信號傳輸的技術問題。

對于高職類院校的相關專業學生來說，重點是要在這個課程中掌握數字通信系統的基本組成與基本概念，研究數字信號傳輸的基本理論，以培養實際技能。

當前我國開設數字通信原理課程教學的高職類院校比較多，對于這門課程的教學質量、教學效果的探討也不少，我在實踐教學的基礎上談談對這門課程的一些教學研究。

一、數字通信原理教材的選擇

數字通信類的教材有國外原版的經典教材，如Bernard Sklar的經典教材《數字通信（第5版）（英文版）》，這本教材在闡述數字通信基本問題的基礎上，著重是對數字通信的新技術做了一系列分析，專業性強，理論分析透徹，比較適合通信專業的高年級本科生或研究生使用。但對于高職類院校的學生來說，由于學生學習層次的不同和培養目標的不同，就不適宜選用這樣的教材。在實踐教學中，我們使用的是國內的一些優秀教材，比如北京郵電大學毛京麗主編的《數字通信原理》等，這些國內優秀教材能夠結合學生實際，既深入簡出地介紹數字通信技術的基本概念與理論，又結合實用性探討了數字通信的實用技術，淺顯易懂，減少了一些不必要的數學推導與計算。

當然國內國外的優秀教材都很多，無論是選擇哪種教材，都必須注意符合學生的能力層次，以及培養目標的要求。

二、考核方式靈活多變

這門課程的考核既要注意理論知識的掌握，又要注意實踐技能的操作考核。

傳統的總結式考試對于這門課來講，有一錘子買賣的感覺，很可能會導致學生過于關注考試結果，死記硬背一些原理概念。這樣的考試考核并不能實際促進學生對這門課程知識的掌握。為了淡化學生對于考試的緊張感，我們可以采取靈活多變的綜合性考試，以期達到一定的效果。既要安排傳統的筆試，又要安排動手操作的實驗考核。在筆試命題部分，注意試題的難度與類型，要抓住課程的核心要領，根據教學大綱內容難易結合，題型注意多樣性。實驗考核，一部分是來自對學生平時實驗的態度檢查情況，包括學生實驗考勤，實驗報告完成的質量，另一部分可以采取對學生抽做實驗的方式進行考核。

三、注重立體化課程建設

數字通信原理完整的課程體系既包括主講教材的傳授，又包括清晰明了的多媒體教學材料制成，還包括實驗實訓的指導和習題指導。

目前對于主講教材的重視，大家都已經達成了共識。隨著技術與經濟的發展，數字通信的技術手段也是日新月異，我們可以通過安排一定的學時來了解。但是我們的實驗實訓指導和習題指導等還沒有跟上來，在配套的課程建設方面，容易對學生的學習造成一定的障礙。

四、緊扣教學大綱，合理安排基礎知識與實驗知識的比例

針對高職學生的學習特點以及認知規律，教師在教學過程中，重點要講授數字通信原理的基本理論與方法，同時隨著技術的發展，也要不斷擴展學生的閱讀知識面，以符合時代的要求。在基礎知識的講授中，注意強調對數字通信系統所涉及的基本概念、公式、原理的掌握，打牢知識基礎，有計劃地安排一些理論作業練習，強調基礎理論知識的扎實性。在基礎知識的教學中，我們不必追求一些繁復冗余的數學推導，重點是強調公式的掌握與運用。

當然，由于這門課程的預修課比較多，如果單一的學習課程，效果未必能達到預想，因此我們建議在學習這門課程前，應當對信號與系統、工程數學、高頻電子電路等課程預先學習，這樣在知識體系上，才能達到一個比較好的架構，也能夠對移動通信、衛星通信等后續課程打好基礎。教師在備課的時候，要結合不同學生的要求，從學生的實際出發，多想辦法，靈活講授。

同時，為了提高專業技術能力的訓練，數字通信原理課程必須安排相應有效的實驗實訓操作。

目前數字通信原理的基本實驗是抽樣定理實驗、PAM實驗、PCM實驗。這些驗證性實驗是奠定數字通信基本理論的基礎，是學生掌握數字通信基本原理的必要步驟，也是鍛煉學生技能的入門之步。

隨著實驗條件的不斷改革，以及技術的不斷革新，一批集合多個實驗與實訓項目的通信原理實驗箱在市場上出現了，根據教材與學生的需求，可以選擇引進適合自身需求的實驗器材。除基本的驗證性實驗，數字通信原理還可以開展綜合的課程設計性實驗。

由于受到課時的限制，在實驗前，學生必須對數字通信原理的實驗目的或相關知識進行預習，這樣才能在有限的課時里，完成適量的實驗內容與流程。

數字通信實驗的數據比較多，由于設備的影響，以及操作的不當，學生在實驗過程中所出現的狀況也比較多，實驗數據的記錄與流程的記錄就顯得尤為重要，要鼓勵學生在不同的實驗數據里去尋找規律，在不同的實驗現象里探究原因。數字通信原理的課程設計實驗由于難度比較大，建議采取小組合作的方式，讓學生完成。

五、提高學生學習興趣，重視數字通信原理的課程設計

我在教學實踐中，發現學生由于知識層次與能力水平的不同，對數字通信原理的學習熱情和學習態度差異性比較大。

這門課程難度比較大，而且內容比較復雜，要想掌握課本知識，必須有端正的學習態度和積極的學習情緒。在實踐教學中，我們一方面可以通過各種教學手段來提高學生的學習主動性，另外一方面可以進行一些課程設計活動。

高職類學生學習課程比較多，時間比較緊張，課程設計可以確定一些小設計、小綜合性的題目。重點不是讓學生做大的綜合性設計，而是讓學生在課程設計中能夠達到復習鞏固課本知識的目的，更是讓學生能夠擁有一些小的設計能力。

在課程設計中，讓學生能夠描述自己的設計目的與設計要求，能夠使用準確到位的語言描述設計原理。對于數字通信原理這門課程來說，其課程設計還必須包括具體的設計程序，教師可以對學生進行程序上的指導，并且小組探討設計結果。

一個完整的課程設計會使學生大大地提高學習的主動性，并能夠在活動中取得益處，比如學習查閱資料，學習制作完整的課程設計報告，在活動中培養小組團隊意識，提高對數字通信課程的探究性。

近些年來，對于數字通信原理的教學研究也很多，對于從事數字通信原理的高校教師也不斷地提出了新的要求。我在實踐教學的基礎上對于數字通信原理課程的教學實際，以及存在的一些問題，提出了一些探討，希望能為該課程的教學提供一些借鑒。

參考文獻：

［1］段梅梅.傳道、授業、解惑在“通信原理”課程教學中的應用.桂林電子科技大學學報，2007，27，（4）：306-308.

篇(2)

關鍵詞：電子式互感器；數字同步；數字通信技術

1 電子式互感器

1.1 基本概念

在設計電子式互感器的結構時，對于高精度采集模擬電信號的任務，需要利用采集器來實現，使電信號得到傳遞。在電子式互感器當中，外部接口數字化、傳感原理新型化等是其中的重要內容。在光學無源電子式互感器當中，傳輸和采集信號的傳輸介質使光學器件，其信號傳變性能十分優良。此外，還有一種非光學有源電子式互感器，在此類電子式互感器當中，高精度信號是由高壓側電子回路進行采集，通過對羅氏線圈等傳感器、數據采集電路等進行應用，向低壓地電位傳輸采集的信號。

1.2 主要特點

在電力系統當中，隨著數字化、智能化程度的不斷提高，電子式互感器能夠很好地滿足實際應用需求，具有很高的測量精度，而且在不同的荷載狀態下，也不會影響其測量精度。同時，電子式互感器的絕緣性良好，具有較高的安全性。[1]電壓互感器短路或電流互感器開路的風險不存在，同時具有較大的電子式互感器動態范圍。在電子式互感器中，沒有鐵芯存在，因而不會發生鐵磁諧振，具有良好的暫態特性、易攜帶性、輕便性等特點。

1.3 輸出信號

在電子式互感器當中，主要包括模擬信號、數字信號等輸出信號的類型。測量的數字信號輸出電流為2D41H的測量值，電壓保持為2D41H、電流保護數值保持在01CFH，在模擬信號輸出的電流互感器當中，數值為4伏、225毫伏、150毫伏。

1.4 配置原則

在110千伏及以上的電壓環境中，綜合考慮成本和技術方面的問題，可采用常規互感器、電子式互感器，如果對于66千伏以下的電壓來說，用戶外敞開配電裝置保護測控集中布置的基礎上，也可采用常規傳感器、電子式傳感器。[2]如果保護測控下放布置，則不應采用常規傳感器。

2 數字同步技術的應用

在傳統電磁式互感器當中，是連續輸出模擬量，同時模擬量同步狀況較為良好，而不同傳感器的傳變角差是其主要區別。而在實際應用中，傳變角差數值都會很小，因此基本可以忽略。而在電子式傳感器當中，除了模擬化傳感頭之外，還包括數字處理、模擬信號到數字信號的轉換，所以在應用電子式傳感器的過程中，必須對數據同步的問題加以解決。而在電子式互感器的同步方面，涉及了很多相關的內容。[3]在相同間隔當中，數據計算對于母線電壓、線路電壓、功率因數、電流、電壓、無功功率、有功功率等同步都發揮著重要的作用。根據相關技術規范標準來開，在一個間隔當中，同一單元最多能夠對12個測量量進行處理和輸出，因此，應當保持這些測量量之間的良好同步。在變電站當中，一些設備需要對多個不同間隔的電流、電壓數據進行應用，例如平行雙線橫聯差動保護裝置、集中式母線保護設備、集中式小電流接地選線設備等，在相關間隔中，應當確保同步的合并單元輸出數據。對于輸電線路，如果差動保護方式為數字式縱聯電流，在線路各側，也應保持同步的數據，也涉及了很多相關的變電站。在電網檢測系統當中，需要對全系統同步相角測量進行提供，在全系統當中，也可能實現同步的數據采集。

3 數字通信技術的應用

在高壓傳感器當中，通常會輸出較小的數值模擬量，在傳輸過程中，為了對損耗進行降低，在傳輸當中通常利用離散數字信號。而在光纖通信當中，還應當利用光信號對電子信號輸入進行轉變，在光纖當中進行傳輸，進而完成通信的過程。相比于模擬通信，數字通信具有更高的質量，在通信系統當中，其應用也更為廣泛。數字通信中對電路信號進行調制的主要方式就是數據編碼，對數字信號進行調制，使之形成光信號實現光纖傳輸，利用光電轉換器在接收端對光信號進行接收，重新轉化為數字信號，完成傳輸信號的任務。光源是數字光纖通信中的主要信號，因此，選擇傳輸碼，對于數字通信來說非常重要。很多碼型都可以應用在光纖通信當中，例如偽雙極性碼、插入比特碼、mBnB碼等。在實際選擇中，應當注重選擇具有一定獨立性的比特序列，可以檢測的接收誤碼、誤碼的擴展性很小，為了提取信息方便，不能有長串的1或0出現，同時還應控制較少的碼速率提升較低的碼光功率代價。電子式互感器由于具有較短的傳輸距離，并且在能量供應中可能存在一定的問題，因此，難以有效地通過以上的編碼方式加以實現。因此，利用數字傳輸的方式，采用數據編碼、V/F-F/V、異步串行傳輸等方法，能夠更好地確保測量精度。在光纖數字通信當中，應當先編碼數字信號，然后通過光纖進行傳輸，在電子互感器當中，也可應用這種方法。根據電子式互感器的特點來看，在傳輸信號的過程中，可以采用雙穩觸發器、門電路觸發器等。在開始每個數據的時候，對輸出狀態利用雙穩觸發器進行翻轉，在中間時段的數據當中，如果數據為0，則保持不變的雙穩觸發器狀態，如果數據為1，則其輸出狀態由雙穩觸發器再次進行翻轉。在這種編碼方式的實現當中，為了更好地發揮作用，應當確保初始狀態為0的編碼電路，并根據系統時鐘頻率的二分之一設定數據時鐘頻率。在低壓側當中，為了對原始數據進行更為準確的翻譯，應當在低壓側恢復和處理相應的時鐘和數據。在數字通信技術的應用當中，時鐘信號的恢復發揮著至關重要的作用，對于電子互感器整個系統的傳輸質量、傳輸距離等，都會產生極大的影響和作用。在恢復時鐘信號的步驟中，其目的是為了更好地判斷接收到的數據信號，對穩定的數據信號進行恢復，從而將抖動和噪聲除去，為后續的處理和傳輸提供便利，在這樣的情況下，能夠提供相應的特別信號，為系統的良好運行提供支持。

4 結語

在當前的社會當中，電力能源是一種非常重要的能源，因此電力系統的良好運行狀態有著重要的意義。在電力系統運行狀態的控制與檢測當中，電子式互感器是一種十分常用的設備，對于電力系統網絡的良好運行發揮著極大的作用。隨著科技的發展，在電子式互感器當中，數字技術得到了更為良好的應用，而其中的數字同步技術、數字通信技術等，在實際應用當中也發揮出了更為良好的作用和效果。

參考文獻：

[1] 楊新華，殷玉洋，韓永軍.電子式互感器數字接口的研究與設計[J].工業儀表與自動化裝置，2012（02）：40-

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[2] 羅彥，段雄英，鄒積巖，王寧，鄭占鋒.電子式互感器中數字同步和數字通信技術[J].電力系統自動化，2012

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[3] 張明珠，李開成，李振興，易楊.基于高精度采集卡的電子式互感器校驗系統設計[J].電力系統保護與控制，

2010（15）：114-118.

作者簡介：于慶（1994―），男，吉林洮南人，沈陽理工大學學生。

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關鍵詞：電子互感器 通信接口 監視及分析裝置 軟硬件設計

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2015）03-0139-02

1 概述

近年來，隨著智能變電站技術的不斷發展及相關產品不斷完善，電子互感器逐步在智能變電站中得到應有。但由于不同廠家生產的采集器與合并單元間的數據編碼與傳輸標準存在著差異性，不利于系統的維護與升級。因此，研究智能變電站中采集器與合并單元之間的通信規約，研制用于測試和驗證不同廠家生產的電子互感器數字通信接口的標準性、一致性、兼容性的測試及檢驗裝置便具有十分重要的意義和工程價值。

針對此研究課題，國內已開展的相關研究工作主要包括：四川大學的張麗杰等對電子互感器采集器與合并單元通信規約進行了研究，提出使用4B5B碼代替曼徹斯特碼、BCH碼代替CRC校驗碼的新的數據傳輸接口方案，并對新方案進行仿真[1]；湖南大學的高樂等對電子互感器接口通信模型設計進行了研究[2]；華中科技大學的謝佳君在其碩士論文中對基于FPGA的電子互感器數字接口合并單元進行了研究，從硬件和軟件兩個方面對同步、數據處理以及數據輸出功能的實現進行了分析[3]；西南交通大學的常曉勇對基于IEC61850電子互感器數字接口硬件方案進行了研究[4]；另外，寧夏電科院和上海遠景公司對智能變電站合并單元時間性能測試問題開展了研究[5]。

本文首先對國內主流電子互感器廠家數字通信接口規范進行匯總分析，提出了滿足智能電網運行的電子互感器數字信號技術規范。依據此規范進行了電子互感器數字通信接口測試裝置的軟硬件設計，實現電子互感器數字通信接口協議的報文接收與解析，及兼容性分析，本裝置可以對工程應用中，電子互感器三種常見信號傳輸形式信號進行測試分析，對其中傳遞的電力數據進行分析、計算、記錄，能夠顯示電力實時波形。以直觀、易懂的方式將FT3報文展現出來，自動分析其編碼格式，并能夠顯示其速率。

2 電子互感器數字通信接口分析

電子互感器的二次輸出分為數字輸出和模擬輸出兩種，模擬輸出是為了利用變電站現存的模擬接口二次設備，是一種過渡性的措施，數字輸出是智能變電站對電子互感器提出的要求。雖然早在1999年就出臺了電子電壓互感器（Electronic Voltage Transformer）數字通信接口標準IEC60044-7，但當時受各種因素的限制，在此標準中，沒有提出數字輸出的概念。2002年出臺了電子電流互感器（Electronic Current Transformer）標準IEC60044-8，首次提出了電子互感器數字輸出的概念，并對其輸出特性做出明確規定。我國國家電力公司在十五規劃中將電子互感器的國家標準校驗系統研制工作立項，交給國家互感器質檢中心承擔，已于2004年完成。2004年3月，我國互感器標準委員會正式成立了電子互感器標準制定工作組，2004年5月召開了工作組第一次會議，開始實施IEC標準轉化成我國國家標準的工作。此項工作于2007年年底完成，并出臺了國家標準GB/T20840.7（電子電壓互感器）和GB/T20840.8（電子電流互感器）。但是此標準是只針對電子互感器本身的技術要求，未對電子互感器和合并器之間的通訊接口規范做出定義。

從時間上來看，現階段我國針對電子互感器的數字輸出研究處速發展階段，所以制定電子互感器統一的輸出標準是非常必要。

3 電子互感器數字通信接口規范

根據IEC60044-8標準，在電子互感器數字接口設計中，物理層應采用Manchester編碼方案，并通過基于光纖或銅纜的傳輸系統來實現物理連接。在實現時，針對物理層與數據鏈路層的特性，有兩種具體的技術方案。一種是IEC60044-8中描述的通訊方式，使用內插法或同步脈沖法得到輸出信號，并按照IEC60870-5-1（遠動設備及系統傳輸幀格式）規定的FT3數據幀格式封裝，實現數據傳輸。另一種采用IEC61850-9-1描述的以太網接入方式，使用同步脈沖得到時間連續的一次電流和電壓及抽樣信號，按照ISO/IEC8802.3協議規定的幀格式進行數據封裝，實現數據傳輸。

3.1 物理層規范

合并單元到二次設備的連接可以是光纖或銅線，標準傳輸采用通用幀格式，速率為2.5Mbps，采用曼徹斯特編碼，最高有效位先送。對于采用光纖連接的傳輸系統，兼容的接口是合并單元上的光纖連接器。根據傳送距離的不同，可以選用塑料光纖或者玻璃光纖。如果采用光纖傳輸，必須注意光驅動器和光接收器的性能。

3.2 鏈路層規范

鏈路層采用IEC60870-5-1規定的FT3幀格式。這種幀的優點是數據完整性好，可用于告訴多支路同步數據鏈。鏈接服務類是S1：發送/無應答，這樣數據傳輸是連續的和同期性的，無需二次單元的確認和應答。幀內容由啟動字符、數據段和CRC校驗碼組成。這一方法在技術上易于實現，通訊協議易于標準化，對于不同的一次電氣連接具有高度的靈活性。

3.3 應用層規范

為了與IEC61850-9-1兼容，應定義若干標志符。數據幀包括數據塊數、塊長等，一幀數據有2個狀態字，每個狀態字占用2個字節。若某些電壓、電流量沒有使用，則在狀態字中相應的位上要置位，并且在該數據域的值須為0000H。若電子互感器故障，則相應的無效標志和維修請求標志要置位。

3.4 數據標定規范

測量用電子互感器數字輸出額定標準值是十六進制的2D41H（十進制11585），保護用電子互感器數字輸出額定標準值是十六進制的0ICFH（十進制463）。分成測量和保護兩個標準值是因為保護用電子互感器可以測量的電流/電壓可達到額定一次值的40倍（0%偏移）或20倍（100%偏移）而不會過載，測量用電子互感器可以測量的電流/電壓可達到額定一次值的2倍而不會過載。

電子互感器數據采樣頻率額定標準值有下面幾種：80fr-48fr-20fr，fr為額定頻率。對于較高的準確級，需選用高的數據采樣頻率。如果被供給的系統所需數據率大于數據采樣頻率，則在二級設備內使用IEC60255-24中描述的稀抽樣技術。數字輸出的電子互感器還定義了額定延時，它指數據處理和傳輸所需的額定值。在計算互感器的相位誤差時，應從相位差中減去額定延時引起的偏移量。由于采用等距采樣，因此兩個采樣點之間的間隔Ts是常量，且等于數據采樣頻率的倒數。額定延時的標準值有：2Ts，3Ts。

3.5 數據傳輸時間同步規范

數據同步問題是指智能變電站二次設備需要的采樣數據是在同一個時間點上采得的，即采樣序列的時間同步以避免相位和幅值產生誤差。解決同步問題有插值計算法和同步脈沖法。

插值計算是由二次設備完成，根據互感器提供的若干個時間點上的采樣值，插值計算得到需要的時間點上的電壓、電流值。同步脈沖法則是使用統一的同步脈沖信號，電子互感器在送出的采樣值中打上時標，提供給二次設備。同步脈沖可以通過主時鐘獲得，例如GPS接收機。為保證GPS接收機的正常工作，通常需要一個開放的整流輸出器與站電池連接。對于長距離和高精度要求的情形，應采用光輸入。在沒有電磁干擾的環境下，低電壓輸入也是一個低成本高效的方案。

提供給合并單元的同步時鐘輸入可以是電氣連接的，也可以是光學連接的，而且必須遵循以下規范：

（1）觸發時刻：低電平到高電平的上升沿觸發。

（2）時鐘頻率：每秒鐘發出一個同步脈沖，無論輸入脈沖是否異常，合并單元都需要對同步脈沖做真實性核查。

當同步時鐘采用光學輸入時，應遵循以下規范：

（1）觸發水平：光強幅值的50%。

（2）應使用同樣的光纖連接器件和光纖。

（3）脈沖持續時間th>10μs。

（4）脈沖間隙tl>500ms。

當同步時鐘采用低電壓輸入時，應遵循以下規范：

（1）電壓等級：10V或24V。

（2）觸發電平：5V。

（3）脈沖持續時間th>30ms。

（4）脈沖間隙tl>500ms。

（5）輸入電流范圍：1mA-20mA。

實際應用中可將兩種方案結合起來，平時采用GPS脈沖對時，當GPS接收機失效的時候，由二次設備進行插值計算得到需要的時間點上的采樣值。當傳統設備數據不具有GPS時標的時候，也必須進行插值計算，以滿足系統測量和控制的需要。

4 通信接口監視及分析裝置設計

電子互感器協議接收與解析裝置由前端采集與后臺分析兩部分組成：前端采集負責ECT、EVT的編碼識別、解碼、封包及協議轉換功能；后臺分析完成ECT、EVT編碼的分析、顯示及電力數據的分析。

電子互感器監視與分析裝置硬件原理總體結構框圖如圖1所示：

前置采集部分采用1U、19英寸機箱結構，帶有8路FT3串行采集光口、2路100M光以太網口，能夠同時對8路互感器進行監視。

后臺分析采用3U、19英寸機箱結構，內置高性能嵌入式CPU，能夠滿足高速數據的處理。

ECT/EVT與測試設備之間的數字量采用串行數據傳輸，采用異步方式，傳輸介質采用光纖傳輸。符合GB/T20840.8相關規定。支持符合GB/T18657.1的FT3的四種固定長度幀格式，具體如下：

（1）數字量傳輸幀格式-I（單相互感器）。

（2）數字量傳輸幀格式-II（三相電流互感器）。

（3）數字量傳輸幀格式-III（三相電壓互感器）。

（4）數字量傳輸幀格式-IV（三相電流電壓互感器）。

電子互感器與測試設備之間采用多模光纖，光纖接頭采用ST，支持的傳輸速率為2.0Mbit/s或其整數倍。采樣率為80點/周波，幀格式I、II、III的傳輸速率為2.0Mbit/s，幀格式IV的傳輸速率為4.0Mbit/s。采樣率為256點/周波，幀格式I、II、III的傳輸速率為6.0Mbit/s，幀格式IV的傳輸速率為8.0Mbit/s。

前置接收裝置采用TI公司高性能的32位DSP處理器，主頻高達600MHz，處理性能可達4800MIPS；內置全雙工的自適應以太網芯片；提供一個高性能FPGA芯片，強實時數據由FPGA編碼實現，接收同步基準和采集器數據。使用6層電路板及表面貼裝技術，提高了裝置可靠性，可適用于需要數字量合并功能的場合，主要功能有：

（1）同步基準輸入。裝置接入兩路同步基準，提高裝置同步的可靠性。由同步基準產生PPS秒脈沖，PPS到來時DSP翻轉重采樣的采樣序號。裝置利用同步時鐘（例如GPS系統的授時信號）作為數據采樣的基準時鐘源。

PPS采用光信號，在低到高的脈沖上升沿觸發，合并單元應作合理性檢查，驗明輸入脈沖是否有誤。

（2）晶振誤差補償。晶振的精度受環境溫度等因素影響，本裝置采用先進的自適應晶振誤差補償技術，大大提高了輸出數據的均勻性。

（3）重采樣。裝置所接的采集器發送報文時間要求有固定延時，采集器按固定延時發送報文，裝置在接收到各采集器輸入的報文后由重采樣模塊進行重采樣，重采樣采用二元拉格郎日算法，數據滿足電力系統精度及實時性要求。

5 應用與結論

本文對國內主流電子互感器廠家數字通信接口規范進行匯總分析，提出了滿足智能電網運行的電子互感器數字信號接口技術要求。依據此規范進行了電子互感器數字通信接口監視及分析裝置的軟硬件設計，實現電子互感器數字通信接口協議的報文接收與解析，及兼容性分析。

本裝置已經在多個智能變電站工程中得到實際應用，實現了電子互感器三種常見信號傳輸信號的測試分析，能夠直觀方式顯示FT3報文格式的電力實時波形，自動分析其編碼格式，并能夠顯示其速率。本文將對電子互感器數字通信接口技術成熟和電子互感器的應用推廣起到推動作用。

參考文獻

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[3]謝佳君.基于FPGA電子式電流互感器合并單元的研究[T].碩士論文，華中科技大學，2007年.

篇(4)

【關鍵詞】通信原理 學科教學知識 科學發展

【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2013）21-0051-03

信息社會，電子與通信技術的發展加快了人類社會的文明化進程。在電子與通信類專業的課程結構中，通信原理是極為重要的專業基礎課程。該課程的教學任務在于講授通信系統的基本概念和基本原理，教學目的在于讓學生掌握通信系統的基本組成、理論原理、實現方法和系統性能，能夠在后續課程的學習和工作中靈活應用，并激發他們對通信學科的學習興趣和學習熱情，使他們有足夠的自信和能力來適應這一日新月異的領域。該課程內容涉及隨機過程、復變函數與積分變換、信息論、信號與系統、數字信號處理等多方面的知識。

高等教育是人才培養的主渠道，而教師則是決定學校教育質量的關鍵。在20世紀80年代的西方教師專業化運動中，美國斯坦福大學的Shulman教授提出了“學科教學知識”（Pedagogical Content Knowledge，PCK，也有人譯為教育學內容知識、教學學科知識、學科內容教學知識等）這一重要概念。舒爾曼認為，學科教學知識是學科知識和教育學知識的特殊混合體，是教師對學科知識獨特的專業理解，為教師所特有，是“教師對如何幫助學生理解具體學科內容而做出的理解”。學科教學知識使教師學會思考和組織學科理論的疑難研究和創新，使之與學習者多樣的興趣與不同的能力相適應，從而組織教學。學科教學知識的提出，為教師的專業化發展提供了理論依據。學科教學知識是教師在教學中將特定的學科教學內容加工轉化形成的、能為學生領悟的知識。學科教學知識的形成，需要教師首先對學科知識、教育理論、學生基礎、知識應用等不斷進行學習融合；其次對教學過程、教學效果反復歸納、總結，然后對教學經驗不斷豐富，最終對教學水平不斷提高。因此，學科教學知識具有理論性、實踐性和個體性。學科教學知識的形成揭示了教師教學能力提高發展的復雜過程，使對提高教師教學能力和教學水平的研究更為深入與科學。因此，快速形成學科教學知識能力并科學發展，對一名新世紀的教師來說具有重要的現實意義。

在此，我們以科學發展觀為指導，按照“第一要義是發展，核心是以人為本，基本要求是全面協調可持續，根本方法是統籌兼顧”的要求，本著遵循教學規律、提高教學質量的原則，通過加強教師學科教學知識，對通信原理課程教學進行積極的探索。

一 以人為本，要樹立以學生為主體的教育理念

以人為本，體現在課程教學中就是要以學生為主體，以使學生理解掌握課程內容為目的，以提高通信原理課程教學質量為基礎，圍繞學生成才組織教學活動，構建以“學生為主體，教師為主導”的新型教學模式。這就要求我們在教學過程中注重以下三點：

1.尊重學生的人格

教學過程是師生交往、積極互動、共同提高的過程，是教師教與學生學的和諧統一。因此，教師要尊重學生、愛護學生，形成“民主平等、尊師愛生、情感交融、協力合作”的新型師生關系。師生在人格上是平等的，在課堂活動中是民主的，在相處的氛圍中是融洽的，這樣有利于激發學生的學習興趣和主動性，提高課堂教學效果。

2.珍惜學生的學習機會

學生來校學習機會難得，作為教師要認真備好每一堂課、講好每一堂課，使每一堂課學生都能有所收獲。這就要求廣泛搜集課程資料，融會貫通地講授內容，設計構思好講授方法。教師在備課時，可以進行換位思考，即將自己扮演成學生的角色，感受學生的困惑，思考講解的技巧，做到有的放矢，尋找到最佳的切入點和突破口，目的是使學生更好地理解知識要點，攻克知識難點，在最短的時間內收到最佳的教學效果。

3.調動學生的學習主動性

課堂教學是學校教育的主陣地、是學生掌握知識的主渠道，如何有效地提高課堂教學效果，是每位教師的職責和義務。因此，在教學過程中要采取合適的教學方法，激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性。在通信原理的實際課程教學中，我們實施了啟發式、討論式、設計式、情境式、協同式等教學方法，尤其是備課時采用換位思考法做了充分的教學準備，極大地調動了學生的學習主動性和積極性，收到了良好的教學效果。

二 全面協調，統籌處理五個關系，搞好課程教學

在課程教學中，目前普遍存在的問題是知識的無限性與課時的有限性、科技發展的快速性與教學內容的相對滯后性之間的矛盾。通信原理課程教學同樣如此，為此我們必須認真進行課程改革：（1）明確該課程在整個課程體系（即學生知識結構）中的地位和作用；（2）研究和處理該課程與其他相關課程之間的內容接口聯系；（3）對現有的教學內容進行推陳出新，及時跟蹤學術發展動態。在這樣的統一思想下，必須注重協調處理好以下五個關系。

1.教學內容與授課學時數的關系

在課堂授課中，我們選用的是樊昌信教授主編的《通信原理》（第六版），這是國家十一五規劃教材，也是眾多院校通信專業研究生入學考試的指定參考教材，內容豐富翔實、理論體系完整、知識點覆蓋面廣。內容主要包括通信基礎知識與模擬通信原理、數字和模擬信號的數字傳輸以及數字信號的最佳接收原理、數字通信中的編碼和同步技術等三部分，推薦學時為90學時。而本校教學計劃中規定為80學時，其中還有20學時的實驗教學，理論講授只有60學時。因此，根據前后課程的設置，跳過確知信號這一章?？紤]到《通信原理》的很多章節中（尤其是信號檢測）都會用到隨機過程的知識，隨機信號分析既是通信原理的分析方法，也是其技術基礎，故進行了重點講授。同時將信道編碼放在后續課程“信息論與編碼”中講授，這樣能在有限的學時內將課程的主要內容講深、講透，將知識點融會貫通。

2.核心內容與拓展知識的關系

通信原理課程自身特點顯著——抽象概念多、數學推導多、邏輯性強，是后續多門課程的基礎，教師在教學中必須緊緊抓住核心內容。段梅梅在《傳道、授業、解惑在“通信原理”課程教學中的應用》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觀點；“業”是通信原理的基本研究方法、基本性能指標和知識體系；“惑”是學生理解上的難點和實踐中遇到的問題。在授課過程中，教師可以按照傳“道”、授“業”、解“惑”，將核心目標講清、講透，使學生理解掌握。如在數字調制中，2ASK、2FSK、2PSK是多進制調制和新型調制技術的基礎，我們從數學原理、實現方法、解調方法、功率譜、帶寬、抗噪聲性能等逐一分析，相互比較，使學生不僅理解了三種調制原理調制方法，而且明確了相互關系和各自特點。同時，隨著移動通信、衛星通信和計算機通信技術的發展和應用，新的數字載波調制技術不斷涌現，因此對多進制調制和新的調制技術在課堂上進行了適當介紹，并指定相關參考書，由學生自學，教師輔導答疑。

3.傳統教學方法與現代教學方法的關系

傳統教學方法主要是指在課堂上教師講、學生聽、進行知識灌輸的一種教學方法。該方法的教學過程和結果往往是教師滿堂灌、學生被動學、學生興趣低、教學效果差。而現代教學方法則強調實行啟發式和討論式教學，教師在課堂上注重思路明晰、突出重點；注重與學生互動、調動學生的學習積極性；注重引導學生自主學習。在通信原理教學中，我們試行了“基于問題式學習”（Problem Based on Learning，簡稱PBL）的教學方法，設置了“抓住一個主線——抗干擾，理解兩個指標——有效性和可靠性，掌握三種調制——幅度調制、頻率調制和相位調制，把握四個準則——香農公式、奈奎斯特第一準則、奈奎斯特第二準則和抽樣定理”等核心問題，由學生根據課程內容查閱相關資料進行歸納總結，最終使學生能縱橫聯想、前后貫通，加深對課程內容的理解、掌握。

4.常規實驗與虛擬實驗的關系

實驗教學是驗證和加深課堂講授知識、提高學生對抽象概念理解能力的一個重要教學環節。通信原理安排了20學時、共5個實驗，包括三部分實驗內容。第一部分以驗證性實驗為主，如普通雙邊帶調幅與解調實驗、2ASK、2FSK、2PSK（2DPSK）調制解調實驗、脈沖幅度調制解調實驗、脈沖編碼調制解調實驗等，重點是形象直觀地演示調制解調的原理，使學生加深對知識的理解。這些實驗在課堂講授后立即進行，使理論課和實驗課相得益彰。第二部分是綜合性實驗，如數字基帶傳輸系統實驗、模擬通信系統實驗、數字和模擬通信終端實驗等，重點是使學生了解通信系統中的若干變換與反變換，掌握系統的概念。第三部分是開放性實驗，我們將剩余實驗開放，學生可根據個人的興趣愛好進行選做，也可自行擬定實驗題目和實驗內容。此外，考慮到通信原理內容豐富，可做多個驗證型和綜合設計性實驗，但學時有限，只能重點選做。因此，在后續課程MATLAB語言及應用中，利用通信工具箱中的信源編碼、糾錯編碼、信道、調制解調等庫函數和模塊開設了通信原理的計算機仿真實驗，對其硬件實驗進行了補充和完善。

5.現代教學手段與傳統教學手段的關系

教學手段是完成教務任務、實現教學目的的重要途徑。傳統教學手段（主要是指黑板加粉筆）和現代教學手段（主要是指多媒體課件）各有利弊：前者清晰易懂，適用于講授數學推導和理論性強的課程，學生能緊跟教師思路，邊記筆記邊理解；后者形象直觀，信息量大，適用于介紹性多、公式推導少的課程。在授課過程中要根據不同課程的性質和特點，選用不同的教學手段，并注重兩者的交叉使用。在通信原理教學中，我們根據不同章節內容選用了多種教學手段。如幅度調制、頻率調制和相位調制，其理論性強、數學推導較多。教學手段以板書為主，輔以多媒體課件顯示其調制波形，并利用Flas效果模擬，使枯燥的原理教學變得直觀具體、生動形象；也使學生學有興趣、理解全面、記憶深刻。而在講授緒論時，介紹性內容偏多，則以多媒體課件為主。在講授數字信號的最佳接收時，則全部采用板書進行。

三 可持續發展，加強課程學科教學知識的應用

講授通信原理課程的教師應不斷加強學科教學知識，并能熟練地運用于教學實踐活動中。一方面要強調基本理論、方法的分析，重點培養學生的思考能力；另一方面必須加強實驗教學和實際訓練環節，重點是培養崗位技能。該課程的教學目標是使學生掌握典型數字通信系統的組成、工作原理、性能特點、基本分析方法和實驗技能等，熟悉當前數字通信技術發展的現狀和最新進展。核心是教授學生通信知識，培養學生良好的學識素養，為后續專業課程的學習打下堅實的基礎。

1.學科知識傳授方面，教學重點放在數字通信系統部分

“通信原理”課程內容包括通信的基本理論、模擬調制、數字傳輸、編碼技術幾大部分。由于現代通信的發展方向是數字通信，因此，教學重點應在數字通信系統部分。在課程的開始階段，讓學生準確把握數字通信系統的組成、各模塊的功能，使學生能把課程的重點內容有機地聯系起來。在學習具體知識點時，能明確它們在通信系統中所起的作用，收到“既見樹木，又見森林”的效果?！巴ㄐ旁怼笔且婚T理論和實踐并重的課程，在理論教學方面，要讓學生掌握通信系統的基本組成、基本原理和分析方法。為了提高教學效果，在課堂上可以采用設問思考和逆向思考提問等教學方法，引發學生思考，啟迪學生思維，激起學生的求知欲。在教學過程中，注意觀察學生的理解能力。在備課時，采用換位思考法，感受學生的困惑，考慮講解的技巧，以最短的授課時間收到最佳的教學效果。同時，根據不同的教學內容，注意將學生自學知識和精講重難點結合起來。在每章或小節結束時，注意及時進行課程總結，使學生鞏固所學內容，便于進行后續學習。

2.介紹新技術、新知識，提高學生學習興趣

“通信原理”是通信專業的基礎課程，最新科技與成果很難及時寫入教材，用什么教材講什么內容的傳統也使得學生對新科技、新成果知之較少。而通信的發展日新月異，新技術層出不窮，如何在有限的課時里讓學生既能掌握通信基本理論，又盡量領悟更多通信方面的新理論和新技術是教學中需要解決的問題之一。我們在教學中必須以教材內容為主線，穿插講授最新科技知識。如在講解通信原理基本理論的同時，介紹移動通信的發展狀況、移動通信中常用多址方式、3G技術等內容，既能提高學生的學習興趣，開拓其視野，又能為他們將來從事新領域的研究指明方向。

3.通過多媒體和仿真輔助教學，加深對基本原理的理解

廣泛采用多媒體教學，并在課件設計上注意體現知識的建構過程，重視知識要點的剖析，提高學生主體參與度；在課堂講解上，注意及時提煉重點知識，避免讓學生只看不思考，便于學生理解掌握原理，從而促成傳統教學和多媒體教學優勢互補；同時，利用仿真軟件對通信系統進行仿真演示，提高學生的理解力，培養學生的系統觀。

4.加強教學實踐，鞏固所學內容

“通信原理”是一門實驗性很強的課程，為了幫助學生鞏固所學內容、加深理解，筆者在教學中采用兩種方法來提高教學效果。第一，利用現有的實驗設備精心設計實驗內容；第二，利用MATLAB仿真軟件編寫仿真程序，并課堂演示。如仿真實現多種解調方式的誤碼率曲線，可以讓學生直觀地了解它們之間的性能差異，體會“面對面”交流的樂趣。而編程基礎較好的學生可以開發簡單的數字通信系統，重點讓學生練習使用信源編碼信道及接收機的仿真實現等。這樣，不僅能提高學生的編程能力，而且還加深他們對整個通信系統的理解。

四 結束語

“通信原理”是信息化技術的一個重要基礎，隨著信息化技術的發展和應用，必將發揮更加重要的作用。而這將引發從教學對象到教學內容的一系列變革。因此，我們必須與時俱進，以科學發展觀為指導，牢固樹立以學生為主體的教育理念，全面協調、統籌處理好五個關系，搞好課程教學；必須要加強課程學科教學知識的應用、因材施教、靈活配置、創新應用教學方法，上好每一堂課。只有這樣，才能實現課程教學的可持續發展。

參考文獻

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經過多年的培養和引進，本團隊已經構建了較合理的師資隊伍結構和比較扎實的師資基礎，建立起一支具備扎實理論基礎與豐富工程實踐經驗的“雙師型”專業教師隊伍。近年來，聘用有豐富實踐經驗、國內外知名高校的高學歷、高水平的青年教師加入教學團隊，近3年派遣1位中青年教師到美國做高級訪問學者，3位年輕教師到知名大學繼續深造。采取措施積極培養教師的職業責任感以及寬廣的國際視野，同時還聘請有豐富工程實際經驗的工程師來校教學和指導學生。逐步提升專業教師工程實踐能力，選派1—2名教師到企業頂崗實訓，參與企業技術開發、產品研制，提高其工程實踐能力。逐步改變現行以科研項目和為主的教師業績和學術水平評價體系，充分發揮和肯定部分工程實踐能力強的教師在學生培養過程中的積極作用。鼓勵年輕教師到企業進行工程實踐訓練或從事工程科技項目開發和工程項目設計，以加強自身的工程實踐能力，并爭取獲得工程師或高級工程師職稱。從現有合作企業中選聘具有豐富工程實踐經驗的技術骨干，作為學生的“企業導師”參與實踐指導。注重引進有企業工作經歷的高級工程師及參與過企業項目研發的博士畢業生，以提高師資隊伍整體工程實踐能力。設計“知識—能力—品格”一體化培養的教學模式借鑒先進的工程教育改革理念，結合本校的特色和人才培養定位，依托學校人才培養管理體系和架構，設計“知識—能力—品格”一體化培養的課程模式，以學生的理論知識、個人素質、發展能力、團隊協作能力和在企業與社會環境下的工程綜合能力為培養目標，加強工程實踐能力的培養和訓練。為了增強各個課程之間的聯系，克服現有的以考試為驅動的教學模式的弊端(重理論輕實踐、重知識學習輕知識應用)，本課程增開一系列專題教學環節，將各章節知識點進行滲透、融合，設置一系列專題，以增加章節之間的聯系，強化知識的應用。同時將幾個相關專題整合為一個實訓(工程)項目，每個項目都有明確的訓練目標和訓練形式，由相應的核心章節和若干專題來支撐。項目以接受任務開始，以完成項目為目標展開學習，以完成項目設計為考核方式，構建一種項目(任務)驅動型的綜合培養方案。綜上所述，在原來的教學模式基礎上，增加了專題教學、項目實訓和參加競賽三個實踐性較強的教學環節，有利于學生將所學知識融合在一起，提高知識的應用能力，增強工程經驗。有教學模式和改革后的教學模式的關系。建立起“組合合理、引入有效、結合市場”的教學環節(1)組合合理。課程組織按模擬通信系統、數字通信系統的組成順序講授，模擬通信系統作為獨立的章節進行處理，數字通信系統按信源編碼、基帶傳輸系統、頻帶調制系統、最佳接收、信道編碼和同步系統進行講述，通過該方法使學生容易循序漸進地建立整個通信系統的結構聯系，不會造成對通信系統組成支離破碎的理解，能夠很好地建立起對課程核心的理解。(2)引入有效。課堂的引入要設計得當，銜接好前次課程的內容，例如如何利用信號與系統知識實現本課程的信號處理，如何利用數字電路、模擬電子線路、通信電子線路的知識實現通信系統的功能等，再如實現差分編碼可以教授學生如何用編程方法或硬件D觸發器方法設計實現要求的功能。(3)結合市場。適應市場需求，把產品引入課程中。學生在學習理論知識的同時，了解市場相關產品的動態，熟悉產品的功能和使用范圍，也促使學生更加樂意完成書本的知識點轉化為實際應用的過程，激發他們的探索欲望。同時，筆者在教學中，也經常把自身與企業合作的項目拿到課堂進行分析，從項目的創新型和技術指標等方面去拓展學生的專業知識面，讓整個課程的學習內容更加豐富。這些措施對教師掌握新技術的要求大大提高，同時要求教師對前續課程有很深的了解。課程組教師都要求有講授前續一些課程的經歷，大大提高教師鉆研技術的興趣，基本消除了從書本到書本、從理論到理論的枯燥的教學過程，真正發揮本課程的承上啟下的作用。

搭建好“基礎訓練和創新實踐相結合”的校內外實踐平臺實驗環節是工科學生最重要的教學環節之一，是理論聯系實際發揮學生創造性的重要過程，是理論應用到解決實際工程技術問題的關鍵手段。通信系統的研究設計首先是理論方面的研究，要求學生能夠很好掌握和應用通信的基礎理論，而后能夠利用仿真手段評估理論可行性和先進性，并能夠靈活應用所學技術實現自己的研究設計。為此，通過對多年的教學研究總結，本團隊在通信原理實驗中將基礎訓練、單元訓練、綜合訓練相結合，驗證實驗與設計實驗相結合，最終達到使學生對通信系統有一個全面了解的基礎上，通過“搭積木”的方式，完成通信系統的原理性設計與實現。在實驗平臺的搭建上形成如下特點:第一，硬件平臺采用模塊化設計，可支持“通信原理”中的各類模擬、數字通信的單元實驗、平臺中的各種接口支持各類波形的觀測，強化和提升學生對基本概念的理解;第二，更加注重基礎實驗的訓練與升華，如對PCM、DPCM、CVSD、ASK、FSK、PSK(DPSK)、MSK、GMSK、QPSK、QAM編解碼等實驗進行扎實訓練過關，在完成基礎實驗的基礎上，可讓學生根據自己的能力特點，適當選做一些設計性的課題，比如基于單片機(ARM)、A/D、DA、FPGA的數字振蕩器的設計，各類調制解調通信實驗等;第三，實驗平臺配合將學院建設的“無線通信技術研發與測試平臺”，利用AgilentADS通信系統設計仿真軟件，將信號發生器、示波器、頻譜分析儀集中在一起，在取代傳統示波器和替代高檔頻譜分析儀的基礎上，可完成較復雜的數字通信綜合實驗，如信噪比對模擬、數字基帶調制解調系統的傳輸誤碼率影響的研究、現代數字解調實驗等教學內容，其中ADS軟件系統主要有通信系統仿真軟件包(E8852A)、射頻微波電路設計軟件包(E9004A－AK6)、3GPPWCDMA設計庫(E8875A)、高級通信系統模型庫(E8827A)等，該平臺使學生能夠接觸到業界最先進的工具，取得良好的效果;第四，加強校外實踐基地的建設，推進與廈門市電信局、聯想移動通信科技有限公司、廈門市華泰視通科技有限公司、廈門工程機械股份有限公司、廈華恒達數據通訊設備有限公司等多家單位的合作，建立長期穩定的校外實習基地，開展實踐教學活動，促進本課程校外實踐基地的建設。

筆者根據集美大學近幾年來的“通信原理”教學實踐，適應通信新技術發展需要進行課程改革，取得良好的教學效果，促進了學生對通信原理課程內涵的深刻理解和對該課程知識體系的良好掌握，提高了學生的實際動手能力，較好地激發了學生的創造性和學習興趣。

作者：陳朝陽 劉璟 查時應 單位：集美大學信息工程學院 上海遠洋海事培訓中心

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關鍵詞：直接數字通信；USB；設計

一、直接數字通信設計中應用USB技術的優勢

近幾年隨著無線技術的快速發展，無線USB接口技術也應運而生。無線USB是基于超寬帶無線通信技術（Ultra WideBand，UWB）技術的寬頻帶、低功率譜密度優點。隨著各種類型的USB外設（如USB閃存盤、USB視頻頭、USB鼠標等）的陸續出現，USB通信的優點越來越廣泛的被人們所熟知，將外設連接到計算機時，USB接口成為優先的選擇，USB總線主要具有以下優點：

（1）使用方便：設備自動識別，自動安裝驅動程序，支持動態接入。

（2）應用范圍廣：傳輸速率從幾Kb/s至幾百Mb/s；同一組總線上可以同時支持同步和異步傳輸類型；支持對多個設備的同時操作（多連接）；支持多達127個物理外設；支持在主機和設備間多個數據和消息流的傳輸。

（3）靈活性高：可以有很多不同大小的分組，并允許在一定范圍內選擇設備的緩沖區；通過支持不同的分組緩沖區和時延要求，支持不同數據傳輸速率的設備。

（4）傳輸可靠性高：協議中包含錯誤檢測機制。

二、直接數字通信設計

（一）USB控制系統設計

USB接口引擎的芯片僅處理USB標準協議包的通信；具有結構相對簡單、靈活性高、設計復雜性低的特點。本文遵照USB協議的定義，參考市場上已有的USB IP核，可以分析出一個USB設備控制器應具有如下主要功能：協議數據翻譯、總線上事件檢測、事務傳輸控制。

協議數據翻譯：由于USB數據傳輸采用反向不歸零（None-Return to Zero Inverted，NRZI）編碼，并有位填充，所以在發送或接收串行數據時需要進行編碼與解碼。數據在控制器內傳輸時以字節為單位，因此還需要進行串并轉換。USB數據以包為單位在總線上傳輸，在進行NRZI解碼后需要識別數據包開始、結束標志數據校驗采用循環冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）方法，在接收或發送數據時需要進行相應的CRC校驗。

總線上事件檢測：對于USB總線事件需要進行檢測與確定，完成在各狀態之間正確轉換。USB事務傳輸控制：不同類型的USB事務有不同的傳輸控制機制，需要根據USB協議中所規定的順序來收發一系列USB包，完成一次事務傳輸所以，USB設備控制器要做到能夠正確識別由主機發來的各種包，并能根據傳輸機制做出正確處理。

物理層包括收發器和UTMI兩部分，其中收發器采用Agere Systems公司的芯片USS2X1A 8-bit，它的主要功能包括包開始（Start of Packet，SOP）和包結束（End of Packet，EOP）信號的檢測和產生時鐘恢復，即時鐘和數據的分離和提??；NAZI編碼和解碼；填充位的插入和刪除；串/并和并/串轉換；填充位錯誤和EOP錯誤的檢測。UTMI模塊實現總線上事件檢測功能，完成USB設備各狀態之間的轉換。該部分對USB數據并不進行處理，僅負責收發器和協議層PL模塊之間的數據傳遞。

控制器將轉換后的數字量直接存儲到FIFO存儲區中，也可以讀取FIFO存儲區中的數據并輸出到外部I/O接口。從而在單片FPGA上控制伺服系統所有信號。

USB設備控制器的核心部分是協議層SIE模塊，它主要完成USB事務傳輸控制功能。協議層SIE對于UTMI傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。

端點控制模塊用于端點的選擇及端點訪問控制，USB核支持多達16個端點，實際使用時端點數目可設置?？刂破鞫急仨毻ㄟ^對端點寄存器讀寫來進行控制。此模塊是由端點和狀態寄存器構成，存放各種狀態信息和事件數據。

每個端點分別定義一套設置和功能相同但地址不同的寄存器，以端點0為例，它包括端點0狀態控制寄存器（EP0_CSR），記錄了端點狀態，包括端點號、端點類型和傳輸類型等一些狀態屬性的信息。

USB規范參照網絡中的開放系統互聯參考模型（Open System Interconnect Reference Model，OSI）采用了分層描述。USB規范把USB系統分為三層，即接口層、設備層和應用層。

（二）物理層面的數字部分設計

USB接口的物理層包括數字和模擬兩部分。本文只實現了物理層的數字部分。UTMI模塊含有接收狀態機、發送狀態機、接口狀態引擎和速度識別引擎4部分組成。接收/發送狀態機分別為接收和發送數據部分的核心控制邏輯，控制著對數據操作的順序，接口狀態引擎用于跟蹤接口的各狀態信息，它可以控制串行通信芯片的掛起/恢復工作模塊，還可以控制芯片的全速/高速通信速率的轉換。接口狀態引擎子模塊采用一個內部狀態機保持各狀態信息和芯片操作模塊轉換的信息。這些信息放在狀態寄存器中。速度識別引擎用來判斷串行數據通信的速率，并處理芯片掛起和復位操作的數據流方向。

（三）串行接口引擎即協議層設計

設備控制器的核心部分是串行接口引擎即協議層模塊，它主要完成USB事務傳輸控制功能。協議層對于UTMI接口傳遞過來的USB包要能進行識別和翻譯。同時該模塊判斷出當前的傳輸事務是何種類型，根據USB事務傳輸機制適時發送正確的USB包，由收發器傳遞給UTMI模塊處理。該模塊的結構主要包括：打包模塊、解包模塊和協議引擎模塊。協議層中的打包模塊專門負責組裝USB包，如果有需要發送的USB包，則送往打包模塊組裝，先組裝包頭，插入適當的PID，然后加入數據字段和校驗字段。

如果有UTMI模塊傳遞過來的USB包，則送往解包模塊拆裝，先解碼出PID，八位PID的低四位得到PID，通過USB2.0協議的PID類型定義譯出PID，再對其后的數據字段進行校驗并和包中校驗字段比較。

（四）控制設備傳輸層面設計

應用層不負責具體的傳輸，它控制設備傳輸哪些數據，由主機的用戶軟件和設備的功能單元組成，功能單元是用戶軟件對USB設備的抽象。設備的功能主要在這一層上實現。功能單元提供每個USB設備所需的特定功能，主機端包括用戶軟件和設備驅動程序，設備端的功能由功能單元來實現，他們之間的聯系看作是邏輯上的數據流。

數控系統的性能一定程度上是由系統參數決定，如何正確傳輸和設置這些參數是也是實現直接數字通信的關鍵問題，參數的正確傳輸與否直接影響機床正常的工作及其性能的發揮。通常一個數控系統都有大量參數，少則幾十個，多則上千，這里我們僅選取一個關鍵參數的傳輸來說明數據 如何在這一層上進行傳輸。

在完成以上物理層和協議層的設計后，首先根據系統參數把由一組指令實現的某種功能對應的程序存入存儲器中，用一個命令代表這些功能。編寫控制程序時只要寫出該代表命令，就能實現這些功能。

參數的存儲由于數控機床的參數是需要根據機床的狀況進行更改的，所以參數都保存在可讀寫的存儲區內。本文設計了16個端點，每個端點的存儲區都可以存參數、程序、參數等數據。系統當前的數據可以存放在任何一個區中，也可以從任一區域讀數據作為當前使用的數據。

三、結語

本文首先介紹了USB系統的邏輯體系結構，接著講述了USB協議規定的數據通信機制，數據傳輸格式，信息包的組成和分類，數據傳輸的4種方式，本文結合本系統選擇中斷和控制傳輸方式，講述和USB設備控制器設計相關的一些基本概念，描述符的具體設置及通信配置。根據USB協議先對USB設備控制器進行功能模塊劃分，對各部分進行說明。完成對物理層和協議層的設計，給出了設計生成的狀態轉換，接口信號，數據傳輸流程。

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召開研討會的思路由來已久。2007年9月，TETRAMoU主席Phil Godfrey和執行主席Phil Kidner一行曾與集群通信專家委員會成員會面，介紹TETRA技術。集群通信專家委員會認為要推動中國的TETRA數字集群通信應用，需要舉辦研討會，啟動TEDS正式登陸中國。

本次會議氣氛熱烈而活躍。TETRA MoU主席Phil Kidner介紹了簡單的TEDS總體概念。兩位副主席分別作專題演講。副主席Jeppe Jepsen作了“市場需求更大的數據量”為題的報告，指出在當今的“執行關鍵任務通信(Mission Critical)”中。TEDS能夠滿足數據業務增長的容量需求；介紹了TETRA R2的基本情況以及全球第一個TEDS系統――Nodnett挪威國家多部門公共安全數字通信系統；最后提出TEDS的發展日程。副主席Risto Toikkanen作了“TEDS――技術概念和規則”的報告，介紹TEDS的三項目標；談到TEDS的覆蓋、TEDS改善了頻譜效率、TEDS的容量和效率以及TEEDS對頻譜的需求等內容；最后介紹歐洲對PMR和TEDS規范。TETRA MoU的演講穿插著與會者的提問。

會議組織了題目為“中國用戶對TEDS的需求”的討論。集群通信專家委員會副主任丁銳認為目前的TETRA網絡不能滿足一般的話音業務，同時，網絡大量使用GPS定位信息，容易造成控制信道擁塞；業界要進一步關注TETRA，在頻率資源配置上。要對目前利用率不高的數字集群系統(或體制)給予一定的傾斜；建議TETRA MOU與我國無線電監測中心合作，開展相關的檢測工作。有專家提出，隨著TETRA技術的不斷演進，市場也隨之變化，會對頻率產生新的需求。并有可能借機擴容和新建數字集群通信項目。有些專家提出，北京、上海、廣州等城市的800MHz數字集群通信頻率的15MHz頻段已經用完，要加以重視和解決；政務網、公共安全網絡、交通運輸用戶、GPS單兵定位(提高用戶密度和發送頻度)、數據庫查詢(提供查詢速度和效率)和臨時移動慢速圖像監控等對國計民生都十分必需，建議集群通信專家委員會協助政府做一些調研和宣傳，引導市場。例如，可組織“TEDS在中國應用”的討論。會議還建議在今年晚些時候，例如10月中旬召開一次TEDS全國性研討會，以便推廣這個技術。