1.6 使用串口通信的典型外设

常用的端口相关外设有通信设备（如Modem）以及传真机、远程数据采集设备等。下面对这些外设进行简单介绍。

1.6.1 Modem

目前最广泛使用的数据传输通道就是模拟电话线路。计算机所能处理的数字信号不能直接进入这样的模拟通道，Modem就是用来实现数字信号和模拟信号相互转换的设备。Modem从发送方串行接收数据，然后经过调制，将数字信号转换为模拟信号，最后通过电话网络传送到接收方，最后接收方的Modem增强电话线上信号解调，将模拟信号转换为数字信号，最后进入计算机通道。即Modem实现了计算机数据与模拟电话线路适合传输的模拟信号之间的相互转换。

这里简单介绍一下Modem的分类。Modem如果按照功能分类，可以分为单一Modem、二合一FAX/Modem以及三合一VOICE/FAX/Modem。单一Modem只能完成一般意义上的调制解调器的功能。二合一FAX/Modem除完成上述功能之外，还能完成传真机的大部分功能。而三合一VOICE/FAX/Modem除了传真和数据传输外，还具有传输语音的功能。Modem如果按外观分类，主要可以分为外置式Modem和内置式Modem。外置式Modem不占用计算机扩展槽，提供状态指示等（有利于排错和调试串口通信程序），而且受机箱内电磁影响相对较小，数据传输比较稳定，但价格相对较高；而内置式Modem是一块计算机适配卡，需要占用一个计算机扩展槽，内置式Modem的优点是价格相对便宜，而且灵活性好，缺点是没有状态指示灯，而且受机箱内电磁影响比较强烈。Modem如果按传输速度分类，可以分为300、1200、2400、9600、19200、28800、33600、56000bit/s等，对于每种传输速度，CCITT都制定了表1-3所示的相应的国际标准。

1.6.2 传真机

应用扫描和光电变换技术，把文件、图表、照片等静止图像转换成电信号，传送到接收端，以记录形式进行复制的通信设备。

传真机按其传送色彩，可分为黑白传真机和彩色传真机。按占用频带可分为窄带传真机（占用一个话路频带）、宽带传真机（占用12个话路、60个话路或更宽的频带）。占用1个话路的文件传真机，按照不同的传输速度和调制方式可分为以下几类：①采用双边带调制技术，每页（16开）传送速度约6min的，称为一类机；②采用频带压缩技术，每页传送速度约3min的，称为二类机；③采用减少信源多余度的数字处理技术，每页传送速度约1min的，称为三类机；④将可与计算机并网、能储存信息、传送速度接近于实时的传真机，定为四类机。按用途可分为气象图传真机、相片传真机、文件传真机、报纸传真机等。记录方式多用电解、电磁、烧灼、照相、感热和静电记录等。

传真机能直观、准确地再现真迹，并能传送不易用文字表达的图表和照片，操作简便，在军事通信中广泛应用。1842年，英国人A.贝恩提出传真原理。1913年，法国人E.贝兰研制出第一台传真机。随着大规模集成电路、微处理机技术、信号压缩技术的应用，传真机正朝着自动化、数字化、高速、保密和体积小、重量轻的方向发展。

目前，市场上常见的传真机可以分为四大类：热敏纸传真机（也称为卷筒纸传真机）、热转印式普通纸传真机、激光式普通纸传真机（也称为激光一体机）、喷墨式普通纸传真机（也称为喷墨一体机）。而市场上最常见的就是热敏纸传真机和喷墨/激光一体机。

1. 工作原理

传真机的工作原理很简单，即先扫描即将需要发送的文件并转化为一系列黑白点信息，该信息再转化为声频信号并通过传统电话线进行传送。接收方的传真机“听到”信号后，会将相应的点信息打印出来，这样，接收方就会收到一份原发送文件的复印件。但是四种传真机在接收到信号后的打印方式是不同的，它们的工作原理的区别也基本上在这些方面。

热敏纸传真机是通过热敏打印头将打印介质上的热敏材料熔化变色，生成所需的文字和图形。热转印从热敏技术发展而来，它通过加热转印色带，使涂敷于色带上的墨转印到纸上形成图像。最常见的传真机中应用了热敏打印方式。激光式普通纸传真机是利用碳粉附着在纸上而成像的一种传真机，其工作原理主要是利用机体内控制激光束的一个硒鼓，凭借控制激光束的开启和关闭，从而在硒鼓产生带电荷的图像区，此时传真机内部的碳粉会受到电荷的吸引而附着在纸上，形成文字或图像图形。喷墨式传真机的工作原理与点矩阵式列印相似，是由步进马达带动喷墨头左右移动，把从喷墨头中喷出的墨水依序喷布在普通纸上完成列印的工作。

2. 性能比较

四类传真机中最常见的是热敏纸传真机和喷墨/激光一体机，而激光一体机和喷墨一体机的不同之处仅仅是打印方式和所采用的耗材上。所以基本上可以分为两大阵营进行比较，一类为热敏纸传真机，另一类为喷墨/激光一体机。

热敏纸传真机的历史最长，价格也比较便宜，它还具有弹性打印和自动剪裁功能的优点，也可以自己设定手动接收和自动接收两种接收方式。与喷墨/激光一体机相比还有一个比较大的优点就是自动识别模式。当传真机被设定为自动识别模式的时候，传真机在响铃两声后会停几秒钟，自动检测对方是普通话机打过来的还是传真机面板上拨号键打过来的。如果检测对方信号为传真信号，就自动接收传真；如果只检测到语音信号，就会自动识别为通话信号而继续响铃，直到没有人接听再给出一个接收传真信号。这样的接收模式，比起自动接收方式，更智能一些，可以尽量减少在误设为自动接收方式时丢失的来电。另外就是热敏纸传真机在复杂或较差的电信环境中的兼容性相当好，传真成功率比较高。

热敏传真机最大的缺点就是功能单一，仅有传真功能，有些也兼有复印功能，也不能连接到电脑，相比喷墨/激光一体机无法实现电脑到传真机的打印工作和传真机到电脑的扫描功能。还有就是硬件设计简单，分页功能比较差，一般只能一页一页地传。这类传真机在菜单设计上也比较简单，在传真特殊稿件时很难手动调整深浅度、对比度等参数。

相对于热敏纸传真机功能单一的缺点，喷墨/激光一体机首先要指出的就是功能的多样性。除了普通的传真和复印功能，一体机都可以连接电脑进行打印和扫描的操作，有些也可以实现传真保存到电脑中的功能，这样更能节省纸张和墨水。通过安装相关软件就可以实现电脑发送传真和打印到传真的功能。在菜单设计上，在喷墨/激光一体机的面板上可以很方便地设定要传真稿件的各种参数，还可以实现彩色复印和彩色传真等功能。在自动分页功能上，喷墨/激光一体机可以自动地一页一页的进纸，使得传真发送方便快捷。

但是，喷墨/激光一体机支持的传真接收方式只有自动接收方式和手动接收方式这两种，不支持自动识别功能，在机身上一般也没有设置话筒。另外，喷墨/激光一体机对线路的要求很高，一般需要直接连接到电话局的进线。

1.6.3 GPS接收机

GPS接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理，以便测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置、高度，甚至三维速度和时间。

静态定位中，GPS接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星在轨的已知位置，解算出接收机天线所在位置的三维坐标。而动态定位则是用GPS接收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰、空中的飞机、行走的车辆等）。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GPS信号实时地测得运动载体的状态参数（瞬间三维位置和三维速度）。

接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包，构成完整的GPS用户设备。GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两大部分。对于测地型接收机来说，两个单元一般分成两个独立的部件，观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地方，用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单元制作成一个整体，观测时将其安置在测站点上。

GPS接收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内、机外两种直流电源。设置机内电池的目的在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止丢失数据。

近几年，国内引进了许多种类型的GPS测地型接收机。各种类型的GPS测地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达5mm+1PPM.D，单频接收机在一定距离内精度可达10mm+2PPM.D。用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。

目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS和GLONASS兼容的全球导航定位系统接收机已经问世。

1. GPS接收机基本结构

GPS接收机主要由GPS接收机天线、GPS接收机主机及电源组成。接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器及显示器组成，如图1-7所示。

2. GPS接收机的分类

GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要用户拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。可以在任何时候用GPS信号进行导航定位测量。根据使用目的的不同，用户要求的GPS信号接收机也各有差异。目前世界上已有几十家工厂生产GPS接收机，产品也有几百种。这些产品可以按照原理、用途、功能等来分类。

（1）按接收机的用途分类

1）导航型接收机。

此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±25mm，有SA影响时为±100mm。这类接收机价格便宜，应用广泛。根据应用领域的不同，此类接收机还可以进一步分为：

■ 车载型—用于车辆导航定位。

■ 航海型—用于船舶导航定位。

■ 航空型—用于飞机导航定位。由于飞机运行速度快，因此，在航空上用的接收机要求能适应高速运动。

■ 星载型—用于卫星的导航定位。由于卫星的速度高达7km/s以上，因此对接收机的要求更高。

2）测地型接收机。

测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。仪器结构复杂，价格较贵。

3）授时型接收机。

这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通信中时间同步。

（2）按接收机的载波频率分类

1）单频接收机。

单频接收机只能接收L1载波信号，测定载波相位观测值进行定位。由于不能有效消除电离层延迟影响，单频接收机只适用于短基线。

2）双频接收机。

双频接收机可以同时接收L1、L2载波信号。利用双频对电离层延迟的不一样，可以消除电离层对电磁波信号的延迟的影响，因此双频接收机可用于长达几千公里的精密定位。

（3）按接收机通道数分类

GPS接收机能同时接收多颗GPS卫星的信号，为了分离接收到的不同卫星的信号，以实现对卫星信号的跟踪、处理和量测，具有这样功能的器件称为天线信号通道。根据接收机所具有的通道种类可分为：

1）多通道接收机。

2）序贯通道接收机。

3）多路多用通道接收机。

（4）按接收机工作原理分类

1）码相关型接收机。

码相关型接收机是利用码相关技术得到伪距观测值。

2）平方型接收机。

平方型接收机是利用载波信号的平方技术去掉调制信号,来恢复完整的载波信号通过相位计测定接收机内产生的载波信号与接收到的载波信号之间的相位差，测定伪距观测值。

3）混合型接收机。

这种仪器是综合上述两种接收机的优点，既可以得到码相位伪距，也可以得到载波相位观测值。

4）干涉型接收机。

这种接收机是将GPS卫星作为射电源，采用干涉测量方法，测定两个测站间距离。