电子通信改变了世界的连接方式。它早在Twitter、电视甚至电话之前就已经开始有了，其秘密就在于键控和数字编码。
电报是最早广泛使用的电子通信方法。我们可能认为这不是“数字”，而是使用开关键控来传递消息。尽管尝试了更复杂的信令方法，但最常见的电报是通过电报键切换的简单开关电路，在接收端操作发声器。摩尔斯电码使用这种开关键控来发送字符和数字（图1）。
图1：简单的开关键控通常用于发送文本消息，如这个莫尔斯电码“R”所示。
随着无线电传开发出来，Baudot码（也称为Murray码）成为主要的编码格式。假设要对26个英文字母、0到9的数字，以及十几个标点符号、数学和控制代码进行编码，就要求必须发送大约50个唯一代码。Baudot仅使用5位，可以表示25个代码（32个唯一代码）。为了支持其他代码，Baudot码利用状态改变——由字母换档（LTRS）码和数字换档（FIGS）码控制——而使其可以支持大约两倍的字符数量。FIGS码（11011）发出，表示后续字符将被解释为在FIGS集中，直到LTRS（11111）代码将其重置为止。这是一种可行的技术，但是它确实需要接收单元跟踪系统状态。尽管如此，Baudot码可表示的字符数仍然有限。
1968年，美国国家标准协会采用了美国国家信息交换标准代码（ASCII），通常发音为“ask-key”。ASCII最开始有7位代码，包括英语的26个字符（大写和小写）、数字0到9，以及许多其他的字符和控制代码（图2）。这个英语所用的26个字符更正确的说法是拉丁字母。
请注意，ASCII已广泛用于信息的传输和存储。随着时间的推移，已有无数个文本文件创建并存储成了ASCII编码。
图2：基本的7位ASCII码支持拉丁字母（大写和小写）、数字、字符和控制代码。
ASCII码的设计着眼于字符的数字操作。例如，数字字符（0、1、3等）以十六进制数30H开头，即字符0为30H，字符1为31H，依此类推。去掉最高几位，就可以轻松地将ASCII码转换为数字值。
同样，大、小写字母也进行了编号以方便转换。大写字母以41H（字母A）开头，然后是42H（B），依此类推。小写字母的开头是61H（a），然后是62H（b），依此类推。因此，将大写字母转换为小写字母，只需要将适当的位设置为1即可。
“基本ASCII”使用了数字0到127（0H到7FH），仅用了7位。然后，该标准又增加扩展字符集（使用了一个附加位）。实际上，随着时间的推移，出现了几种不兼容的扩展字符集。这些字符编码为80H到FFH。扩展字符包括一些非英语语言中的特殊字符、一些其他数学符号和基本图形符号。
尽管ASCII在使用拉丁字符集的语言中为我们提供了很好的服务，但对于其他语言来说显然不足。为了解决此问题，业界开发了Unicode标准，目前已有137,994个字符被定义（Unicode 12.1）。Unicode当中定义的一组字符，全都映射到一组特定的32位数字。
Unicode字符集非常广泛，包括多种语言的字符、数学运算符、几何形状、国际象棋符号、麻将牌和表情符号。这里不会尝试列出所有字符，但是可以使用参考文献3中的网址浏览字符集。ASCII字符集在Unicode标准中保持不变，称为“基本拉丁”字母表。
UTF-8标准则定义了Unicode在实际应用中的编码方式。UTF-8已成为万维网上的主导，超过94%的网站都使用了它。
它使用了一种有效的编码技术，因此ASCII字符仍然仅占用一个字节，而UTF-8却仍然支持多达四个字节来处理大量的其他字符。如果没有这种8位ASCII特性，那么由于编码效率低下，仅使用ASCII的现有文件要扩大4倍。
Tom Scott对“Unicode奇迹”做了视频说明，非常有趣，值得一看（参考文献5）。Unicode可能会继续进行修订和扩展，但愿它能为我们服务很多年。32位格式对摩尔斯电码做了巨大改进，但其核心仍然是开关键控。
（原文刊登于EDN美国版，参考链接：On/off keying gets the communications job done）
本文为《电子技术设计》2020年5月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
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