總線技術(shù)通信及人機(jī)接口詳解

總線技術(shù)通信及人機(jī)接口詳解演示文稿目前一頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)（優(yōu)選）總線技術(shù)通信及人機(jī)接口目前二頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)3一、總線的基本概念物理特性：根數(shù)、引腳排序、插頭形狀等功能特性：每根線的功能定義電氣特性：信號傳輸方向、有效電平范圍時間特性：時序1.總線的定義2.總線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)各模塊之間互聯(lián)（硬件）和傳遞信息（軟件協(xié)議）的一組信號線3.總線傳輸過程四個階段：總線請求和仲裁階段、尋址階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和結(jié)束階段目前三頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)4.

總線的分類（1）按照總線內(nèi)部信息傳輸?shù)男再|(zhì)分?jǐn)?shù)據(jù)總線:DB用于傳送數(shù)據(jù)信息地址總線:AB是專門用來傳送地址的控制總線:CB控制總線包括控制、時序和中斷信號線電源總線:PB用于向系統(tǒng)提供電源DBABCBPB目前四頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)5（2）按照總線在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的層次位置分片內(nèi)總線(On-ChipBUS)：在集成電路的內(nèi)部，用來連接各功能單元的信息通路內(nèi)部總線（InternalBus)：

又叫系統(tǒng)總線或板級總線，用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部模塊（板）之間通信。它是微機(jī)系統(tǒng)中最重要的總線，人們平常所說的微機(jī)總線就是指系統(tǒng)總線，如STD總線、PC總線、ISA總線、PCI總線等外部總線（ExternalBus)：又稱通訊總線，用于計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間通信，IEEE-488、RS-232C、RS-485等（3）根據(jù)總線的數(shù)據(jù)傳輸方式分并行總線：每個信號都有自己的信號線串行總線：所有信號復(fù)用一對信號線目前五頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)6計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖5.

計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)圖目前六頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)7

總線頻率：即總線工作時鐘頻率，單位為MHz，它是影響總線傳輸速率的重要因素之一?？偩€寬度：稱總線位寬，是總線可同時傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位數(shù)，用bit（位）表示，如8位、16位、32位等?？偩€的寬度越大，它在同一時刻就能夠傳輸更多的數(shù)據(jù)?？偩€帶寬：又稱總線傳輸率，表示在總線上每秒傳輸字節(jié)的多少，單位是MB/S。影響總線傳輸率的因素有總線寬度、總線頻率等。一般地： 總線帶寬（MB/S）=1/8×總線寬度×總線頻率同步方式：分為同步方式和異步方式。在同步方式下，總線上主模塊與從模塊進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間是固定的，并嚴(yán)格按照系統(tǒng)時鐘來統(tǒng)一定時主模塊、從模塊之間的傳輸操作，只要總線上的設(shè)備都是高速的，就可達(dá)到很高的總線帶寬6.

總線的性能指標(biāo)目前七頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)8總線控制方式：包括并發(fā)工作、自動配置、仲裁方式、邏輯方式、計(jì)數(shù)方式等。7.

總線的模板化結(jié)構(gòu)按功能劃分計(jì)算機(jī)的各個部件，并按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成由總線連接的模板結(jié)構(gòu)：CPU主板、RAM/ROM存儲板、A/D、D/A、DI、DO等二、內(nèi)部總線1.STD總線STD總線起初設(shè)計(jì)為可用于64K存儲空間的8位總線，后發(fā)展成可用于尋址16M空間的16位總線特點(diǎn)：56根并行總線，小模板結(jié)構(gòu),尺寸：165×114mm開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兼容式總線結(jié)構(gòu)，擁有豐富的I/O功能，廣泛適用于工業(yè)控制目前八頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)956根并行總線按功能可分為五大類—邏輯電源線6根(引線1～6)—數(shù)據(jù)總線8根(引線7～14)—地址總線16根(引線15～30)—控制總線22根(引線31～52)—輔助電源線4根(引線53～56)（1）STD總線的信號分配（2）STD總線與存儲器連接方法總線低位地址A0～A12：直接連接到各存儲器芯片高位地址A13～A15：用來選片（可選64K基本存儲器，通過擴(kuò)展，可增至128K）目前九頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)10（3）STD總線與I/O的連接方法地址碼的低位字節(jié)連接到總線譯碼器,形成6根選板信號和2根選口信號,選通I/O端口工作目前十頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)11ISA總線：問世較早，是8位、16位數(shù)據(jù)傳輸總線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

最高傳輸速率8Mbps；尋址空間16MB；將CPU看作唯一的主模塊，其余外設(shè)均為從模塊，包括可以暫時掌握總線的DMA和協(xié)處理器；98根總線分成5類：地址線、數(shù)據(jù)線、控制線、時鐘線和電源線MCA：微通道體系結(jié)構(gòu)。IBM在推出386時提出，數(shù)據(jù)、地址總線寬度32位，支持4GB的尋址能力；數(shù)據(jù)傳輸速率33Mbps；在電氣及物理上與ISA不兼容；IBM沒有公布標(biāo)準(zhǔn)EISA總線：89年推出486時提出，32位數(shù)據(jù)總線，支持32位地址通路；總線主控技術(shù)，擴(kuò)展卡上具有總線主控處理器；與ISA兼容，支持多個主模塊；可以自動根據(jù)需要進(jìn)行32、16、8位數(shù)據(jù)間的轉(zhuǎn)換；支持多總線主控模塊；PCI高性能局部總線：92年由Intel公司帶頭制定的設(shè)備總線標(biāo)準(zhǔn)；支持64位數(shù)據(jù)傳送、多總線主控模塊、線性猝發(fā)讀寫和并發(fā)工作方式；具有即插即用功能(PnP)；最高傳送數(shù)據(jù)132Mbps；兼容性強(qiáng)、成本低2.PC系列總線目前十一頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)12PCI總線特有的配置寄存器為用戶使用提供了方便。系統(tǒng)嵌入自動配置軟件，在加電時自動配置PCI擴(kuò)展卡，為用戶提供了簡便的使用方法。

PCI局部總線已形成工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。它的高性能總線體系結(jié)構(gòu)滿足了不同系統(tǒng)的需求，低成本的PCI總線構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)達(dá)到了較高的性能/價格比水平。因此，PCI總線被應(yīng)用于多種平臺和體系結(jié)構(gòu)中。PCI總線的組件、擴(kuò)展板接口與處理器無關(guān)，在多處理器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)能夠高效地在多個處理器之間傳輸。與處理器無關(guān)的特性，使PCI總線具有很好的I/O性能，最大限度地使用各類CPU/RAM的局部總線操作系統(tǒng)、各類高檔圖形設(shè)備和各類高速外部設(shè)備，如SCSI、HDTV、3D等。目前十二頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)13PCI總線結(jié)構(gòu)

目前十三頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)14又稱為通信總線，用于計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程終端，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備以及計(jì)算機(jī)與測量儀器儀表之間的通信。該類總線不是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)已有的總線，而是利用電子工業(yè)或其他領(lǐng)域已有的總線標(biāo)準(zhǔn)。外部總線又分為并行總線和串行總線。常用的外部總線：

IEEE-488總線

RS-232-C總線

RS-422和RS-485總線通用串行總線（USB）三、外部總線目前十四頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)15IEEE-488總線是一種并行外部總線，專門用于計(jì)算機(jī)與測量儀器、輸入輸出設(shè)備，以及這些儀器設(shè)備之間的并行通信。IEEE-488是1970年由美國惠普公司開發(fā)的并行通訊總線,總線上連接的設(shè)備有三種，工作方式也有三種:聽者（“受話”方式）：同時可有多個講者（“送話”方式）：每時只能有一個控者（“控制”方式）：每時只能有一個1.IEEE-488總線（1）IEEE-488總線的信號分配IEEE-488共定義了24根線（其中8根地線）1）數(shù)據(jù)總線DIO0~DIO82）數(shù)據(jù)傳送控制線數(shù)據(jù)有效線DAV、未準(zhǔn)備好接受數(shù)據(jù)線NRFD、未接受好數(shù)據(jù)線NDAC3）接口管理總線

接口清除線IFC、服務(wù)請求線SQR、注意線ATN、結(jié)束或識別線EQI、遠(yuǎn)程允許REN目前十五頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)16（2）IEEE-488總線的連接示意圖DIO1～

DIO8DAVNRFDNDAC

EOI

IFCATNSRQREN

設(shè)備A

控者講者聽者

計(jì)算機(jī)

設(shè)備B

講者聽者

電壓表1

設(shè)備C

講者聽者

設(shè)備D

聽者

數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)控制線接口管理線電壓表2打印機(jī)目前十六頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)17采用異步方式，利用三條控制線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)三線握手的數(shù)據(jù)傳輸（3）IEEE-488總線數(shù)據(jù)傳送時序目前十七頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)18數(shù)據(jù)傳輸率不得超過每秒1M字節(jié)總線上的設(shè)備數(shù)不得多于15個電纜總長度不超過20m，兩設(shè)備間不超過2m采用負(fù)邏輯（4）使用IEEE-488的約定2.RS-232-C總線RS-232-C總線是一種串行外部總線，專門用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE之間的串行通信（1）RS-232-C總線的機(jī)械特性RS-232-C25個引腳只定義了22個；最基本的三根線是發(fā)送數(shù)據(jù)線2、接收數(shù)據(jù)線3和信號地線7；通常使用的RS-232-C接口信號只有9根引腳目前十八頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)19（2）常用的9根引腳分類一類是基本的數(shù)據(jù)傳送引腳：包括TXD、RXD和GND

一類是用于調(diào)制解調(diào)器（MODEM）的控制和反映其狀態(tài)的引腳：一組為DTR和RTS：負(fù)責(zé)從計(jì)算機(jī)通過RS-232C接口送給MODEM

一組為DSR、CTS、DCD和RI：負(fù)責(zé)從MODEM通過RS-232C接口送給計(jì)算機(jī)的狀態(tài)信息（3）RS-232C總線的電氣特性1）電氣參數(shù)引線信號狀態(tài)：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)引線狀態(tài)必須是以下三種之一，即SPACE/MARK(空號/傳號)、或ON/OFF(通/斷)、或邏輯0/邏輯1引線邏輯電平：負(fù)邏輯，-3～-15V表示邏輯1；+3～+15V表示邏輯0短路抑制性能：RS-232C的驅(qū)動電路必須能承受電纜中任何導(dǎo)線短路通信速率：最高通信速率為115200bps，通信距離應(yīng)小于15m目前十九頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)2）電氣連接方式

特點(diǎn)：非平衡的連接方式

點(diǎn)對點(diǎn)通信（單發(fā)單收）公用地線3）RS-232-C總線的通信結(jié)構(gòu)具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線路目前二十頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)21不用MODEM的直接通信線路最簡單的RS-232C數(shù)據(jù)通信目前二十一頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)223.RS-422總線RS-422由RS-232C發(fā)展而來

RS-422是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸?shù)目偩€標(biāo)準(zhǔn)RS-422標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了雙端電氣接口型式，使用雙端線傳送信號。它通過傳輸線驅(qū)動器，把邏輯電平變換成電位差，完成始端的信息傳送；通過傳輸線接收器，把電位差轉(zhuǎn)變成邏輯電平，實(shí)現(xiàn)終端的信息接收（差動收發(fā)）目前二十二頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)23RS-422的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式傳輸RS-422有4根信號線，兩根發(fā)送、兩根接收，RS-422的收與發(fā)是分開的，支持全雙工的通訊方式RS-422的最大傳輸距離為1200m，最大傳輸速率為10MbpsRS-422A接口電路

目前二十三頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)244.RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口RS-485是一種多發(fā)送器的電路標(biāo)準(zhǔn)，是RS-422A的擴(kuò)展，是真正意義上的總線標(biāo)準(zhǔn)允許在二根導(dǎo)線(總線)上掛接32臺RS--485負(fù)載設(shè)備。負(fù)載設(shè)備可以是發(fā)送器、被動發(fā)送器、接收器或組合收發(fā)器（發(fā)送器和接收器的組合）邏輯電平：1：兩線間壓差為+2V~+6V；0：兩線間壓差為-2V~-6V最高傳輸速率為10Mbps，最大傳輸距離1200m，總線上最多允許連接128個收發(fā)器,具有多站能力和多機(jī)通信功能接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強(qiáng)目前二十四頁\總數(shù)二十八頁\編于五點(diǎn)計(jì)