微機中總線一般有內(nèi)部總線、系統(tǒng)總線和外部總線。內(nèi)部總線是微機內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線,用于芯片一級的互連;而系統(tǒng)總線是微機中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線,用于插件板一級的互連;外部總線則是微機和外部設備之間的總線,微機作為一種設備,通過該總線和其他設備進行信息與數(shù)據(jù)交換,它用于設備一級的互連。
另外,從廣義上說,計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信,相應的通信總線被稱為并行總線和串行總線。并行通信速度快、實時性好,但由于占用的口線多,不適于小型化產(chǎn)品;而串行通信速率雖低,但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。
隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展,總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善,而使計算機總線技術(shù)種類繁多,各具特色。下面僅對微機各類總線中目前比較流行的總線技術(shù)分別加以介紹。
內(nèi)部總線
1?I2C總線
I2C總線10多年前由Philips公司推出,是近年來在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線標準。它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線少,控制方式簡化,器件封裝形式小,通信速率較高等優(yōu)點。在主從通信中,可以有多個I2C總線器件同時接到I2C總線上,通過地址來識別通信對象。
2SPI總線
串行外圍設備接口SPI總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU都配有SPI硬件接口,如68系列MCU。SPI總線是一種三線同步總線,因其硬件功能很強,所以,與SPI有關(guān)的軟件就相當簡單,使CPU有更多的時間處理其他事務。
3SCI總線
串行通信接口SCI也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART,與MCS-51的異步通信功能基本相同。
4CAN總線
屬于現(xiàn)場總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性。只有2根線與外部相連,并且內(nèi)部集成了錯誤探測和管理模塊。
系統(tǒng)總線
ISA總線:
ISA總線標準是IBM公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統(tǒng)總線標準,所以也叫AT總線。它是對XT總線的擴展,以適應8/16位數(shù)據(jù)總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛,以至于現(xiàn)在奔騰機中還保留有ISA總線插槽。ISA總線有98只引腳。
EISA總線:
EISA總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線標準。它是在ISA總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座,在原來ISA總線的98條信號線上又增加了98條信號線,也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中,EISA總線完全兼容ISA總線信號。
VESA總線:
VESA總線是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線,簡稱為VL總線。它的推出為微機系統(tǒng)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連,通常把這部分總線稱為CPU總線或主總線,其他設備通過VL總線與CPU總線相連,所以VL總線被稱為局部總線。
它定義了32位數(shù)據(jù)線,且可通過擴展槽擴展到64位,使用33MHz時鐘頻率,最大傳輸率達132MB/s,可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線,可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
PCI總線:
PCI)總線是當前最流行的總線之一,它是由Intel公司推出的一種局部總線。它定義了32位數(shù)據(jù)總線,且可擴展為64位。PCI總線主板插槽的體積比原ISA總線插槽還小,其功能比VESA、ISA有極大的改善,支持突發(fā)讀寫操作,最大傳輸速率可達132MB/s,可同時支持多組外圍設備。
PCI局部總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA總線,但它不受制于處理器,是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的總線。
CompactPCI:
以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線一般都用于商用PC機中,在計算機系統(tǒng)總線中,還有另一大類為適應工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境而設計的系統(tǒng)總線,比如STD總線、VME總線、PC/104總線等。這里僅介紹當前工業(yè)計算機的熱門總線之一——CompactPCI。
CompactPCI的意思是“堅實的PCI”,是當今第一個采用無源總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng),是PCI總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業(yè)組裝標準,是當今最新的一種工業(yè)計算機標準。CompactPCI是在原來PCI總線基礎(chǔ)上改造而來,它利用PCI的優(yōu)點,提供滿足工業(yè)環(huán)境應用要求的高性能核心系統(tǒng),同時還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線產(chǎn)品,如ISA、STD、VME或PC/104來擴充系統(tǒng)的I/O和其他功能。
外部總線
1RS-232-C總線
RS-232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫,232為標識號,C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標準設有25條信號線,包括一個主通道和一個輔助通道,在多數(shù)情況下主要使用主通道,對于一般雙工通信,僅需幾條信號線就可實現(xiàn),如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。
RS-232-C標準規(guī)定,驅(qū)動器允許有2500pF的電容負載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時,最大通信距離為15m;若每米電纜的電容量減小,通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題,因此一般用于20m以內(nèi)的通信。
2RS-485總線
在要求通信距離為幾十米到上千米時,廣泛采用RS-485串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收,因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度,能檢測低至200mV的電壓,故傳輸信號能在千米以外得到恢復。
RS-485采用半雙工工作方式,任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài),因此,發(fā)送電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便,可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng),其允許最多并聯(lián)32臺驅(qū)動器和32臺接收器。
3RS-422總線
RS-422是一系列的規(guī)定采用4線,全雙工,差分傳輸,多點通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的統(tǒng)稱。它采用平衡傳輸采用單向/非可逆,有使能端或沒有使能端的傳輸線。和RS-485不同的是RS-422不允許出現(xiàn)多個發(fā)送端而只能有多個接受端。硬件構(gòu)成上RS-422相當于兩組RS-485,即兩個半雙工的RS-485構(gòu)成一個全雙工的RS-422。
RS-422四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道,因此不必控制數(shù)據(jù)方向,各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對單獨的雙絞線)。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1219米),最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,在 100kb/s速率以下,才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。
4IEEE-488總線
上述幾種外部總線是串行總線,而IEEE-488總線是并行總線接口標準。IEEE-488總線用來連接系統(tǒng),如微計算機、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線裝配起來。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號,連接方式為總線方式,儀器設備直接并聯(lián)于總線上而不需中介單元,但總線上最多可連接15臺設備。最大傳輸距離為20米,信號傳輸速度一般為500KB/s,最大傳輸速度為1MB/s。
5USB總線
通用串行總線USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它基于通用連接技術(shù),實現(xiàn)外設的簡單快速連接,達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目的。它可以為外設提供電源,而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供電系統(tǒng)。另外,快速是USB技術(shù)的突出特點之一,USB的最高傳輸率可達12Mbps比串口快100倍,比并口快近10倍,而且USB還能支持多媒體。
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