太原科技大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（論 文）設(shè)計(jì)(論文)題目：計(jì)算機(jī)總線技術(shù)姓 名: 彭 杰 學(xué) 院（系）: 化學(xué)與生物工程學(xué)院(機(jī)電系) 專 業(yè): 過程裝備與控制工程 年 級: 1121班 學(xué) 號: 201121220201 指 導(dǎo) 教 師: 溫衛(wèi)中 2012年 6 月 2 日18計(jì)算機(jī)總線技術(shù)計(jì)算機(jī)總線技術(shù)摘要隨著微處理器技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，與之相應(yīng)的總線技術(shù)也得到不斷創(chuàng)新。先后出現(xiàn)了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等總線技術(shù)，應(yīng)用于芯片內(nèi)部的總線技術(shù)也在不斷發(fā)展，AMBA、Core Connect 等已經(jīng)形成集成電路內(nèi)部十分具有競爭力的總線標(biāo)準(zhǔn)，加上應(yīng)用于工業(yè)控制的PROFIBUS等現(xiàn)場總線技術(shù)，使得總線技術(shù)不斷提高，總線的種類也日益增加。同時(shí)，總線的數(shù)據(jù)傳輸速度也不斷提升，目前，AGP局部總線數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)528MB/S，PCI-X可達(dá)1GB/S，系統(tǒng)總線傳輸速率也由66MB/S提高到100MB/S甚至更高的133MB/S、150MB/S。關(guān)鍵詞: 微處理器, 總線技術(shù),集成電路Computer bus techniqueAbstractWith the rapid development of microprocessor technology, causes the computer the application domain expands unceasingly, and the corresponding bus technology also gets ceaseless innovation. There are ISA, MCA, EISA, VESA, PCI, AGP, IEEE1394, USB bus technology, applied to the chip to the internal bus technology in developing, AMBA Core Connect, had formed within the integrated circuit is very competitive bus standard, together with the application in industrial control PROFIBUS field bus technology, makes the bus technology continues to improve, bus type also increases increasingly. At the same time, bus data transmission speed is also rising, at present, AGP local bus data transmission rate of 528MB/S, PCI-X reached 1GB/S, the system bus transmission rate is raised from 66MB/S to 100MB/S or even higher 133MB/S, 150MB/S.Keywords: microprocessor, bus technology, integrated circuit目 錄摘要IAbstractII前言1第一章 總線的分類21.1 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線21.1.1 片內(nèi)總線、內(nèi)部總線和外部總線21.1.2 并行總線和串行總線31.2 總線主要性能指標(biāo)31.3 總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范41.3.1 總線的標(biāo)準(zhǔn)41.3.2 總線的模板化結(jié)構(gòu)4第二章常用內(nèi)部總線52.1 STD總線52.1.1 STD總線的特點(diǎn)52.1.2 STD總線的信號分配52.1.3 STD總線與存儲器和I/O的連接方法82.2 PC系列總線82.2.1 ISA總線82.2.2 MCA總線82.2.3 ESIA總線92.2.4 PCI局部總線9第三章 常用外部總線103.1 IEEE-488總線103.1.1 IEEE-488總線的使用約定103.1.2 IEEE-488總線設(shè)備的工作方式103.1.3 IEEE-488總線的引腳定義113.2 RS-232-C總線123.2.1 RS-232-C總線的機(jī)械特性123.2.2 RS-232C總線的電氣特性123.2.3 RS-232-C總線的通信結(jié)構(gòu)133.2.4 RS-232C總線的接口電路143.3 RS-422和RS-485總線143.3.1 RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口143.3.2 RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口153.4 串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器16參考文獻(xiàn)17小結(jié)18計(jì)算機(jī)總線技術(shù)前言隨著計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的日益科學(xué)化、合理化、標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化，計(jì)算機(jī)總線的概念也逐漸形成和完善起來。一般來說，總線就是一類線的集合，它定義了各引線的電氣、機(jī)械、功能和時(shí)序特性，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的各部件之間以及外部的各系統(tǒng)之間建立信號聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。采用總線標(biāo)準(zhǔn)的目的主要有二條：一是生產(chǎn)廠能按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造計(jì)算機(jī)；二是用戶可以把不同生產(chǎn)廠制造的各種型號的模板或設(shè)備用一束無源的標(biāo)準(zhǔn)總線互相連接起來，因而可方便地按各自需要構(gòu)成各種用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備具有很強(qiáng)的兼容性，因?yàn)榻硬寮臋C(jī)械尺寸，各引腳的定義，每個(gè)信號的電氣特性和時(shí)序等都遵守統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)。按照統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出來的計(jì)算機(jī)模板和設(shè)備，經(jīng)過不同的組合，可以配置成各種用途的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的軟件具有很好的兼容性，便于系統(tǒng)的擴(kuò)充和升級。另外，采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)便于故障診斷和維修，同時(shí)也降低了生產(chǎn)和維護(hù)成本。這些都促進(jìn)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用。 第一章 總線的分類1.1 數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線一般的，總線的數(shù)目、定義各不相同，但按總線中信息傳輸?shù)男再|(zhì)，通常可以把總線分為數(shù)據(jù)總線DB、地址總線AB、控制總線CB、和電源總線PB四部分，如圖1.1所示。數(shù)據(jù)總線DB 用于傳送數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)總線是雙向三態(tài)形式的總線，既可以把CPU的數(shù)據(jù)傳送到存儲器或I/O接口等其它部件，也可以將其它部件的數(shù)據(jù)傳送到CPU。數(shù)據(jù)總線的位數(shù)是微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，通常與微處理的字長相一致。例如Intel 8086微處理器字長16位，其數(shù)據(jù)總線寬度也是16位。內(nèi)部總線的結(jié)構(gòu)地址總線AB 是專門用來傳送地址的，由于地址只能從CPU傳向I/O端口或外部存儲器，所以地址總線總是單向三態(tài)的，這與數(shù)據(jù)總線不同。地址總線的位數(shù)決定了CPU可直接尋址的內(nèi)存空間大小，比如16位微型機(jī)的地址總線為20位，其可尋址空間為1MB。控制總線CB 控制總線包括控制、時(shí)序和中斷信號線，用于傳遞各種控制信息，如讀/寫信號、片選信號、中斷響應(yīng)信號等由CPU發(fā)出的信號，以及中斷請求信號、復(fù)位信號、總線請求信號等發(fā)給CPU的信號。因此，控制總線的傳送方向由具體控制信號而定，一般是雙向的，控制總線的位數(shù)要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際控制需要而定。實(shí)際上控制總線的具體情況主要取決于CPU。電源總線PB 用于向系統(tǒng)提供電源。電源線和地線數(shù)目的多少取決于電源的種類和地線的分布與用法。1.1.1 片內(nèi)總線、內(nèi)部總線和外部總線一般計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖。可以看出，構(gòu)成過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)除了各種功能模板之外，還需要內(nèi)部總線將各種功能相對獨(dú)立的模板有機(jī)地連接起來，完成系統(tǒng)內(nèi)部各模板之間的信息傳送。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與系統(tǒng)之間通過外部總線進(jìn)行信息交換和通信，以便構(gòu)成更大的系統(tǒng)。 計(jì)算機(jī)總線結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2 并行總線和串行總線計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線一般都是并行總線，而計(jì)算機(jī)的外部總線通常分為并行總線和串行總線兩種。比如IEEE-488總線為并行總線，RS-232-C總線為串行總線。并行總線的優(yōu)點(diǎn)是信號線各自獨(dú)立，信號傳輸快，接口簡單；缺點(diǎn)是電纜數(shù)多。串行總線的優(yōu)點(diǎn)是電纜線數(shù)少，便于遠(yuǎn)距離傳送；缺點(diǎn)是信號傳輸慢，接口復(fù)雜。1.2 總線主要性能指標(biāo)盡管各種總線在設(shè)計(jì)上有許多不同之處，但從總體原則上，一種總線性能的高低是可以通過一些性能指標(biāo)來衡量的。一般從如下幾個(gè)方面評價(jià)一種總線的性能高低：（1）總線頻率（2）總線寬度，（3）總線帶寬（4）同步方式。表 給出了幾種流行總線的性能參數(shù)，從表中可以看出微機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展。表 幾種微型計(jì)算機(jī)總線性能參數(shù)名稱ISA(PC-AT)EISASTDMCAPCI適用機(jī)型80286,386,486系列機(jī)386,486,586 IBM系列機(jī)Z-80，IBM-PC系列機(jī)IBM個(gè)人機(jī)與工作站P5個(gè)人機(jī), PowerPC, Alpha工作站最大傳輸率8MB/s33MB/s2MB/s33MB/s133MB/s總線寬度8/16位32位8/16位32位32位總線頻率8MHz8.33MHz2MHz10MHz2033MHz同步方式半同步同步同步異步同步地址寬度2432243232/64負(fù)載能力86無限制無限制3信號線數(shù)981435610912064位擴(kuò)展不可無規(guī)定不可可可多路復(fù)用非非非是1.3 總線標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范1.3.1 總線的標(biāo)準(zhǔn)一般的，總線標(biāo)準(zhǔn)主要包括以下幾方面的特性：1）機(jī)械特性機(jī)械特性規(guī)定模板尺寸、插頭、連接器的形狀、尺寸等規(guī)格位置，如插頭與插座使用的標(biāo)準(zhǔn)，它們的幾何尺寸、形狀、引腳的個(gè)數(shù)以及排列的順序，接頭處的可靠接觸等。2）電氣特性電氣特性規(guī)定信號的邏輯電平、最大額定負(fù)載能力、信號傳遞方向及電源電壓等。通常規(guī)定由CPU發(fā)出的信號叫輸出信號，送入CPU的信號叫輸入信號。并規(guī)定總線中有效的電平范圍。3）功能特性功能特性規(guī)定每個(gè)引腳名稱、功能、時(shí)序及適用協(xié)議，如地址總線用來指出地址；數(shù)據(jù)總線傳遞數(shù)據(jù)；控制總線發(fā)出控制信號等。4）時(shí)間特性時(shí)間特性是指總線中的任一根線在什么時(shí)間內(nèi)有效。每條總線上的各種信號，互相存在著一種有效時(shí)序的關(guān)系，因此，時(shí)間特性一般可用信號時(shí)序圖來描述。1.3.2 總線的模板化結(jié)構(gòu)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是面向工業(yè)生產(chǎn)過程的，不同行業(yè)的生產(chǎn)過程使用不同的原料，生產(chǎn)不同的產(chǎn)品，即使生產(chǎn)同一產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，也有設(shè)備和工藝的區(qū)別。因此，不可能設(shè)計(jì)出多種固定配置的計(jì)算機(jī)來租用于各種不同的生產(chǎn)過程。為了解決這一難題，就需要對計(jì)算機(jī)和各種控制對象進(jìn)行分析與綜合，針對其共性，設(shè)計(jì)若干通用功能部件，并把這些部件按功能劃分為幾塊，再按總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)成模板。常用的模板有CPU、RAM/ROM、A/D、D/A、DI、DO、PID(并行輸入輸出)、SIO(串行輸入輸出)等。第二章常用內(nèi)部總線2.1 STD總線2.1.1 STD總線的特點(diǎn)STD總線具有以下三個(gè)特點(diǎn)：（1）小模板結(jié)構(gòu)STD總線采用了小模板結(jié)構(gòu)，每塊功能模板尺寸為165114mm。這種小模板有較好的機(jī)械強(qiáng)度，具有抗震動(dòng)、抗沖擊等優(yōu)點(diǎn)。一塊模板上只有一、兩種功能，元器件少。因而便于散熱，也便于故障的診斷和維修，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。STD模板的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，信號流向基本上都是由總線輸送到功能模塊，再到I/O驅(qū)動(dòng)輸出。（2）開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)STD總線采取了開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成沒有固定的模式或標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型，而是提供了大量的功能模板，用戶可根據(jù)自己的需要選用各種功能模板，像搭積木一樣任意拼裝自己所需的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。必須注意，一個(gè)系統(tǒng)只允許選用一塊CPU模板（稱主模板），其余的從模板可任意選。（3）兼容式總線結(jié)構(gòu)STD總線采取了兼容式的總線結(jié)構(gòu)，既可支持8位微處理器，如8085、Z80等，也可支持16位微處理器，如8086、68000等。這種兼容性可靈活地?cái)U(kuò)充和升級，只要將新選的CPU主模板插入總線槽，取代原來的CPU板，然后將軟件改變過來，而原有的各種從模板仍可被利用。這樣可避免重復(fù)投資，降低改造費(fèi)用，縮短新系統(tǒng)的開發(fā)和調(diào)試周期，提高了系統(tǒng)的可用性。2.1.2 STD總線的信號分配STD總線定義了8位/16位微處理器的總線標(biāo)準(zhǔn)，對模板的尺寸、總線連接器和插腳分配，信號定義和電氣等都作了規(guī)定。限于篇幅，下面僅給出STD總線的信號分配，其它規(guī)定請讀者參閱STD的有關(guān)資料。STD總線共有56根引線（插腳），或分為五個(gè)功能組：邏輯電源線引線16數(shù)據(jù)總線引線714地址總線引線1530控制總線引線3152輔助電源線引線5356表2.1列出STD總線的56根引線（插腳）的分配。各引線功能如下：表2.1 STD總線的引線分配元件面線路面引腳名稱流向說明引腳名稱流向說明邏輯電源135VCCGNDVBB#1/VBAT入入入+5VDC邏輯地偏壓#1/后備電源246VCCGNDVBB#2/VBAT入入入+5VDC邏輯地偏壓#2/后備電源數(shù)據(jù)總線791113D3/A19D2/A18D1/A17D0/A16入/出入/出入/出入/出數(shù)據(jù)總線/地址擴(kuò)展8101214D7/A23D6/A22D5/A21D4/A20入/出入/出入/出入/出數(shù)據(jù)總線/地址擴(kuò)展地址總線1517192123252729A7A6A5A4A3A2A1A0出出出出出出出出地址總線1618202224262830A15/D15A14/D14A13/D13A12/D12A11/D11A10/D10A9/D9A8/D8出/入出/入出/入出/入出/入出/入出/入出/入地址總線/數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展控制總線3133353739414345474951CLOCKPCO出出入/出出出出出出出出出存儲器或I/O寫I/O地址請求I/O擴(kuò)展刷新定時(shí)CPU狀態(tài)總線響應(yīng)中斷響應(yīng)等待請求系統(tǒng)復(fù)位處理器時(shí)鐘優(yōu)先級鏈輸出3234363840424446485052CRTRLPCI出出入/出出出入入入入入入存儲器或I/O讀存儲器地址請求存儲器擴(kuò)展CPU周期同步CPU狀態(tài)總線請求中斷請求非屏蔽中斷請求系統(tǒng)復(fù)位輔助定時(shí)優(yōu)先級鏈輸入控制電源5355AUXGNDAUX+V入入輔助地輔助正電源(+12V)5456AUXGNDAUX-V入入輔助地輔助負(fù)電源(-12V)2.1.3 STD總線與存儲器和I/O的連接方法STD總線與存儲器的連接方法如圖2.1（a）所示，總線低位地址A0-A12直接連接到各存儲芯片，高位地址A13A15用來選片。由存儲器請求信號（引線34）、地址信號、讀或?qū)懶盘枺ㄒ€31、32）的組合來控制64K基本存儲器讀寫操作。如要擴(kuò)展為128K，增加一塊存儲器與STD總線連接的插件板，利用存儲器擴(kuò)展信號MEMEX（引線36）實(shí)現(xiàn)。當(dāng)基本存儲器工作時(shí)，MEMEX為低電平，封鎖擴(kuò)展存儲器工作；當(dāng)擴(kuò)展存儲器工作時(shí)，MEMEX為高電平，封鎖基本存儲器工作。 STD總線與存儲器和I/O的連接2.2 PC系列總線2.2.1 ISA總線IBM PC問世初始，就為系統(tǒng)的擴(kuò)展留下了余地-IO擴(kuò)展槽，這是在系統(tǒng)板上安裝的系統(tǒng)擴(kuò)展總線與外設(shè)接口的連接器。通過I/O擴(kuò)展槽，用I/O接口控制卡實(shí)現(xiàn)主機(jī)板與外設(shè)的連接。當(dāng)時(shí)XT機(jī)的數(shù)據(jù)位寬度只有8位，地址總線的寬度為20根。稍后一些的以80286為CPU的AT機(jī)一方面與XT機(jī)的總線完全兼容，另一方面將數(shù)據(jù)總線擴(kuò)展到16位，地址總線擴(kuò)展到24根。IBM推出的這種PC總線成為8位和16位數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓I(yè)標(biāo)準(zhǔn)，被命名為ISA（Industry Standard Architecture）。2.2.2 MCA總線由于ISA標(biāo)準(zhǔn)的限制，盡管CPU性能提高了，但系統(tǒng)總的性能沒有根本改變。系統(tǒng)總線上的I/O和存儲器的訪問速度沒有很大的提高，因而在強(qiáng)大的CPU處理能力與低性能的系統(tǒng)總線之間形成了一個(gè)瓶頸。為了打破這一瓶頸，IBM公司推出第一臺386微機(jī)時(shí)，便突破了ISA標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造了一個(gè)全新的與ISA標(biāo)準(zhǔn)完全不同的系統(tǒng)總線標(biāo)準(zhǔn)MCA（Micro Channel Architecture）標(biāo)準(zhǔn)，即微通道結(jié)構(gòu)。該標(biāo)準(zhǔn)定義系統(tǒng)總線上的數(shù)據(jù)寬度為32位，并支持猝發(fā)（burst mode）方式，使數(shù)據(jù)的傳輸率提高到ISA的4倍，達(dá)33Mbps，地址總線的寬度擴(kuò)展為32位，支持4GB的尋址能力，滿足了386和486處理器的處理能力。2.2.3 ESIA總線總線主控技術(shù)（Bus Master）。擴(kuò)展卡上有一個(gè)稱為總線主控的本地處理器，它不需要系統(tǒng)主處理器的參與而直接接管本地I/O設(shè)備與系統(tǒng)存儲器之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而能使主處理器發(fā)揮其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能。EISA還可支持多總線主控模塊和對總線主控模塊的智能管理。最多支持6個(gè)總線主控模塊。2.2.4 PCI局部總線微處理器的飛速發(fā)展使得增強(qiáng)的總線標(biāo)準(zhǔn)如EISA和MCA也顯得落后。這種發(fā)展的不同步，造成硬盤、視頻卡和其他一些高速外設(shè)只能通過一個(gè)慢速而且狹窄的路徑傳輸數(shù)據(jù)，使得CPU的高性能受到很大影響。而局部總線打破了這一瓶頸。從結(jié)構(gòu)上看，局部總線好像是在ISA總線和CPU之間又插入一級，將一些高速外設(shè)如圖形卡、網(wǎng)絡(luò)適配器和硬盤控制器等從ISA總線上卸下，直接通過局部總線掛接到CPU總線上，使之與高速CPU總線相匹配。PCI計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖第三章 常用外部總線 外部總線又稱為通信總線，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，并行總線主要有IEEE-488總線，串行總線主要有RS-232-C、RS-422、RS-485、IEEE1394以及USB總線等，在計(jì)算機(jī)接口、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用，下面主要介紹IEEE-488并行總線、RS-232-C和RS-485串行總線。3.1 IEEE-488總線IEEE-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。當(dāng)用IEEE-488總線標(biāo)準(zhǔn)建立一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的測試系統(tǒng)時(shí)，不用再加一大堆復(fù)雜的控制電路，IEEE-488總線以機(jī)架層疊式智能儀器為主要器件，構(gòu)成開放式的積木測試系統(tǒng)。因此IEEE-488總線是當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的通信總線之一。3.1.1 IEEE-488總線的使用約定數(shù)據(jù)傳輸速率10Mbps。連接在總線上的設(shè)備（包括作為主控器的微型機(jī)）15個(gè)設(shè)備間的最大距離2m整個(gè)系統(tǒng)的電纜總長度20m，若電纜長度超過20m，則會(huì)因延時(shí)而改變定時(shí)關(guān)系，從而造成可靠性變差。這種情況應(yīng)增加調(diào)制解調(diào)器加以解決。所有數(shù)據(jù)交換都必須是數(shù)字化的。總線規(guī)定使用24線的組合插頭座，并采用負(fù)邏輯，即用小于+0.8V的電平表示邏輯“1”，用大于2V的電平表示邏輯“0”。3.1.2 IEEE-488總線設(shè)備的工作方式IEEE-488總線上所連接的設(shè)備可按控者、講者和聽者三種方式工作，這三種設(shè)備之間是用一條24線的無源電纜互連起來的。該總線的連接情況如圖2.5所示。IEEE-488總線的連接示例該總線系統(tǒng)中的控者一般是計(jì)算機(jī)，用于管理整個(gè)系統(tǒng)的通信。比如，起動(dòng)系統(tǒng)中的設(shè)備，使之進(jìn)入受控狀態(tài)；指定某個(gè)設(shè)備為講者，某個(gè)設(shè)備為聽者，并讓講者和聽者之間直接通信；處理系統(tǒng)中某些設(shè)備的服務(wù)請求等。該總線系統(tǒng)中的講者功能是通過總線發(fā)送信息，而聽者功能則是接收別的設(shè)備通過總線發(fā)送來的信息。3.1.3 IEEE-488總線的引腳定義為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各儀器設(shè)備互相通信，IEEE-488總線對系統(tǒng)的基本特性、接口功能、異步通信聯(lián)絡(luò)的方式、接口消息的編碼等都作了規(guī)定，如表2.3所示。按照這些規(guī)定，不同廠家生產(chǎn)的儀器設(shè)備就可以簡便地用一條24線的無源電纜互連起來，組成一個(gè)自動(dòng)測試和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。IEEE-488總線定義了16條信號線和8條地線。這16條信號線按功能可分3組，其中8條雙向數(shù)據(jù)線，3條數(shù)據(jù)傳輸控制線，5條接口管理線。各引線功能如下：（1）數(shù)據(jù)線D1D8，這8條線用來并行傳輸數(shù)據(jù)、地址、狀態(tài)字和命令等信息。（2）數(shù)據(jù)傳輸控制線DAV，NRFD和NDAC；l 數(shù)據(jù)有效線DAV由講者操縱，當(dāng)為低電平時(shí)，表示講者已經(jīng)把有效數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好了，聽者可以接收。l 未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線NRFD由聽者操縱，當(dāng)為低電平時(shí)，表示總線上至少有一個(gè)聽者還沒有準(zhǔn)備好接收講者的數(shù)據(jù)。l 未接收完數(shù)據(jù)線NDAC由聽者操縱，當(dāng)為低電平時(shí)，表示總線上至少有一個(gè)聽者還沒有接收完講者的數(shù)據(jù)。這三條控制線用來使儀器設(shè)備之間彼此了解信息傳輸情況，從而協(xié)調(diào)信息的傳輸，實(shí)現(xiàn)三線掛鉤的異步傳輸方式，圖2.6給出了信息交換的時(shí)序圖。三線掛鉤時(shí)序圖3.2 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，是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）從CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)初制定該標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了使不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的設(shè)備能夠達(dá)到接插的“兼容性”。RS-232-C總線分別定義了機(jī)械特性標(biāo)準(zhǔn)和電氣特性標(biāo)準(zhǔn)。3.2.1 RS-232-C總線的機(jī)械特性DB-25引腳編號RS-232-C總線的接口連接器采用DB-25插頭和插座，其中陽性插頭（DB-25-P）與DTE相連，陰性插座（DB-25-S）與DCE相連。DB-25連接器的25個(gè)插針（引線）的編號及定義。3.2.2 RS-232C總線的電氣特性RS-232C標(biāo)準(zhǔn)的電氣性能主要體現(xiàn)在電氣連接方式、電氣參數(shù)及通信速率等方面。電氣連接方式 RS-232C電氣連接方式EIA的RS-232C及CCITT(國際電話電報(bào)咨詢委員會(huì))的V.28建議采用如圖2.8所示的電氣連接方式。這種連接方式的主要特點(diǎn)是：非平衡的連接方式，即每條信號線只有一條連線，信道噪聲會(huì)疊加在信號上并全部反映到接收器中，因而會(huì)加大通信誤碼率，但卻最大限度降低了通信成本。采用點(diǎn)對點(diǎn)通信，只用一對收發(fā)設(shè)備完成通信工作，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為37k。公用地線，所有信號線共用一條信號地線，在短距離通信時(shí)有效地抑制了噪聲干擾；但不同信號線間會(huì)通過公用地線產(chǎn)生干擾。3.2.3 RS-232-C總線的通信結(jié)構(gòu)RS-232C的典型的數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。圖2.9(a)是具有MODEM設(shè)備的遠(yuǎn)距離通信線路。數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE，如計(jì)算機(jī)、終端顯示器，通過RS-232C接口和數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE如調(diào)制解調(diào)器連接起來，再通過電話線和遠(yuǎn)程設(shè)備進(jìn)行通信。電話線的兩端都有DCE，即MODEM設(shè)備。MODEM除具有調(diào)制和解調(diào)功能外，還必須具有控制功能和反映狀態(tài)的功能。這些控制功能用來完成與RS-232C接口以及電話線另一端的MODEM進(jìn)行信息交換和聯(lián)絡(luò)控制。圖2.2（a）使用了最常用的5根信號線，提供了兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)線（發(fā)送和接收數(shù)據(jù)）和一對控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈帐志€RTS和DSR。圖2.2（b）是不用MODEM的直接通信線路。在實(shí)際使用中，若進(jìn)行近距離通信，即不通過電話線進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，則不需要使用DCE，而直接把DTE連接起來，稱為零調(diào)制解調(diào)器連接，因?yàn)榇藭r(shí)調(diào)制解調(diào)器已經(jīng)退化成了一個(gè)線路交叉。兩個(gè)DTE之間可以利用表2.4列出的常用9根線進(jìn)行通信雙方的握手聯(lián)絡(luò)。 最簡單的RS-232C數(shù)據(jù)通信 RS-232C發(fā)送和接收電路還有一種簡單的連接線路，如圖2.10所示，僅用3根基本的數(shù)據(jù)傳送線：發(fā)送數(shù)據(jù)線2、接收數(shù)據(jù)線3和信號地線7。一般近距離CRT終端與計(jì)算機(jī)之間的通信使用這3根線就足夠了，例如PC機(jī)向單片機(jī)開發(fā)裝置傳送目標(biāo)程序時(shí)，采用這種簡單的連接線路即可。3.2.4 RS-232C總線的接口電路一般CRT終端和計(jì)算機(jī)采用TTL輸入/輸出電平，為了滿足RS-232-C信號電平，采用集成電路MC1488發(fā)送器和MC1489接收器，進(jìn)行TTL電平與RS-232-C電平的相互轉(zhuǎn)換，如圖2.3所示。 RS-232C的接口電路示例3.3 RS-422和RS-485總線 RS-232C雖然應(yīng)用很廣，但因其推出較早，在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信中已暴露出明顯的缺點(diǎn)，如數(shù)據(jù)傳輸速率慢、通信距離短、未規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的連接器、接口處各信號間易產(chǎn)生串?dāng)_等。鑒于這些原因，EIA先后推出了新的標(biāo)準(zhǔn)RS-449、RS-422以及RS-485等總線標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)除了與RS-232C兼容外，在加快傳輸速率、增大傳輸距離、改進(jìn)電氣性能等方面都有了明顯提高。3.3.1 RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口 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(dòng)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，如圖2.13所示。在電路中規(guī)定只能有一個(gè)發(fā)送器，可以有多個(gè)接收器，可以支持點(diǎn)對多的通信方式。該標(biāo)準(zhǔn)允許驅(qū)動(dòng)器輸出為26v，接收器可以檢測到的輸入信號電平可低到200mV。 RS-422電氣連接圖RS-422的數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式傳輸。為了滿足RS-422-A標(biāo)準(zhǔn)，采用集成電路MC3487發(fā)送器和MC3486接收器，如圖2.14所示 RS-422A接口電路示意圖 3.3.2 RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口RS-485與RS-422的區(qū)別在于：硬件線路上，RS-422至少需要4根通信線，而RS-485僅需2根；RS-422不能采用總線方式通信，但可以采用環(huán)路方式通信，而RS-485兩者均可。通信方式上，RS-422可以全雙工，而RS-485只能半雙工。兩者的其它差異見表2.5所示。RS_485與RS422比較比較項(xiàng)目RS-422RS-485驅(qū)動(dòng)方式平衡平衡可連接的臺數(shù)l臺驅(qū)動(dòng)器，10臺接收器32臺驅(qū)動(dòng)器，32臺接收器最大傳輸距離1200m1200m最大傳輸速12米10Mbps10Mbps120米1Mbps1Mbps1200米100kbps100kbps驅(qū)動(dòng)器輸出電壓無負(fù)載時(shí)5V5V有負(fù)載時(shí)2V1.5V驅(qū)動(dòng)器負(fù)載電阻10054驅(qū)動(dòng)器輸出電流上電無規(guī)定100 A最大(-7VVcom12V)斷電l00A最大(-0.25VVcom6V)100 u A最大接收器輸入電壓-7+12V-7+12V接收器輸入靈敏度200mV200mV接收器輸入電阻12KQ12KQ3.4 串行總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通常主機(jī)提供了RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，而控制系統(tǒng)往往分布較遠(yuǎn)，單獨(dú)由RS-232C不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通訊任務(wù)，就需要進(jìn)行與RS-485或RS-422 的轉(zhuǎn)換，并且利用RS-485網(wǎng)絡(luò)功能，可以很方便的實(shí)現(xiàn)RS-485通訊網(wǎng)絡(luò)。完成這種轉(zhuǎn)換的器件很多，可以分為有源和無源兩種，有源轉(zhuǎn)換器須提供標(biāo)準(zhǔn)電源，無源轉(zhuǎn)換器利用RS-232C內(nèi)部的電源信號供電。下面以一種型號為JMW1801的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器為例說明其使用。JMW1801無源轉(zhuǎn)換器支持半雙工通信，利用串口竊電技術(shù)供電，無須外供電源；支持遠(yuǎn)程通信（大于1.2Km）和多機(jī)通信（128接點(diǎn)），DB9/DB9結(jié)構(gòu)，速率