第建總核救木

8.1總線概述

8.2內總線

8.3外總線

8.4總線驅動與控制

8.5有關總線的工程問題

習題

k二“章總彼技術

8.1總線概述

8.1.1定義及分類

1.片內總線

顧名思義，片內總線就是集成電路芯片內部各功能元件

之間的連接線。這類總線是由芯片的設計者來實現的。對于

本書的讀者，即使將來自己設計ASIC芯片，其芯片內部的連

線也是由CAD軟件來完成的，需要自己布線的情況很少。因

此，我們知道片內總線是重要的，將來應用時予以注意就可

以了。

k二“章總彼技術

2.元件級總線

元件級總線又稱板（卡）內總線，用于實現電路板（卡）內

各元器件的連接。元件級總線對讀者來說是重要的，因為將

來很可能會接受設計一塊插在某總線上的電路板（卡）的任務。

在設計一塊電路板（卡）時，必然要用板內總線將板內的

元器件連接起來。板內總線的驅動能力，總線間的干擾、反

射、延時以及總線的電磁兼容性等問題都必須認真考慮。只

有這樣才能設計出工作可靠的電路板。

3.內總線

內總線又稱系統總線，用于將構成微型機的各電路板（卡）

連接在一起。

內總線對微型機的設計者是非常重要的。如果所設計系

統的內總線性能很差或工作不可靠，則將直接影響所設計的計

算機的性能，甚至使整個微型機系統不能正常工作。

從微型機問世以來，有許多科學工作者致力于內總線的研

究與開發，不同機型（8位機、16位機、32位機）、不同用途、

性能不一的內總線標準不斷地涌現出來。現在已知的內總線標

準超過100種，其中有民用級微型機內總線標準，有工業級微

型機內總線標準，也有軍用級微型機內總線標準。微型機系統

設計專包勤艮鯉*J需求和系統磔34擇■基淮總線，

也可涌己M定市內總線。------

4.外總線

外總線又稱通信總線，用于實現微型機與外設以及微型機

系統之間的相互連接。

從外總線的定義可以看到，其功能是實現微型機與外設或

者微型機系統之間的相互通信。對計算機系統來說，這一總線

是系統的重要組成部分。顯然，這種總線的傳送距離比較遠，

可采用串行方式或并行方式來實現。

同樣，有許多科學工作者致力于外總線的研究與開發，制

定的串行、并行的外總線標準共七八十種之多。微型機系統設

計者可以根據用戶的需求和系統設計方案選擇某一標準總線用

在它匝歲跑圣善中。一^一^

k二“章總彼技術

8.1.2總線標準化的優點

1.簡化硬、軟件的設計

從圖1.2可以看到，一臺微型計算機就是由系統總線將其

各組成部分連接到一起構成的。當系統總線各信號確定之后，

構成微型計算機的各部件，如CPU電路板、ROM電路板、

RAM電路板、各種外設所需的接口板可以單獨進行設計。電

路板的設計過程只與系統總線信號有關而與其他電路板沒有關

系，從而使設計得以簡化。

“章總彼技術

另一方面，系統設計的另一種方法稱為系統集成。如果

采用總線標準，系統集成就很容易實現。例如，通過簡單地

購買主機箱、電源、主板、顯卡、LCD顯示器、內存條、硬磁

盤、光盤驅動器、網卡、聲卡及音箱、鍵盤和鼠標，并把上

述配件連接到一起，就可以購成PC機的基本硬件系統。在此

基礎上，配上操作系統及相關軟件，則一臺PC機就集成成功

To

k二“章總彼技術

2.簡化了系統結構

利用總線，可以簡化微型計算機的系統結構。對于小的簡

單的微型機系統，根據圖L2可以認為，就是將CPU及構成微型

機的各部分（ROM、RAM、各種接口）都掛接在系統總線上。對于

較為復雜的微型機系統，如PC機，同樣是將構成PC機的各組成

部件都連接在總線上。

在計算機的工程應用中，經常將多個CPU以緊耦合的方式

構成性能更好的多機系統，而許多內總線都支持以緊耦合的方

式構成多機系統。有了內總線的支持，構成這樣的系統就變得

比較容易了。

k二第4章總彼技木

3.易于系統擴展

采用總線標準構成的微型機，要對其功能進行擴展將是非

常容易的。例如，要擴展內存，只要購買相適合的內存條（具

有標準接口）插上即可。要在PC機增加視頻卡，只要購買相應

總線（PCI、IEEE-1394等）的視頻卡插在總線上，再配上廠家提

供的驅動程序即可工作。

可見，要擴展微型機的功能，實現起來十分容易。這是因

為總線標準一旦確定，大量的廠家都會依據這一標準生產各式

各樣的板卡，等待用戶選用。因此，采用總線標準進行系統擴

展易于實現。試想，如果所設計的微型機采用自己定義的專用

總線，要進行系統擴展時就必須自己從元器件級去設計電路板

卡，而從頭設計二塊電路板則決非三天兩日圓能完成的。

-.................-

“章總彼技術

4.便于調試

當進行微型機系統設計時，由于采用了標準的內總線，

因此在某一電路板設計出來后，可以插到任何具有同樣標準

內總線的微型機上進行調試，這為硬件電路板的調試帶來了

極大的方便。

k二“章總彼技術

5.便于維修

一級維修又稱為部件級維修，要求故障定位達到某一塊電

路板、某一個部件或者某一個小設備。維修人員將完好的部件

更換到系統上，使系統立即恢復正常工作。更換下來的故障部

件由用戶單位或廠家或專門維修點進行仔細檢修，使它再恢復

成為一塊完好的部件，處于冷備份狀態。這種維修比較容易，

因為部件級的故障定位比較容易。例如，內存擴展卡上的

RAM讀/寫不正常是很容易發現并判斷出來的。更換一塊新的

RAM擴展卡也是容易的。同時，一級維修所花的維修時間短，

有利于提高系統的利用率。

二級維修主要是指更換集成電路芯片及元器件的維修。實

現這種維修，要求故障診斷的分辨率要高，要能夠確切地給出

是哪個部件（或卡）上的哪塊芯片或哪個元器件出現故障。若能

迅速診斷清楚，更換新的芯片或元器件就很容易做到。但是，

二級維修要求診斷到芯片、元器件級，要能夠在系統出現故障

之后，很快地作出判斷，找到發生故障的元器件，這就要求系

統維護人員有很高的技術素質、思想作風并掌握一套合理的方

法和經驗。

在進行一級維修時，若發現某一電路板出現故障，可以到

市場去購買任何廠家生產的同一總線標準的電路板并更換故障

電路板，則故障立刻可得以排除。若是采用專用總線，則不可

能有現成的電路板可以更換。若事先沒有備份，為了維修就需

要從頭設計該電留^那將是一件很典演「土b

褲總彼技術

8.2內總線

8.2.1PC機的內總線

1.PC/XT總線

這是最早期的PC機（以8088為CPU）的系統總線。它由62個插

座信號構成，如表4.1所示，除了前面提到的8088的20條地址線

A。?Aw、8條數據線D。?D’以及內存的讀/寫控制信號1W、

MEMW和接口的讀/寫控制信號TOR、TDW外，還包括6個中斷請求

IRQ2-IRQ7,3個DMA請求信號DREQI?DREQ3,3個DMA響應信號

DAC&?DAC1和I/OCHCK、I/OCHRDY、AEN、RESET>OSC等信號,

以及土5V、±12V電源和地信號。

表8.1PC/XT總線引腳定義

弓1腳。信號4引腳一信號二

GND爐UOCHCHKQ

BNRESETDRV*3A*D7r

?5V「A3-D正

B,「IRQVA.D姆

-5VQJDM

B*DRQj<1A*D]。

-12V2A/D?

BhGARDSLCTDPA/D]+)

Bg，」?12V*3Ap^Dg召

B”GNDPAio*?IQCHRDYQ

BirSMEMW^An*-1AENa

BiWSMEMR43A,A，

Bu?-,IOW-1A”A”

■■

4總

表8.1PC/XT總線引腳定義

引腳二信號二引腳」'信號戶

Bi,。IOR^AM，A，

BI,QDACKj2A3A3

Bi卡DRQvAi*AM

B17^DACKQAmAI.*3

BI-DRQiPAi#AN

B*REFRESH口A*AJJ?

Bw」SYSCLK*?AJO*,Au~

BLA”，，A”

B葡/IRQ*A”

B,丁IRQWA[3“A/

4總

表8.1PC/XT總線引腳定義

IRQ評A”〃

B”一IRQNA”，A產

DACK【一A,@

T心口AJT^AN

B*BALE-A2f

B卡?5V"A*A產

B”OSC「A抄AN

GND?-AJI*A@--

k二“章總彼技術

2.ISA總線

隨著技術的發展，1982年Intel公司推出了80286,接著

在1984年IBM利用80286開發出了PC/AT微型機。由80286構成

的計算機無法使用原來的8位系統總線。于是，IBM開發了相

應的PC/AT總線。此后，PC/AT總線被IEEE定為一種內總線標

準,這就是ISA。

ISA是工業標準總線。它向下兼容更早的PC/XT總線，在

PC/XT總線62個插座信號的基礎上,再擴充另一個有36個信號

的插座，這兩個插座信號便構成ISA總線，擴充插座的定義如

表4.2所示。

表8.2ISA總線擴充插座引腳定義

熨腳》信用,引腳）信號”

DLMEMCS16-Cl,SBHEA

D2：F9CS16C2.,LA,

D3.IRQiu>iC3.,：?

D4,IRQC4、LA.,

05IRQ）；C53,

D6IRQi.cC6,,

D7,IRQ…C7>L%.

D8,DACKjC8*LA...

D9,C9、MEMR

DKLDACK1CIO.MEMW,

D1LDRQ.iCll.SD“

D12,DACK)C12.SD“.

D13,DRQ,.C13.SD小

D14,DACKAC14.SD(11

D15>DRQ->C15.SDU?

D1645ViC16.SD,?

D17.MASTER，C17.SDg.

D12iGND,CISSD「.

“章總彼技術

ISA總線主要包括：24條地址線，可尋址的內存地址空間

增加到16MB；16條數據線；控制總線（內存讀/寫、接口讀/寫、

中數請求、中斷響應、DMA請求、DMA響應等）；±5V、±12V

電源，地線等。

ISA總線新增加了8條數據線、4條地址線、7個中斷請求、

4個DMA請求、4個DMA響應等信號，使ISA總線成為尋址內

存為16M的16位總線。

k二“章總彼技術

3.EISA總線

上面提到的ISA總線對于16位CPU,例如80286、80386sx等

是很合適的。但是，當80386DX（32位CPU）開發出來之后，ISA

總線就無法適應32位CPU的性能要求了。為此，不少廠家在這

個時期推出了多種32位的內總線標準，例如VL總線、EISA總線

等。在這里稍具影響的就是EISA（擴展的工業標準結構）總線。

EISA總線是在ISA總線的基礎上發展起來的32位總線。該

總線定義了32位地址線、32位數據線以及其他控制信號線、電

源線、地線等共196條線，總線傳輸速率達33MB/s。該總線利

用總線插座與ISA總線相兼容，插板插在上層為ISA總線信號，

插板插到下層便是EISA總線。

4總彼技木

4.PCI總線

1)PCI總線的特點

PCI總線是一種不依賴任何具體CPU的局部總線，也就是

說它獨立于CPU。從圖10.2可以看到，PCI與CPU之間隔著北

橋芯片，因此，實際上CPU是通過北橋實施對PCI的管理的。

詳細描述PCI夠寫一本書，這里只說明PCI的一些特點。

“章總彼技術

（1）高性能。PCI的總線時鐘頻率為33MHz/66MHz。

而且在進行64位數據傳送時，其數據傳輸速率可達66

MHzX8B=528MB/s。這樣高的傳輸速率是此前其他內總

線所無法達到的。在PCI的插槽上，可以插上32位的電路板

（卡），也可以插上64位的電路板（卡），兩者可兼容。

k二“章總彼技術

■

(2)總線設備的工作與CPU相對獨立。在CPU對PCI總線

上的某設備進行讀/寫時，要讀/寫的數據先傳送到緩沖器中，

通過PCI總線控制器進行緩沖，再由CPU處理。當寫數據時，

CPU只將數據傳送到緩沖器中，再由PCI總線控制器將數據寫

入規定的設備。在此過程中CPU完全可以去執行其他操作。

可見，PCI的工作與CPU是不同步的，CPU的速度可能很快而

PCI相對要慢一些，它們是相對獨立的。這一特點就使得PCI

可以支持各種不同型號的CPU,具有更長的生命周期。

k二“章總彼技術

（3）即插即用。即插即用就是指基于PCI總線上的電路板

（卡）一插入PCI總線立即就可以工作。PCI總線的這一特點為

用戶帶來了極大的方便。

在此前的總線上，例如ISA上，可以插上不同廠家生產的

電路板（卡），但不同廠家的電路板（卡）有可能發生地址競爭而

無法正常工作。解決的辦法就是利用電路板（卡）上的跳線開關

來改變地址，進而克服地址競爭。在PCI總線上就不存在這樣

的問題，此總線上的接口地址是由PCI控制器自動配置的，不

可能發生競爭。所以，電路板（卡）插上就可用。

k二“章總彼技術

(4)支持多主控設備。接在PCI總線上的設備均可以提出

總線請求，PCI管理器中的仲裁機構一旦允許該設備成為主控

設備，就由它來控制PCI總線，實現主控設備與從屬設備間點

對點的數據傳輸。PCI總線上最多可以支持10個設備。

(5)錯誤檢測及報告。PCI總線能夠對所傳送的地址及數

據信號進行奇偶校驗檢測，并通過某些信號線來報告錯誤的

發生。

(6)兩種電壓環境。PCI總線可以在5V的電壓環境下工

作，也可以在3.3V的電壓環境下工作。

2)PCI總線的信號

(1)PCI總線引腳信號安排。PCI總線定義了兩種PCI擴展

卡及連接器(即主板上的PCI插槽)：長卡和短卡。

短卡為32位總線而設計，插槽分為A、B兩邊，每邊定義

62個引腳信號，故短卡共有124個引腳。

長卡為64位總線而設計，插槽分為A、B兩邊，每邊定義

94個引腳信號。很顯然，長卡的A、B兩邊，每邊的前62個引

腳信號與短卡信號是完全一樣的，以便長卡完全兼容短卡。同

時，長卡又單獨定義了A、B兩邊的其他各32個信號。PCI總

線引腳定義如表4.3所示。

4總

表8.3PCI總線引腳定義

引腳信號7引腳信號7

-12VPAiTRST一

B廣TCK^A2d?12V/

B),GNDQA正TMS/

TD“A,，TD1-

B產+5V^A/+5V"

?5WA*INTA口

B?4*INTBFINTC^

BsINTD^A§Q?5Va

By：PRSNE.Ak保留Q

B”保留uA”?5V"

BirPRSNTj^Air保留口

Bn。KEY或GNDNA”KEY或GND?」

B”KEY或GND￡Au，KEY或GNDa

Bi尸保留。A”保留Q

表8.3PCI總線引腳定義

保留口AM保留「

BIN1GNDQA*RSTP

Bi*CLKaAi,*3?5VIA?

B1743GND+?A.GNTP

Bir1REQ^AMGNDr

Bi-+5VIQ/AIN保留q

B”QAD)NA”一ADJO?口

ADjg*-An*3?3.3V3

GND^AM

表8.3PCI總線引腳定義

引腳，，信號/引腳”信號/

AD”口A?3~AD”~

AD?NA”?GND〃

+3.3SAw3AD“r

C眄一A?4IDSELP

B-AD”A加+3.3V/

GNMA.AD3

ADjpA”AD”人

B）科AD】武A303GND~

BJI*'*3.3V"5ADi/、

B3FADiNADM

B33nC/甌QA33C+3.3S

B3MGNDQA3rFRAME/

B%-IRDY3A3GND爐

B“4+3.3V*3A"TRDYd

B37rDEVSELQA37PGNDw

k二“章總彼技術

(2)PCI總線信號分類。PCI總線信號分為如下幾類：

①地址及數據信號：

AD。?AD63是地址/數據信號，雙向三態，在時間上是復用

的，即某一時刻這些信號線上傳送的是地址信號，而在另外的

時刻這些信號線上傳送的是數據信號。

C/KEo?C/靛7是命令/字節選擇信號，雙向三態，在時間

上是復用的。在傳送地址期間，這些信號線上傳送總線命令。

在傳送數據期間，它們用來指定64位數據中哪個(或哪些)字節

有效。

②接口控制信號:

麗伯為幀周期信號，低電平有效，雙向三態，由當前的

主控設備驅動，有效時表示一次總線傳輸開始并持續。

TW是主控設備準備好信號，低電平有效，雙向三態。

該信號有效表示發起一次傳輸的設備已準備好，能完成一次

數據傳送。

TW是從屬設備準備好信號，低電平有效，雙向三態。

該信號有效表示從屬設備已經做好了完成本次數據傳送的準

備。

SW是停止數據傳送的信號，低電平有效，雙向三態。

該信"效表示從屬設備要求主控設備停止當前的數據傳送。

“章總彼技術

rocK為鎖定信號，低電平有效，雙向三態。該信號有效表

示驅動它的設備需要多次傳輸才能完成其操作。

□SEE為初始化設備選擇信號，是輸入信號，在參數配置

讀/寫期間用作片選信號。

BEVSEL為設備選擇信號，低電平有效，雙向三態。該信

號變為低電平時，表示驅動它的設備變為從屬設備。

k二“章總彼技術

③仲裁信號。由于PCI總線上的設備都有可能成為主控設

備來控制總線，實現規定的數據傳送，因此當多個設備同時希

望成為主控設備時，就需要進行仲裁，以決定哪個設備能夠成

為主控設備。PCI總線上的仲裁信號包括：

REQ為總線占用請求信號，低電平有效，三態。該信號有

效時表示驅動它的設備請求占用總線。

GNT為總線占用允許信號，低電平有效，三態。該信號有

效時向請求占用總線的設備表明其占用請求已獲得批準。

“章總彼技術

④系統信號:

CLK是PCI總線系統的時鐘信號。對于所有的PCI上的設備

來說，它都是輸入信號。該信號決定了PCI的傳輸速率。初期

的CLK為33MHz,后來有66MHz。現在該時鐘可達100MHz。

前f是復位信號，是低電平有效的輸入信號。該信號使

PCI總線專用的特殊寄存器和定序器恢復到初始狀態。

k二“章總彼技術

⑤錯誤報告信號：

PEER為數據奇偶校驗錯誤報告信號，低電平有效，雙向

三態。在一個數據期完成時，如果發現數據奇偶校驗錯，則

立即產生PEER有效。

SEKR為系統錯誤報告信號，是低電平有效的漏極開路信

號。該信號用來報告地址奇偶校驗錯、特殊命令序列中奇偶

校驗錯或者其他可能引起致命后果的系統錯誤。

“章總彼技術

⑥中斷信號:

INTA、TNTB、TNTC、INTD為四個中斷請求信號，是低電

平有效的漏極開路信號，用于請求一次中斷。其中后三個信

號只用于多功能設備。對于單功能設備，中斷請求只能用

INTA；對于多功能設備，最多可允許有四個中斷請求，可分

別接這四條中斷請求信號線。

“章總彼技術

⑦高速緩存支持信號。在PCI總線上可以配置高速緩沖存

儲器。為了更好地利用高速緩存，PCI總線設置有以下支持信

號：

SBO為試探返回信號，是低電平有效的輸入/輸出信號。

該信號有效表示命中了一個修改過的行。

而標為監聽完成信號，是低電平有效的輸入/輸出信號。

當該信號為高電平時表示監聽正在進行；當其為低電平時表示

監聽已經完成。

k二“章總彼技術

⑧64位擴展總線有關信號。在進行64位傳送時，需要前

面提到的AD°?AD63這64條信號線和C/BE。?C/BE7這8個信號，

除此之外還需要如下幾個支持信號：

期網為64位請求信號，是低電平有效的雙向三態信號。

該信號由當前的主控設備驅動，表示該設備需要進行64位的數

據傳送。

瓦麗為64位傳輸的響應信號，是低電平有效的雙向三態

信號。該信號由從屬設備驅動，表示該設備將進行64位數據傳

送。

k二“章總彼技術

兩舊為奇偶雙字節校驗信號，是高電平有效的雙向三態

信號。該信號是對AD32?AD63和C西?CTBE；的奇偶校驗信號。

由圖10.2可以看到，主板上的PCI總線是由北橋產生和控

制的（也有用其他超大規模IC芯片產生和控制的）。顯然，PCI

的管理由該芯片來完成。

插在PCI總線插槽上的設備稱為目標設備，目標設備與

PCI總線的接口也是專用的IC芯片，是一片包括多種元件的超

大規模集成電路芯片。在此接口芯片中還包括256個字節的用

于配置的存儲空間。利用軟件對這些字節進行配置，便可以實

現板（卡）的即插即用。256個字節的配置空間如圖4.1所示。

設備識別供應商識別碼00H

狀態寄存器命令寄存器04H

分類代碼修改版本08H

內含自測試頭標類型延時計數器Cache大小OCH

10H

14H

18H

基地址寄存器

1CH

20H

24H

保留28H

保留2CH

擴展ROM基址寄存器30H

保留34H

保留38H

Max-LatMin-Gnt中斷引腳中斷連線3CH

圖4.1配置存儲空間

“章總彼技術

8.2.2工控機的內總線

1.STD總線

STD總線是1978年由美國推出的用于工業控制系統的內總

線標準。該標準一經推出立刻受到工業控制領域內技術人員的

廣泛歡迎并得到迅速發展。1984年，該標準也成為中國工業控

制機的內總線標準。在整個20世紀80年代，該總線標準在全世

界風靡一時。

k二第4章總殘技木

1)STD總線的特點

STD總線有如下一些特點：

(1)STD總線有好的兼容性。STD有8位、16位及32位的總

線標準，它們是向下兼容的。例如，在32位總線上插上16位或

8位的電路板均可正常工作。

(2)可靠性高。STD總線采取了一整套可靠性措施，使采

用該總線構成的工業控制機可以長期可靠地工作在惡劣環境之

下。

(3)支持多機系統。STD總線可以支持在其總線上連接多個

處理器以構成性能更高的多機系統。

“章總彼技術

(4)結構簡單。STD總線結構簡單，電路板采用高度模

塊化的小板結構，可以根據用戶要求集成為不同規模的系統。

(5)支持廠家多。支持STD總線的廠家非常多，這些廠家

生產支持各種處理器的各種STD電路板(卡)，有利于用戶構

成價格低廉的STD系統。

k二“章總彼技術

2)STD總線的信號定義

開始，STD總線針對8位微型機定義了56個信號。隨著技

術的發展和應用的需求，經改進，STD總線采用復用技術使原

定義的56個信號既可支持8位機又可支持16位機。盡管在后來

STD總線發展為H4個信號，甚至發展為可以支持32位的136個

信號的STD總線標準，但國內大多還是采用56個信號的8位、

16位兼容的STD總線，其信號定義如表4.4所示。

“章總殘技術

表8.4STD總線的信號定義

元件面焊接面

引腳信號方向及說明引腳信號方向及說明

1VCCI,邏輯電源+5V2VCCI,邏輯電源+5V

3GNDI,,邏輯地4GNDI,邏輯地

VBBJVBAT

5I,偏置/電池6VBB2/DCPDI,偏置/掉電電源

7D3/A19I/O,數據/地址8D7/A23I/O,數據/地址

9D2/A]&I/O,數據/地址10D6422I/O,數據/地址

11DJA、7I/O,數據/地址12D5/A21I/O,數據/地址

13Do/A16I/O,數據/地址14D〃A20I/O,數據/地址

15A70,地址16A15/D15I/O,數據/地址

地址數據/地址

17A6O,18A”D14I/O,

19A50,地址20A13/D13I/O,數據/地址

21A40,地址22A12/D12I/O,數據/地址

23A3、。，地址24I/O,數據/地址

“章總彼技術

表8.4STD總線的信號定義

2"Ai0,地址△28<A;>?9*ID,數據/地址小

294卜爐0,地址小30+，AJ/D/I/O,數據/地址a

31小而＞I，寫控制Q32"RD"0,讀控制門

33PlORQ^3I,ID地址選擇八34^MEMRQ*3O,內存地址選擇d

35口IOEXP^ID,I/O擴展，，36^MEMEX^ID,存儲器擴展”

37PREFRESHo0,刷新定時。妍MCSYNCPO,CPU周期同步小

39P|T點U守0,CPU狀態Q40八STATUS。。O,CPU狀態夕

41BUSAKW0,總線響應a42^BUSRQQI，總統請求“

43rINTAKE0,中斷響應/44*1INTRQ。I,中斷請求川

45戶WAITRQ^I，等待清求「如NMIRQPI，非屏蔽中斷請求職

4?-SYSRESET"0,系統復位一儂PBRESET^I，按鈕復位-

49cCLOCKQ0,處理器時鐘"50。CNTRL-I，輔助定時

51尸PCX”0,優先級鏈輸出52QPCIPI，優先級鏈輸入。

53-AUXGND-1＞輔助地一5心AUXGND-1＞輔助地

55QAUX+V"I，輔助電源+12V-、56?-AUX-VQI，輔助電源一12V，

“章總彼技術

3)STD總線的衰落

(1)插頭可靠性問題。STD總線插頭采用“金手指”插拔,

在插拔過程中容易造成插頭邊緣的銅箔斷裂。一旦插頭的銅

箔斷裂，必然使插頭接觸不上，從而使總線工作不可靠。

(2)信號輸入/輸出采用扁平電纜。STD總線上的模擬輸入

及數字信號采用扁平電纜，在信號傳送過程中很容易受到干

擾而影響系統的可靠性。

“章總彼技術

(3)顯示方式落后。在STD系統中經常采用LED數碼顯示器,

這樣的顯示器使使用者在對控制系統進行參數整定及其他參數

初始化時會感到不夠方便。

(4)資源浪費。STD總線在設計中考慮到系統的通用性及

系統的可擴展性，使系統有許多冗余，這必然造成資源上的浪

費。

k二“章總彼技術

■

2.基于PC(PC-based)的工控機總線

IPC在中國的發展大致可以分為三個階段：

第一階段是從20世紀80年代末到90年代初，這時市場上主

要是國外品牌的昂貴產品。

第二階段是從1991年到1996,臺灣生產的價位適中的基于

ISA總線的工業控制PC(IPC)開始大量進入大陸市場，這在很大

程度上加速了IPC市場的發展，IPC的應用也從傳統工業控制向

數據通信、電信、電力等對可靠性要求較高的行業延伸。

“章總彼技術

第三階段是從1997年開始的，大陸本土的IPC廠商開始進

入該市場，促使IPC的價格不斷降低，也使工控機的應用水平

有了極大發展，應用范圍不斷擴大，IPC也隨之發展成了中國

第二代主流工控機技術。

值得一提的是，IPC工控機開創了一個嶄新的PC-based時

代，對工業自動化和信息化技術的發展產生了深遠的影響。

“章總彼技術

1)基于PC的工業控制機(IPC)的特點

(I)基于PC的技術有取之不盡的人才。

⑵成本低。

(3)豐富的硬/軟件資源的支持。

(4)系統穩定可靠。

(5)強大的數據處理能力。

k二“章總彼技術

2)PC/104總線

基于PC的工業控制機(IPC)的內總線的典型代表就是

PC/104總線。之所以稱其為PC/104,是因為它是基于PC機的，

而且總線有兩個連接器：一個是有64引腳的連接器P1,另一個

是有40引腳的連接器P2。兩者的總引腳數為104。

PC/104是一種專門為嵌入式控制而定義的工業控制總線，

近年來在國際上廣泛流行，被IEEE協會定義為IEEEP996.1o

我們知道，IEEEP996是ISA(PC/AT)工業總線規范，而從

PC/104被定義為IEEEP996.1就可以看出，PC/104實質上是一

種緊湊型、小型化的IEEE-P996。其信號定義和ISA(PC/AT)一

致，但其電氣和機械規范卻完全不同，是一種優化的、小型堆

棧式結構的嵌入式控制系統總線。

k二“章總彼技術

PC/104總線產品在軟件上與PC/AT完全兼容，在硬件上與

ISA(PC/AT)主要存在著以下幾方面的不同：

?小尺寸結構，其標準模塊的機械尺寸為：3.8英寸

X3.6英寸(96mmX90mm)o

?堆棧式“針”、“孔”總線連接，即PC/104總線模塊

之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連，

有極好的抗震性。

?4mA總線驅動即可使模塊正常工作，功耗低，元件數

量少。

?自我堆棧式連接，無需母板。

k二“章總彼技術

①PC/104的總線電路板結構。根據PC/104總線的規范，

總線上的電路板如圖4.2所示。電路板的長和寬分別為96mm

和90mmo板上的插座為針孔而插頭便是插針，上一^塊板的插

針就插在底下電路板的針孔中，所以才稱其為堆棧式連接。

值得說明的是，電路板在結構上支持8位的PC/XT總線，

也支持16位的ISA總線。每一塊電路板上有兩個插頭（座），分

別是J1和J2。當工作在8位的PC/XT總線上時，電路板上只用

一個插頭（座）J1。而當工作在16位的ISA總線上時，電路板上

就用兩個插頭（座）。下面將會看到，插頭（座）J1對應著PC/XT

總線信號，而插頭（座）J1和J2則對應著ISA總線信號。

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圖4.2PC/104電路板及插座

“章總彼技術

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②PC/104的信號定義。根據2003年公布的PC/104規范版本

V2.5,PC/104的兩個插頭（座）J1和J2的引腳信號定義分別如表

4.5和表4.6所示。

表8.5PC/104插頭（座）J1的引腳信號定義

引腳號AmB曲引腳號口A邊aB邊一

1PIOCHKP；GND"17PSAu?-DACiqP

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2PSD7-RESETS&3*DRQ—

3cSDd?5S19cSAIJPREFRESH」

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5PSDr-5VF21PSAJO*-IRQ/

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“章總彼技術

表8.5PC/104插頭（座）J1的引腳信號定義

3SA1#1SMEMR228口SA/BALE-

13rSAisiow^29rSAjP+5V*?

14^SAEIOR^30戶SAWOSCP

153SA1尸DACK一31，?SA/GND〃

16*5SAi產DRQ3K32PGND，GND1

表8.6PC/104插頭（座）J2的引腳信號

引腳號D邊2C邊二引腳號?，D邊?c邊/

GNIAGNDv1QPDACK；7MEMW*3

1PMEMC&62SBHE7iii-1DRQ,rSD^

24IOCS后LAj，3DACK,3SD爐2

3rIRQio**LAM13<DRQ產SDio*

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