新手必看:微機(jī)中幾種常見(jiàn)的總線(xiàn)技術(shù)介紹
微機(jī)中總線(xiàn)一般有內(nèi)部總線(xiàn)、系統(tǒng)總線(xiàn)和外部總線(xiàn)。內(nèi)部總線(xiàn)是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的總線(xiàn),用于芯片一級(jí)的互連;而系統(tǒng)總線(xiàn)是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的總線(xiàn),用于插件板一級(jí)的互連;外部總線(xiàn)則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的總線(xiàn),微機(jī)作為一種設(shè)備,通過(guò)該總線(xiàn)和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換,它用于設(shè)備一級(jí)的互連。
另外,從廣義上說(shuō),計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信,相應(yīng)的通信總線(xiàn)被稱(chēng)為并行總線(xiàn)和串行總線(xiàn)。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好,但由于占用的口線(xiàn)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(jiǎn)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,總線(xiàn)技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善,而使計(jì)算機(jī)總線(xiàn)技術(shù)種類(lèi)繁多,各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類(lèi)總線(xiàn)中目前比較流行的總線(xiàn)技術(shù)分別加以介紹。
內(nèi)部總線(xiàn)
1?I2C總線(xiàn)
I2C總線(xiàn)10多年前由Philips公司推出,是近年來(lái)在微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式,具有接口線(xiàn)少,控制方式簡(jiǎn)化,器件封裝形式小,通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中,可以有多個(gè)I2C總線(xiàn)器件同時(shí)接到I2C總線(xiàn)上,通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。
2SPI總線(xiàn)
串行外圍設(shè)備接口SPI總線(xiàn)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(xiàn)是一種三線(xiàn)同步總線(xiàn),因其硬件功能很強(qiáng),所以,與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單,使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。
3SCI總線(xiàn)
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(xiàn)
屬于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485基于R線(xiàn)構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN總線(xiàn)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(xiàn)與外部相連,并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。
系統(tǒng)總線(xiàn)
ISA總線(xiàn):
ISA總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn),所以也叫AT總線(xiàn)。它是對(duì)XT總線(xiàn)的擴(kuò)展,以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)總線(xiàn)要求。它在80286至80486時(shí)代應(yīng)用非常廣泛,以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA總線(xiàn)插槽。ISA總線(xiàn)有98只引腳。
EISA總線(xiàn):
EISA總線(xiàn)是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA總線(xiàn)的基礎(chǔ)上使用雙層插座,在原來(lái)ISA總線(xiàn)的98條信號(hào)線(xiàn)上又增加了98條信號(hào)線(xiàn),也就是在兩條ISA信號(hào)線(xiàn)之間添加一條EISA信號(hào)線(xiàn)。在實(shí)用中,EISA總線(xiàn)完全兼容ISA總線(xiàn)信號(hào)。
VESA總線(xiàn):
VESA總線(xiàn)是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部總線(xiàn),簡(jiǎn)稱(chēng)為VL總線(xiàn)。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該總線(xiàn)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(xiàn)稱(chēng)為CPU總線(xiàn)或主總線(xiàn),其他設(shè)備通過(guò)VL總線(xiàn)與CPU總線(xiàn)相連,所以VL總線(xiàn)被稱(chēng)為局部總線(xiàn)。
它定義了32位數(shù)據(jù)線(xiàn),且可通過(guò)擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64位,使用33MHz時(shí)鐘頻率,最大傳輸率達(dá)132MB/s,可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部總線(xiàn),可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
PCI總線(xiàn):
PCI)總線(xiàn)是當(dāng)前最流行的總線(xiàn)之一,它是由Intel公司推出的一種局部總線(xiàn)。它定義了32位數(shù)據(jù)總線(xiàn),且可擴(kuò)展為64位。PCI總線(xiàn)主板插槽的體積比原ISA總線(xiàn)插槽還小,其功能比VESA、ISA有極大的改善,支持突發(fā)讀寫(xiě)操作,最大傳輸速率可達(dá)132MB/s,可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。
PCI局部總線(xiàn)不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA總線(xiàn),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(xiàn)。
CompactPCI:
以上所列舉的幾種系統(tǒng)總線(xiàn)一般都用于商用PC機(jī)中,在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)總線(xiàn)中,還有另一大類(lèi)為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總線(xiàn),比如STD總線(xiàn)、VME總線(xiàn)、PC/104總線(xiàn)等。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門(mén)總線(xiàn)之一——CompactPCI。
CompactPCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”,是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源總線(xiàn)底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng),是PCI總線(xiàn)的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn),是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI是在原來(lái)PCI總線(xiàn)基礎(chǔ)上改造而來(lái),它利用PCI的優(yōu)點(diǎn),提供滿(mǎn)足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng),同時(shí)還考慮充分利用傳統(tǒng)的總線(xiàn)產(chǎn)品,如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。
外部總線(xiàn)
1RS-232-C總線(xiàn)
RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫(xiě),232為標(biāo)識(shí)號(hào),C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線(xiàn),包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道,在多數(shù)情況下主要使用主通道,對(duì)于一般雙工通信,僅需幾條信號(hào)線(xiàn)就可實(shí)現(xiàn),如一條發(fā)送線(xiàn)、一條接收線(xiàn)及一條地線(xiàn)。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載,通信距離將受此電容限制,例如,采用150pF/m的通信電纜時(shí),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(hào)傳送,存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題,因此一般用于20m以?xún)?nèi)的通信。
2RS-485總線(xiàn)
在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí),廣泛采用RS-485串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。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(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度,能檢測(cè)低至200mV的電壓,故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。
RS-485采用半雙工工作方式,任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài),因此,發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便,可以省掉許多信號(hào)線(xiàn)。應(yīng)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(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。
3RS-422總線(xiàn)
RS-422是一系列的規(guī)定采用4線(xiàn),全雙工,差分傳輸,多點(diǎn)通信的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的統(tǒng)稱(chēng)。它采用平衡傳輸采用單向/非可逆,有使能端或沒(méi)有使能端的傳輸線(xiàn)。和RS-485不同的是RS-422不允許出現(xiàn)多個(gè)發(fā)送端而只能有多個(gè)接受端。硬件構(gòu)成上RS-422相當(dāng)于兩組RS-485,即兩個(gè)半雙工的RS-485構(gòu)成一個(gè)全雙工的RS-422。
RS-422四線(xiàn)接口由于采用單獨(dú)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(hào)交換均可以按軟件方式(XON/XOFF握手)或硬件方式(一對(duì)單獨(dú)的雙絞線(xiàn))。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(xiàn)的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比,在 100kb/s速率以下,才可能達(dá)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(zhǎng)的雙絞線(xiàn)上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。
4IEEE-488總線(xiàn)
上述幾種外部總線(xiàn)是串行總線(xiàn),而IEEE-488總線(xiàn)是并行總線(xiàn)接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488總線(xiàn)用來(lái)連接系統(tǒng),如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488總線(xiàn)裝配起來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào),連接方式為總線(xiàn)方式,儀器設(shè)備直接并聯(lián)于總線(xiàn)上而不需中介單元,但總線(xiàn)上最多可連接15臺(tái)設(shè)備。最大傳輸距離為20米,信號(hào)傳輸速度一般為500KB/s,最大傳輸速度為1MB/s。
5USB總線(xiàn)
通用串行總線(xiàn)USB是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù),實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接,達(dá)到方便用戶(hù)、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源,而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。另外,快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一,USB的最高傳輸率可達(dá)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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