第二章-總線技術PPT課件

第二章計算機總線技術 2 1概述 2 2系統總線 內部總線 2 3通信總線 外部總線 第一節(jié)概述 一 總線定義 二 總線分類 三 使用標準總線的優(yōu)點 四 總線仲裁 五 總線的發(fā)展趨勢 總線是在計算機系統各部件之間傳輸地址 數據和控制信息的公共通路 它由一組導線和相關的控制 驅動電路組成 在處理器內部的功能部件之間 在處理器與高速緩沖存儲器和主存之間 在處理器系統與外圍設備之間以及網絡系統的各節(jié)點之間 都是通過總線連接在一起的 一 總線定義 總線是一組傳輸公共信息的信號線的集合 是一種在多于兩個模塊 設備或子系統 間傳送信息的公共通路 為在各模塊 設備或子系統 之間能實現信息共享或交換 總線由傳輸信息的物理介質以及一套管理信息傳輸的通用規(guī)則 協議 所構成 一 總線定義 1 片內總線 是在集成電路芯片內部 用來連結各功能單元的信息通路 二 總線分類 2 片間總線 又稱元件級總線 是芯片內部引出的總線 各類微處理器的引腳信號即為片間總線 通常包括地址總線 數據總線 控制總線三組總線 它是微處理器構成一個部件 如CPU插件 或一個很小系統時 信息傳輸的通路 片間總線如下圖2 1所示 二 總線分類 二 總線分類 圖2 1片間總線 3 內部總線 又稱系統總線或板級總線或微機總線 用于微機系統內部各模塊 各插件之間信息傳輸的通路 如PC總線 PC AT總線 即ISA總線 EISA總線 STD總線等 系統總線如圖2 2所示 二 總線分類 二 總線分類 4 外部總線 又稱通信總線 用于微機系統與系統之間 微機系統與外部設備之間或微機系統與儀器儀表 與控制裝置之間信息傳輸的通路 如RS 232C RS 423A RS 422A RS 485總線 IEEE 488總線 連接打印機的總線 VXI總線等 通信總線如圖2 3所示 二 總線分類 二 總線分類 二 總線分類 微機中各級總線的關系示意圖 5 局部總線 傳統的微機系統結構是把構成微機系統的所有功能部件板卡 主機板 存儲器 各種I O接口卡 適配器 都連接在系統總線上 即采用單總線結構 這就要求系統總線應具有足夠快的數據傳輸速率 才能滿足各個外設 特別是高速外設的傳輸要求 二 總線分類 隨著系統中CPU速度的提高 高速外設的增加 以及先進的系統軟件和應用軟件對系統資源的極高要求 系統總線是很難滿足傳輸率的要求 從而使系統總線成為系統傳輸數據的瓶頸 解決瓶頸問題的理想辦法是采用局部總線 LocalBus 來分散系統總線數據傳輸的壓力 二 總線分類 局部總線是相對系統總線這個全局總線來說的 即將系統中的那些特殊子系統 如高速外設 CPU主板等 都建立起自己的子總線 局部總線 局部總線上可掛接有局部存儲器和局部的輸入 輸出接口 可以把很大一部分的存儲器讀寫操作和輸入 輸出操作通過局部總線來完成 這不僅大大減少了系統總線的傳輸量 而且為各個子系統提供了并行工作的機制 二 總線分類 局部總線是將CPU芯片 存儲器 外圍接口器件等連接在一起 構成系統主板或某種CPU插件板 為主系統的各器件之間提供標準化的信息接口及高速信息傳輸通道 并為高速緩存 高速控制卡等服務 目前微機系統中用的局部總線主要有VL總線和PCI總線 局部總線在微機系統中的示意如圖2 5所示 注 VESA局部總線 VL總線或VLB 是由視頻電子標準協會 VESA 推出的一種局部總線體系結構 二 總線分類 二 總線分類 1 簡化了軟 硬件設計 三 使用標準總線的優(yōu)點 從軟件上看 由于連接在總線上的各硬件模塊 板 是相互獨立的 使編寫模塊的軟件變得更加容易 調試和修改也更方便 且可為多個用戶重復使用 從硬件上看 由于總線的定義十分嚴格 大家都按同樣的標準設計 制作各種模塊 板 用戶可根據需要選購或自行設計制作 簡化了設計過程 2 簡化了系統結構 三 使用標準總線的優(yōu)點 由于采用了標準化總線 各模塊 板 只要接在總線上就構成了微型計算機的硬件系統 3 便于系統的擴展 要擴展系統規(guī)模 只要加插功能模塊即可 三 使用標準總線的優(yōu)點 隨著電子技術的發(fā)展 新器件不斷涌現 微機系統也要不斷更新 可采用新器件制作的模塊 板 取代原來的插件即可實現系統更新 4 便于系統的更新 線上的設備有主設備與從設備兩種 四 總線仲裁 總 總線主設備是指具有控制總線能力的模塊 通常是CPU或以CPU為中心的傳輸模塊 它在獲得總線控制權之后 能啟動數據信息的傳輸 若一個系統中有多個主設備共享總線 則系統就得解決多個主設備之間總線爭用的問題 四 總線仲裁 總線仲裁就是在多處理機的環(huán)境中提出來的 由于每個處理機都會隨機地提出對總線使用的要求 這樣就可能發(fā)生總線競爭現象 為了防止多個處理機同時控制總線 就要在總線上設定一個處理總線競爭的機構 按優(yōu)先級的次序 合理地分配資源 這就是總線仲裁問題 用硬件來實現總線分配的控制電路稱為總線仲裁器 它的任務是響應總線請求 通過對分配過程的正確控制 以達到最佳地使用總線 對總線仲裁問題的解決是以優(yōu)先級的概念為基礎的 根據仲裁實現方法的不同可將仲裁分為集中仲裁和分布仲裁兩種 四 總線仲裁 四 總線仲裁 1 集中仲裁 集中仲裁法是由一個中央仲裁器來決定哪一個設備占用總線的仲裁算法 通常有三種總線分配的優(yōu)先級技術 串聯優(yōu)先級技術并聯優(yōu)先級技術循環(huán)優(yōu)先級技術 1 串聯優(yōu)先級判別法 四 總線仲裁 1 集中仲裁 系統中有N個模塊 都可作為主設備 各模塊的 請求 輸出采用集電極 漏級 開路門 請求 端用 線或 方式接到仲裁器的 請求 輸入端 每個模塊的 忙 端與仲裁器的 總線忙 相連 忙 信號為雙向 四 總線仲裁 1 串聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 四 總線仲裁 1 串聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 當一個模塊占有控制權時 該模塊的 忙 信號成為輸出 向系統的 忙 狀態(tài)線送出有效信號 為低電平 其它模塊 忙 信號端全部為輸入 檢測 忙 線上狀態(tài) 一個模塊若要提出總線 請求 其必要條件是 先檢測到 忙 信號輸入端處于無效狀態(tài) 仲裁器接受總線請求輸入的條件也是忙線處于無效狀態(tài) 仲裁器輸出 允許 信號的條件 四 總線仲裁 忙 線無效表示總線未被任一模塊占用 有模塊提出總線 請求 1 串聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 允許 信號在鏈接的模塊之間傳輸 直到提出總線 請求 的那個模塊為止 共享總線的各模塊按規(guī)定的優(yōu)先級別鏈接在鏈路中的不同位置上 越前面的模塊優(yōu)先級越高 當前面的模塊要使用總線時 便先發(fā)出信號禁止后面的模塊使用總線 一旦有模塊占用總線后 允許 信號就不再存在了 四 總線仲裁 1 串聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 2 并聯優(yōu)先級判別法 四 總線仲裁 1 集中仲裁 圖2 7并聯優(yōu)先級集中仲裁法 由上圖可見 有N個模塊都可成為主設備 各模塊之間是相互獨立的 沒有任何控制關系 每個模塊都有總線 請求 線和總線 允許 線及 忙 信號線 它們都連到仲裁器 四 總線仲裁 2 并聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 四 總線仲裁 2 并聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 仲裁器一般由一個優(yōu)先級編碼器和一個譯碼器組成 任一模塊要使用總線 都要通過 請求 線向仲裁器發(fā)出請求 當仲裁器收到某個模塊或多個模塊發(fā)來的請求信號后 先經優(yōu)先級編碼器編碼 再由譯碼器譯碼產生相應的允許信號 送給請求總線模塊中優(yōu)先級最高的模塊 被選中的模塊撤消總線 請求 信號 輸出 忙 信號通知各模塊 總線的傳輸結束后 就把 忙 信號撤消 仲裁器也撤消 允許 信號 四 總線仲裁 2 并聯優(yōu)先級判別法 1 集中仲裁 3 循環(huán)優(yōu)先級判別法 四 總線仲裁 類似于并聯優(yōu)先級判別法 只是其中的優(yōu)先級是動態(tài)分配的 優(yōu)先級編碼器由一個更為復雜的電路代替 使優(yōu)先級在各模塊之間循環(huán)移動 故每個模塊使用總線的機會是相同的 1 集中仲裁 2 分布仲裁分布仲裁的仲裁器是分布于多個主設備中的 沒有專門的中央仲裁器 其特點是靈活性 可靠性較好 但實現起來比較復雜 如圖2 8所示 四 總線仲裁 四 總線仲裁 2 分布仲裁 圖2 8基于優(yōu)先級的分布仲裁法 各主設備共享X條請求 給予線 每一主設備有一個X位數作為該主設備的仲裁數 它與X條共享的請求 給予線進行譯碼所得的數相對應 所有想申請總線的主設備都由它們的仲裁機構將各自的X位仲裁數對應地打入到X位的共享請求 給予線上 執(zhí)行 或 邏輯操作 四 總線仲裁 2 分布仲裁 四 總線仲裁 2 分布仲裁 每一個分布仲裁機構都將自己的APn值與共享線上的邏輯運算的結果進行比較 如果自己的優(yōu)先數較低 說明同時有高優(yōu)先級的主設備在使用總線 自己肯定輪不到 就把自己的X位APn值撤除 一段時間之后 X位共享線上就剩下當前優(yōu)先數最高的主設備的值 該主設備的仲裁機構就在總線空閑之后將BUSbusy重新置為有效 宣布占用總線 并通過BG BUSgrant 線通知獲準使用總線的主設備 四 總線仲裁 2 分布仲裁 五 總線的發(fā)展趨勢 五 總線的發(fā)展趨勢 3 功能結構不斷調整 更新 第二節(jié)系統總線 一 PC總線 二 PC AT總線 ISA總線 三 EISA總線 PC機采用開放式的結構 即在底版上設置了一些標準擴展插槽 要擴充PC機的功能 只要設計符合插槽標準的適配器板 然后將板插入插槽即可 這些插槽又稱PC總線 一 PC總線 1 PC總線信號說明 一 PC總線 在PC XT機的底版上共有8個插槽 又稱PC總線 注意 槽J1 J7的B8腳是一根備用線 而槽J8該腳為 卡選中 信號 J8一般用來擴充RAM模板 PC總線共有62條信號線 包括8條數據線 20條地址線 26條控制線和8條電源線 插槽引腳序號排列如圖2 9所示 一 PC總線 此插槽提供4種電源 5V 5V 12V 12V 一 PC總線 1 PC總線信號說明 20條地址線允許訪問1MB存儲空間 當選定I O設備地址時 A19 A16無效 即用16根地址線訪問64K的I O設備 一 PC總線 1 PC總線信號說明 MEMR MEMW 存儲器讀 寫信號線 IORIOW I O讀 寫信號 ALE 地址鎖存允許 26條控制線功能說明 一 PC總線 1 PC總線信號說明 IRQ2 IRQ7 6級中斷請求信號 是I O通道上的I O適配器向中央處理器發(fā)出的中斷請求信號 采用邊沿觸發(fā) 一 PC總線 DACK1 DACK3 三條DMA響應線 DACK0 DMA通道0總線響應信號 用于控制動態(tài)存儲器刷新 1 PC總線信號說明 三條DMA請求線 DRQ1 DRQ3 一 PC總線 1 PC總線信號說明 RESETDRV 系統總清信號 當加電時 使系統各部件復位或初始化 一 PC總線 1 PC總線信號說明 一 PC總線 B8引腳 在擴展槽J1 J7是一根備用線 RESERVED 在擴展槽J8為 卡選中 信號 CARDSLCTD 當J8槽上的適配器被選中時該引腳為低電平 向系統表示此卡被選中 以便CPU讀寫J8槽上的適配器 該引腳和J1 J7的備用引腳連在一起 但系統不使用它 該信號線應該用集電極開路器件驅動 J8一般用來擴充RAM模塊 1 PC總線信號說明 總線的負載能力即驅動能力 是指當總線上接上負載 接口設備 后必須不影響總線輸入 輸出邏輯電平 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 對輸出信號 當輸出低電平時要吸收電流 這時負載能力IOL就是指當它吸收了規(guī)定電流時仍能保持邏輯低電平 輸出高電平的負載能力IOH是指當輸出電流 流向負載 超過規(guī)定值時 輸出邏輯電平會降低 甚至會變到閾值以下 PC總線驅動能力列于下表 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 對于輸入信號 系統總線就成了I O插件板的負載 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 當輸入低電平時 總線向插件板灌入電流 要求插件板灌入IIL后還能向總線輸出一個正確的高電平 當輸入高電平時 接口驅動電路向總線接收電路提供IIH時 還不至于改變邏輯電平 下表是PC總線輸入信號的負載能力 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 當總線上所接負載超過總線的負載能力時 必須在總線和總線之間加接緩沖器或驅動器 最常用的是三態(tài)緩沖器 其作用是驅動 使信號電流加大 可帶動更多負載 和隔離 減少負載對總線信號的影響 一 PC總線 2 PC總線的負載能力 二 PC AT總線 亦即ISA 工業(yè)標準 總線 這是IBMPC AT機中使用的16位的總線體系結構 它保持了PC總線的62個引腳信號 以便原先的PC XT適配器板可以插在AT機的插槽上 又增加了一個延伸的36引腳插槽 即ISA總線設計成前62引腳和后36腳的插座 前62腳的信號分布和功能含義大致與PC總線相同 僅作了兩處修改 后36腳設置了8位數據線 高字節(jié) 高七位地址線 控制存貯器和I O設備的讀寫 并增加了若干中斷和DMA控制線 電源和地線等 引腳排列如圖2 10所示 二 PC AT總線 亦即ISA 工業(yè)標準 總線 圖2 10a ISA前62腳 二 PC AT總線 亦即ISA 工業(yè)標準 總線 圖2 10b ISA后36腳 該總線標準為數據寬度為16位 工作頻率為8MHz 傳輸率最高為8MB s 實際上 ISA總線仍為許多大公司在它的32位機中采用 但在這種系統中為了發(fā)揮32位微處理器的性能 往往把主板上的存儲器直接連到CPU的芯片總線上 而ISA總線僅作為擴展I O模塊的總線 如圖2 11所示 二 PC AT總線 亦即ISA 工業(yè)標準 總線 二 PC AT總線 亦即ISA 工業(yè)標準 總線 三 EISA總線 擴展工業(yè)標準總線 EISA是ISA總線的擴展 并完全兼容 它是支持多處理器的高性能32位標準總線 數據總線由16位變?yōu)?2位 地址線由24位變?yōu)?2位 可尋址4GB的物理地址空間 EISA有198個引腳 總線擴展槽的插腳分上 下兩層 上層是原ISA總線的連線 下層是EISA總線新增信號的連線 100 62 38 第三節(jié)通信總線 一 RS 232C總線 二 Centronics總線 三 IEEE 488總線 第三節(jié)通信總線 通信總線又稱外部總線 它用于微型機算計之間 微型計算機與遠程終端 微型機與外設之間 以及微型計算機與測量儀器儀表或控制裝置之間的通信 通信總線有并行總線和串行總線 它們在計算機網絡 自動測試系統 微型機工控系統中得到廣泛的應用 下面介紹幾種較常用的通信總線 2020 4 18 計算機接口技術 68 串行通信的術語同步與異步通信方式同步方式 通信雙方用統一時鐘控制通信過程 信息傳輸組成數據包 數據幀 每幀頭尾是控制代碼 中間是數據塊 可有數百字節(jié) 不同的同步傳輸協議有不同的數據幀格式 數據幀包頭數據塊包尾 串行通信 2020 4 18 計算機接口技術 69 串行通信的術語同步與異步通信方式同步方式 續(xù) 包頭由同步字符 控制字符 地址信息等組成 包尾由校驗碼 控制字符等組成 同步串行數據傳輸過程中數據間不允許多間隙 數據供不上時接口自動插入同步字符 串行通信 2020 4 18 計算機接口技術 70 串行通信的術語同步與異步通信方式異步方式 通信雙方無統一時鐘同步 傳送的信息以一個字符數據為單位 開頭與結尾均有特別的位碼供接收方識別 信息格式雙方事先約定 LSB1 0MSB異步接收接口提供一個外部時鐘Tc 數據位間隔Td Tc Td K K為波特率因子 波特率為每秒傳送多少信息位 Start data Stop parity 一 RS 232C總線 RS 232C是一種串行通信總線 是數據終端設備 DTE 和數據通信設備 DCE 之間的接口標準 在微機系統中應用十分廣泛 可以說是微型計算機必備的接口總線 一 RS 232C總線 RS 232C總線共有25根 包含主 輔兩個通道 可進行全雙工通信 實際應用中 多數只用主通道 且只用其中的幾根信號線 3 9跟 一般不超過15m 通常兩臺計算機的近距離通信可通過RS 232C接口連接起來 當通信距離大于15m是應考慮加接Modem 1 信號線少 2 傳輸距離遠 1 RS 232C總線的主要特點 一 RS 232C總線 4 抗干擾能力強 采用負邏輯 1 RS 232C總線的主要特點 3 可供選擇的傳輸速率多 RS 232C規(guī)定的標準傳送速率有 50 75 110 150 300 600 1200 2400 4800 9600 19200波特 可以靈活地使用于不同速率的設備 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 RS 232C接口通向外部的連接器 插針和插座 是一種標準的 D 型保護殼保護的DB 25或DB 9插頭 如下圖所示 圖2 16RS 232C連接器引腳分配圖 一 RS 232C總線 a DB 25型 b DB 9型 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 25個插腳僅定義22個 這22個信號分為兩個信道組 一個主信道組和一個輔信道組 下表是RS 232C連接器引腳號功能定義 一 RS 232C總線 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 數據發(fā)送引腳 在不傳輸數據時 異步通信接口維持該引腳為邏輯 1 TXD 引腳2 大多數微機通信系統僅用主信道組 且通常僅使用其中的9根引腳 這9根引腳信號分為兩類 1 基本的數據傳輸引腳 一 RS 232C總線 2 Modem的控制和狀態(tài)引腳 從計算機通過RS 232C接口送給Modem的控制引腳 2 RS 232C總線信號定義 GND 引腳7 信號地 為所有電路提供參考電壓 數據接收引腳 RXD 引腳3 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 RTS 引腳4 請求發(fā)送引腳 輸出 用 數據終端準備完畢引腳 DTR 引腳20 輸出 用于通知Modem 計算機已準備好 可以通信了 于通知Modem 計算機請求發(fā)送數據 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 從Modem通過RS 232C接口送給計算機的狀態(tài)信息 數據通信設備準備就緒 DSR 引腳6 輸入 用于通知計算機 Modem準備好了 CTS 引腳5 允許發(fā)送 輸入 用于 通知計算機 Modem可以接收數據了 一 RS 232C總線 2 RS 232C總線信號定義 DCD 引腳8 數據載體檢測引腳 輸入 用于通知計算機 Modem與電話線另一端的Modem已經建立聯系 從Modem通過RS 232C接口送給計算機的狀態(tài)信息 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 1 近距離通信即不通過電話線進行遠程通信則不需要使用DCE 數據通信設備 如調制解調器 而直接把DTE 數據終端設備 如計算機終端顯示器 連接起來 因為此時調制解調器已退化成一個線路交叉 不起任何作用了 故稱為零調制解調器 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 通信雙方是永遠準備好接收的DTE 可以利用上面所列出的9根信號線進行多種不同的連接 滿足不同場合的要求 1 近距離通信 這種情況不必用聯絡信號 連接最簡單 如圖2 16所示 僅用了3根線 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 圖2 17最簡單連接 1 近距離通信 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 圖2 17最簡單連接 也可將控制線和自身的狀態(tài)線連接起來 1 近距離通信 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 如果通信雙方都不是永遠準備好接收的DTE可用Modem有關的控制線和狀態(tài)來作為雙方的 1 近距離通信 聯絡信號 如下圖 圖2 18用Modem控制狀態(tài)信號握手 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 1 近距離通信 c 收方 通過DTR 數據終端準備好 向發(fā)方請求發(fā)送 握手過程 a 發(fā)方 RTS變?yōu)橛行?請求發(fā)送 b 收方 DCD狀態(tài)改變 通知CPU 對方要發(fā)送數據了 d 發(fā)方 CTS 允許發(fā)送 有效 發(fā)送信息 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 若有一方永遠處于準備好接收的狀態(tài) 如計算機B是永遠準備接收好的DTE 可按下圖連接 1 近距離通信 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 1 近距離通信 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 在發(fā)送端 RTS與自身的CTS相連 只要RTS有效 便使允許發(fā)送CTS有效 因此發(fā)送端隨時可以發(fā)送 在接收端 DTR與自己的DSR和DCD相連 只要DTE有效 便使DSR和DCD有效 從而使接收線路暢通 1 近距離通信 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 2 遠距離通信如果要進行遠距離通信 可以將數據終端設備DTE通過RS 232C接口和數據通信設備DCE 如Modem 連接起來 再通過電話線和遠程的設備進行通信 具有Modem設備的遠距離通信的連接如下圖所示 一 RS 232C總線 3 RS 232C總線的用法 2 遠距離通信 二 Centronics總線 Centronics總線是用于計算機與打印機或繪圖儀的連接 它是一種并行通信總線 總線由36條信號組成 該總線傳輸速率高 傳輸距離最長為2M 在使用扁平線傳輸時 每兩條數據線之間夾一條地線 可較好地克服數據間的干擾 36根信號線的安排表示如下 二 Centronics總線 主要信號說明 二 Centronics總線 二 Centronics總線 二 Centronics總線 二 Centronics總線 這種總線未經標準化組織確定 所以不同廠家對引腳定義可能略有區(qū)別 目前經常采用25線簡化的Centronics總線 例如PC系列機的并行接口就是采用25芯的Centronics總線標準 見PC系列機的并行打印機接口章節(jié)中的說明 三 IEEE 488總線 IEEE 488總線原先是HP公司制定的 所以也稱HP IB 后來美國電機與電子工程師學會 IEEE 以IEEE 488標準總線予以推薦 而后國際電工委員會 IEC 也對該總線進行認可與推薦 定名為IEC IB或IEC 625總線 后來也稱GP IB 即通用接口母線 GenerelPurposeInterfacebus 三 IEEE 488總線 它是當前工業(yè)上應用最廣的通信總線之一 當用IEEE 488標準建立一個由計算機控制的自動測試系統 不需增加其它控制電路 只要把含有這種GP IB接口的智能儀器 通過無源電纜直接連接起來即可 三 IEEE 488總線 二 母線結構 三 消息及其編碼 一 IEEE 488總線的基本特性 四 接口功能的設置 五 接口功能的實現 1 接口功能 共有十種接口功能 后面具體介紹 2 可連接的器件數 最多不超過15臺 受發(fā)送器負載能力48mA的限制 一 IEEE 488總線的基本特性 3 聯接方式 母線式并聯 器件間可直接 對話 4 母線的構成 16條信號線 其中8條數據 3條掛鉤線 5條管理線 插口有兩種標準 24線 25線 可通過一種轉換接口實現變換 一 IEEE 488總線的基本特性 5 地址容量 單字節(jié)地址為31個講地址和31個聽地址 可擴展為雙字節(jié)地址 有961個 31X31 講地址和961個聽地址 每次只能有一個講者 但聽者可達14個 6 信息傳送方式 并行比特 串行拜特 采用三線掛鉤技術 保證信息實現雙向異步傳遞 一 IEEE 488總線的基本特性 7 數傳距離 最大傳輸距離為20M 或者器件數乘分段電纜長度總和不超過20M 一 IEEE 488總線的基本特性 9 控制轉移 系統中的控制器稱為控者 可有多個控者 這時必須指定一個為 系統控者 其它為 負責控者 執(zhí)行某項具體任務的控者 負責控者可視情況實行轉移 8 數傳速率 1M字節(jié) s 10 消息邏輯 在母線上采用正電平 負邏輯 高電平 2V 為邏輯 0 低電平 0 8V 為邏輯 1 一 IEEE 488總線的基本特性 11 適用環(huán)境 實驗室和生產測試環(huán)境 二 母線結構 1 數據母線 16條信號線按其功能可分為三組 二 母線結構 DAV 數據有效 當DAV為低電平 邏輯 1 表示DIO線上數據有效 聽者可以接收 NRFD 未準備好接收數據 當NRFD處于高電平 表示全部指定的 聽者 都已準備好接收數據 2 掛鉤母線 三條 二 母線結構 NDAC 未接收數據 當NDAC處于高電平 向講者表示 一切指定的 聽者 均已接收到數據 2 掛鉤母線 三條 三線掛鉤過程如下圖所示 圖2 21三線掛鉤過程圖 二 母線結構 3 接口管理母線 五條 二 母線結構 當REN 0時 器件必處于本地方式 3 接口管理母線 五條 REN 遠控可能 線 控者以此信號線來選擇器件處于遠地或本地方式 SRQ 服務請求 線 配有服務請求功能的器件 可以使此線變低 向控者提出服務請求 當REN 1時 器件可能處于遠控 二 母線結構 3 接口管理母線 五條 EOI 結束或識別 線 二 母線結構 24芯插座引腳安排圖 單線消息 用一根信號線來傳遞的消息 多線消息 用多根信號線來傳遞的消息 三 消息及其編碼 按使用信號線的數目來分 1 消息的分類 三 消息及其編碼 1 消息的分類 按信號傳遞的路徑來分 三 消息及其編碼 1 消息的分類 按消息的用途來分 三 消息及其編碼 1 消息的分類 器件消息包括 數據拜特 程控指令和狀態(tài)拜特 它均由器件的講功能發(fā)出的 這類消息無統一編碼 由設計者自己選擇 只要求能被有關器件識別即可 接口消息有單線 如上所述ATN DAC IFC REN SRQ RFD等都有專用線傳遞 也有多線 三 消息及其編碼 通令 是控者對一切器件發(fā)出的命令 指令 是控者對一切指定為聽者的器件而發(fā)出的命令 1 消息的分類 當ATN 1時 DIO線上的消息即為多線接口消息 它包括通令 指令 地址 副令或副地址 它們都按一定的格式編碼 三 消息及其編碼 副令或副地址 是對主令或主地址的補充 1 消息的分類 地址 有講地址和聽地址 對一切器件而言 三 消息及其編碼 IEEE 488接口采用了ISO國際標準七比特字符編碼 相當于ASCII碼 下面給出部分遠地接口消息編碼表 2 消息的編碼 三 消息及其編碼 2 消息的編碼 三 消息及其編碼 上表可見 地址消息有5位可編碼 為了靈活方便使用 通常在儀器的后蓋板裝有地址開關 設定儀器的地址 3 器件的地址 四 接口功能的設置 1 控功能 C 使器件能向其它器件發(fā)送地址 通令和指令 控制系統的運行 還具有引導并行點名的能力 共設置了十種功能 2 講功能 T 擴大講功能 TE 使器件具有通過接口向其它器件發(fā)送數據 或與SR功能共同響應串行點名時序的能力 四 接口功能的設置 3 聽功能 L 擴大聽功能 LE 當器件被尋址為聽者時 具有通過接口從另一個器件那里接受數據的能力 四 接口功能的設置 以上五種是主要的接口功能 四 接口功能的設置 7 并行點名功能 PP 6 服務請求功能 SR 使器件能夠向控者異步地提出服務請求 使器件不必被尋址為講者 就能對控者的并行點名時序作出響應 四 接口功能的設置 9 器件觸發(fā) DT 使器件能在兩種輸入消息源 本地 由面板控制來的消息 和遠地 由接口來的消息 作出選擇 使器件能單獨或成群地開始動作 8 遠地 本地功能 RL 四 接口功能的設置 一臺儀器并不是一定要具備全部的十種功能 使器件能單獨或成群地恢復到起始狀態(tài) 10 器件清除 DC 上述十種接口功能 每一種都有若干個狀態(tài) 所以這些接口功能是由一些時序邏輯電路構成的 可用通用集成電路設計 也可用軟件來實現 現在已有多種專用的可實現GP IB接口功能的芯片 如MC68488 Intel的8291 8292等 五 接口功能的實現 MC68488是美國摩托羅拉公司研制的GP IB接口芯片 稱為通用接口適配器 縮寫成GPIA 它具備除控功能之外的其它九種GP IB接口功能 1 GPIA引出線功能 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 3 8051與MC68488接口電路設計 4 接口管理程序的設計 GPIA共有40條引出線 排列如圖2 22所示 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 圖2 22GPIA引出線排列 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 由微處理器產生 規(guī)定數據總線傳送數據方向 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 五 接口功能的實現 五 接口功能的實現 表2 23寄存器選擇 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 a 復位中斷屏蔽 并行點名 串行點名 數據輸入和數據輸出寄存器 b GPIA處于不講 不聽狀態(tài) c 清除地址寄存器和地址方式寄存器 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 d 輔助命令寄存器中除b7 1外 其余各位均被復位 DMA控制信號 DMARequest 輸出 DMA請求信號 DMAGrant 輸入 DMA響應信號 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 儀器的地址開關S1 S7經三態(tài)緩沖器連接到數據總線 如圖2 24所示 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 圖2 24地址開關 時鐘信號CLK 輸入 MC68488工作需要外加時鐘信號配合 它的最高頻率為1MHz 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 1 連接到微處理器系統的引出線 2 連接到GP IB系統的引出線 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 當RFD信號進入高電平時 表示所有的接收器都已做好接收數據的準備 當發(fā)送器發(fā)出DAV 低點平 信號時表示數據已有效 當DAC 相當于NDAC 信號進入高電平時指出所有的接收器都已接收數據 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 用來向控者發(fā)送服務請求信號 低電平有效 當ATN 1 低電平 時 GPIA接收接口消息 當ATN 0 高電平 時 GPIA接收或發(fā)送儀器消息 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 使聽功能和講功能置于LIDS和TIDS態(tài) 且復位其它接口功能 地址寄存器內容不受IFC命令影響 遠控可能線REN 輸入 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 在聽者 儀器清除 儀器觸發(fā)等功能時 兩信號均為低電平 在講者 串行點名時 兩信號均輸出高電平 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 如下圖2 25所示 五 接口功能的實現 1 GPIA引出線功能 2 連接到GP IB系統的引出線 圖2 25MC68488與MC3448A的連接 2 GPIA內部寄存器功能 GPIA內部有15個可編程寄存器 如表2 26所示 五 接口功能的實現 五 接口功能的實現 表2 26GPIA寄存器功能 1 數據輸入寄存器R7R 當GPIA處于聽者工作狀態(tài)時 GP IB系統總線上的數據鎖存于8位輸入寄存器R7R 在微處理器讀取R7R的內容后 DAC線變?yōu)楦唠娖?表示已收到數據 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 2 數據輸出寄存器R7W 鎖存由微處理器寫入的數據 當GPIA處于講者工作狀態(tài)時 數據發(fā)送到GP IB系統總線上 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 3 命令通過寄存器R6R 是一個沒有鎖存作用的8位口 可讀取GP IB系統總線上的信息 用來傳送那些不能被接口譯碼 因而不能自動引起中斷的命令和副址 供CPU判斷和處理 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 4 并行點名寄存器R6W GPIA采用本地編組的PP2子集 CPU首先把并行點名響應消息 PPR 寫入該寄存器 當GPIA進入并行點名工作狀態(tài) PPAS 時把R6W內的PPR消息送上GP IB系統總線 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 5 串行點名寄存器R5R W 用于鎖存混合狀態(tài)字節(jié) 可由CPU讀 寫 當儀器請求服務時 CPU把請求服務的本地消息 rsv 位置 1 GPIA的SR功能進入SRQS 服務請求狀態(tài) 當控者發(fā)起串行點名時 GPIA把其中的混合狀態(tài)字節(jié)發(fā)往GP IB總線 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 6 地址開關寄存器R4R 該寄存器不在GPIA內部 當微處理器讀R4R時 發(fā)出ASE信號 讀入地址開關狀態(tài) 低五位規(guī)定了儀器的地址 另三位是用戶自定義位 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 7 地址寄存器R4W 主要功能是鎖存本儀器的主地址 主地址可讀自地址開關 也可由軟件規(guī)定 lsbe 置位時使能雙重主地址模式 dal 置位時禁止本儀器成為聽者 dat置位時禁止本儀器成為講者 AD1 AD5 儀器主地址 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 8 輔助命令寄存器R3R W 2 GPIA內部寄存器功能 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 8 輔助命令寄存器R3R W 2 GPIA內部寄存器功能 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 8 輔助命令寄存器R3R W 2 GPIA內部寄存器功能 五 接口功能的實現 8 輔助命令寄存器R3R W 2 GPIA內部寄存器功能 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 RFD DAV DAC 這些位與相應的掛鉤線具有相同的狀態(tài) 微處理器只能讀這些位 8 輔助命令寄存器R3R W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 9 地址狀態(tài)寄存器R2R ma 置位時表示已收到我的地址 to 置位時表示GPIA處于只講模式 lo 置位時表示GPIA處于只聽模式 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 LACS 當GPIA處于聽者作用態(tài)時置位 9 地址狀態(tài)寄存器R2R 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 TACS 當GPIA處于講者作用態(tài)時置位 10 地址方式寄存器R2W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 to 該位寫 1 后 規(guī)定接口處于只聽模式 lo 該位寫 1 后 規(guī)定接口處于只講模式 10 地址方式寄存器R2W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 apte 寫 1 后 使接口處于擴展尋址方式 10 地址方式寄存器R2W 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 11 命令狀態(tài)寄存器R1R REM 設備處于遠地方式時 該位置位 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 11 命令狀態(tài)寄存器R1R 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 11 命令狀態(tài)寄存器R1R 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 12 中斷狀態(tài)寄存器R0R 當出現任一中斷事件時 該寄存器的相應位置位 BO 在講作用態(tài) 數據輸出寄存器R7W因輸出數據而 空 時 該位置位 在微處理器向R7W寫入新數據后 該位復位 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 12 中斷狀態(tài)寄存器R0R 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 CMD 當滿足下列關系時該位置位 12 中斷狀態(tài)寄存器R0R 五 接口功能的實現 2 GPIA內部寄存器功能 12