總線技術(shù)與數(shù)據(jù)通信

總線技術(shù)引言：總線和接口及其標(biāo)準(zhǔn)的概念一、總線總線是在模塊和模塊之間或設(shè)備與設(shè)備之間的一組進(jìn)行互連和傳輸信息的信號(hào)線。信息包括：指令、數(shù)據(jù)、地址在同一時(shí)間段內(nèi)，連接到總線上的多個(gè)設(shè)備中只能有一個(gè)設(shè)備主動(dòng)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，其他設(shè)備只能處于被動(dòng)接收的狀態(tài)。二、總線標(biāo)準(zhǔn)總線標(biāo)準(zhǔn)指的是芯片之間、擴(kuò)展卡之間以及系統(tǒng)之間，通過總線進(jìn)行連接和傳輸信息時(shí)，應(yīng)該遵守的一些協(xié)議與規(guī)范。協(xié)議與規(guī)范包括：硬件與軟件兩方面?？偩€工作時(shí)鐘頻率總線中信號(hào)的定義：確定總線每根線(引腳)信號(hào)名稱與功能，對(duì)它們相互作用的協(xié)議(例如定時(shí)關(guān)系)進(jìn)行說明。總線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：電氣規(guī)范：規(guī)定總線每根線其信號(hào)工作時(shí)的有效高低電平、動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間、負(fù)載能力、各電氣性能的額定值及最大值。總線仲裁機(jī)構(gòu)以及配置機(jī)構(gòu)機(jī)械規(guī)范：確定模塊尺寸、總線插頭、邊沿聯(lián)接器插座等規(guī)格及位置。實(shí)施總線協(xié)議的驅(qū)動(dòng)與管理程序。三、接口標(biāo)準(zhǔn)是指外部設(shè)備接口的規(guī)范，涉及接口信號(hào)線定義、信號(hào)傳輸速率、傳輸方向和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及電氣特性和機(jī)械特性等多個(gè)方面。不同外設(shè)有不同的接口和接口標(biāo)準(zhǔn)，只有符合接口標(biāo)準(zhǔn)的外設(shè)，才能設(shè)用這種接口。以往各種外設(shè)使用的接口種類繁多，給應(yīng)用帶來麻煩，現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)了如USB和IEEE1394這樣的新型接口標(biāo)準(zhǔn)，它們具有公用性，允許同時(shí)連接多個(gè)不同的外部設(shè)備，我們也常稱它們?yōu)椤巴庠O(shè)總線”。四、總線標(biāo)準(zhǔn)與接口標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別（1）總線標(biāo)準(zhǔn)是公用的，可以掛接多種不同類型的功能模塊；而接口標(biāo)準(zhǔn)大多是專用的，一般只接一類或者一種設(shè)備。（2）總線往往以主板上的擴(kuò)展槽形式提供使用，而接口一般是以接口插（座）頭形式提供使用。（3）總線一般是并行傳輸，而接口有并行傳輸，也有串行傳輸?shù)?。?）總線定義的信號(hào)線多，而且齊全，有分離的控制線、數(shù)據(jù)線、地址線；接口信號(hào)線少，而且不齊全，一般是控制線、數(shù)據(jù)線、地址線共用。五、總線的分類1、按總線的功能或者信號(hào)類型分類數(shù)據(jù)總線雙向三態(tài)邏輯。數(shù)據(jù)線的寬度表示總線傳輸數(shù)據(jù)的能力，反映了總線的性能。ISA總線數(shù)據(jù)線16位，PCI總線是32或者64位。地址總線單向三態(tài)邏輯。地址總線的數(shù)據(jù)位數(shù)決定了總線構(gòu)成的微機(jī)系統(tǒng)的尋址能力。地址總線一般是處理器（CPU）發(fā)出到總線上的各個(gè)部件。ISA總線地址線24位可尋址16MB（224）PCI總線是32或者64位，尋址到4GB甚至264。控制總線傳輸控制、時(shí)序或者狀態(tài)信號(hào)，每根線或者是單向的，或者是雙向的?？刂瓶偩€是最能體現(xiàn)總線特色的信號(hào)線，它決定總線功能的強(qiáng)弱和適應(yīng)性。電源線與地線ISA采用12V和5V，PCI采用5V或者3V……計(jì)算機(jī)系統(tǒng)正在向低電源電壓、低功耗的方向發(fā)展?？偩€操作總線分類系統(tǒng)總線與元件級(jí)總線外總線2、按照總線的分級(jí)結(jié)構(gòu)分類（1）CPU總線（HostBus）位于微處理器內(nèi)部，作為ALU和各種寄存器等功能單元之間的相互連接?，F(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)中，CPU總線也開始分布在CPU外，緊緊圍繞CPU周圍的一個(gè)小范圍內(nèi)，提供系統(tǒng)原始的控制和命令等信號(hào)，是微機(jī)系統(tǒng)中速度最快的總線。（2）局部總線是在CPU總線和系統(tǒng)總線之間的一級(jí)總線，如PCI總線。它的一側(cè)直接面向CPU總線，另一側(cè)面向系統(tǒng)總線，分別由橋連接。由于局部總線是直接連接CPU總線的I/O信號(hào)線，因此外部設(shè)備通過它可以快速地與CPU之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，為外設(shè)提供了存取微處理器更寬、更快的高速公路。（3）系統(tǒng)總線又稱為I/O通道總線，是用來與擴(kuò)展槽上的各種擴(kuò)展卡相連的總線。比如：ISA總線和EISA總線等。以前微機(jī)系統(tǒng)主要是利用系統(tǒng)總線來連接擴(kuò)展卡，現(xiàn)代微機(jī)系統(tǒng)為了加快總線速度，多用局部總線PCI來連接擴(kuò)展卡，保留系統(tǒng)總線主要還有ISA總線，而PC’99標(biāo)準(zhǔn)甚至將ISA也淘汰了。（4）通信總線也有稱為外總線的，是微機(jī)系統(tǒng)之間或者微機(jī)與外設(shè)之間進(jìn)行通信的總線。如微機(jī)和微機(jī)之間可以使用RS－232／485總線，微機(jī)與智能儀表之間可以使用IEEE－488／VXI總線以及現(xiàn)代微機(jī)上很流行的USB和IEEE1394通用串行總線.六、總線操作和總線操作控制1、總線操作分為四個(gè)階段總線請(qǐng)求和仲裁階段：當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)主模塊的時(shí)候，任何一個(gè)主模塊需要使用總線都必須向總線仲裁機(jī)構(gòu)提出總線請(qǐng)求，由總線仲裁機(jī)構(gòu)決定下一個(gè)傳輸周期的總線使用權(quán)該給哪個(gè)模塊。尋址階段：取得了總線使用權(quán)的主模塊，發(fā)出本次要訪問的從模塊的存儲(chǔ)器地址，或者I/O端口地址以及有關(guān)命令，通過譯碼使參與此次傳送操作的從模塊被選中并開始啟動(dòng)。數(shù)據(jù)傳送階段：主模塊和從模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)由源模塊發(fā)出，經(jīng)過數(shù)據(jù)總線進(jìn)入目的模塊。結(jié)束階段：主模塊和從模塊的有關(guān)信息均從總線上撤銷，讓出總線，以便其他模塊可以繼續(xù)利用。2、總線傳送控制（1）同步方式：采用精確穩(wěn)定的時(shí)鐘作為各個(gè)模塊動(dòng)作的基準(zhǔn)時(shí)鐘。PCI總線就是同步方式總線。優(yōu)點(diǎn)：電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，因?yàn)槿肯到y(tǒng)模塊由單一時(shí)鐘信號(hào)控制；傳輸時(shí)間很短，它不允許主從之間有等待，適合高速設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。缺點(diǎn)：不能滿足高速設(shè)備與低速設(shè)備在同一系統(tǒng)中的使用。如果一定如此，只能按最慢的設(shè)備來確定傳輸速度，使系統(tǒng)的性能下降。（2）異步方式：采取“應(yīng)答式”傳輸，傳輸過程不依賴系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，而是靠“請(qǐng)求”和“應(yīng)答”兩根信號(hào)線來協(xié)調(diào)傳輸過程。這種方式不需要考慮設(shè)備的速度，可以自動(dòng)調(diào)整響應(yīng)時(shí)間。異步方式的應(yīng)答關(guān)系完全互鎖，REQ和ACK是相互制約的。REQ有效－ACK有效－REQ撤銷－ACK撤銷，這樣才能允許下一次傳輸周期的開始。優(yōu)點(diǎn)：….缺點(diǎn)：傳輸速度比同步方式慢，總線頻帶窄，總線周期長(zhǎng)。（3）半同步方式半同步方式是綜合同步和異步的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)出來的混合式傳送。從總體上看，它是一個(gè)同步系統(tǒng)，仍然使用系統(tǒng)時(shí)鐘來定時(shí)，利用某個(gè)脈沖的上升沿或者下降沿判斷某一個(gè)信號(hào)的狀態(tài)，或者控制某一個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生或消失，使得傳輸操作與時(shí)鐘同步。但是為了克服同步方式的缺點(diǎn)，半同步方式允許兩個(gè)速度不同的設(shè)備使用像異步操作方式那樣的傳輸，為此設(shè)置一條“WAIT”或者“READY”信號(hào)線。對(duì)于嚴(yán)格按照時(shí)鐘高速傳輸?shù)膬蓚€(gè)設(shè)備，這個(gè)信號(hào)沒有用。PC/XT總線在嚴(yán)格的意義上屬于半同步總線。（4）分離方式在總線讀周期的尋址階段和數(shù)據(jù)傳送階段之間有一個(gè)暫短的時(shí)間間隔，用于從模塊（源模塊）執(zhí)行讀命令的時(shí)間，這段時(shí)間沒有實(shí)質(zhì)性的信息傳輸，處于空閑狀態(tài)。為了提高總線的利用率，可以將讀周期分為兩個(gè)分離的子周期。第一周期為尋址階段，當(dāng)有關(guān)的從模塊從總線上得到主模塊發(fā)出地址、命令及有關(guān)信息后，立即和總線斷開，以便其他模塊可以使用總線。等到從模塊準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)后，啟動(dòng)第二個(gè)子周期，由該模塊申請(qǐng)總線，獲準(zhǔn)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給原來請(qǐng)求數(shù)據(jù)的主模塊。兩個(gè)子周期均采用同步方式傳送，在占用總線的時(shí)候，進(jìn)行高速的信息傳輸。適合于有多個(gè)主模塊（如多個(gè)微處理器或者多個(gè)DMA設(shè)備）的系統(tǒng)?？偩€的發(fā)展1ISA總線是一種8/16bit的系統(tǒng)總線，它的最大傳輸速率僅為8MB/s，它允許多個(gè)設(shè)備共享系統(tǒng)資源，兼容性較好，因此也就成為了上個(gè)世紀(jì)80年代最廣泛采用的系統(tǒng)總線。不過，摩爾定律驅(qū)動(dòng)PC發(fā)展的滾滾車輪以每18個(gè)月翻一番的時(shí)速向前發(fā)展，ISA那傳輸速率太小、CPU占用資源過高以及占用硬件中斷資源等等弊病越來越明顯的成為桎梏，限制了PC周邊外設(shè)的發(fā)展。于是，PCI總線誕生了總線的發(fā)展2雖然到了1988年，32-bit外部總線的386DX處理器以及更快產(chǎn)品成為主流之后，ISA總線標(biāo)準(zhǔn)也被擴(kuò)展到了32-bit，成為了EISA（又叫ExtendedISA，擴(kuò)展ISA），帶寬也達(dá)到了32MB/s，但由于EISA成本過高，問世不久就被PCI迅速取代。確切的說PCI總線是1992年隨著486處理器一并問世的，問世之初就是一種32bit/33MHz的總線標(biāo)準(zhǔn)，在1993年就被升級(jí)為64bit/66MHz的標(biāo)準(zhǔn)，不過，直到現(xiàn)在我們使用的仍是32bit/33MHz的PCI總線。與ISA相比，PCI總線的特點(diǎn)在于這是一種獨(dú)立于CPU的系統(tǒng)總線，可以將顯示卡、聲卡、網(wǎng)卡、硬盤控制器等高速的外圍設(shè)備直接掛在CPU總線上，此外其133MB/s的傳輸速率大大緩解了ISA的局促，在當(dāng)時(shí)顯得綽綽有余。不過，PCI總線規(guī)范最大的弊病也在于這“133MB/s”上，它的133MB/s的帶寬，在任何一個(gè)時(shí)刻都只能有一個(gè)設(shè)備獨(dú)占PCI總線，在PCI設(shè)備多的時(shí)候顯得憂為局促。而到后來，蓬勃發(fā)展的3D顯示技術(shù)又讓PCI總線那可憐的帶寬立即捉襟見肘?？偩€的發(fā)展第一個(gè)從PCI陣營(yíng)“叛變”出來的就是顯卡。隨著3D游戲的迅速普及，顯卡的數(shù)據(jù)吞吐量越來越大，PCI共享133MB/s總線帶寬已經(jīng)不足以應(yīng)付，于是Intel在1996年7月份，推出了AGP局部總線規(guī)范，專門為顯卡量身打造的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。AGP的設(shè)計(jì)其實(shí)也是PCI2.1版規(guī)范基礎(chǔ)之上擴(kuò)充修改而成，工作頻率為66MHz，1X模式下帶寬為266MB/S，是PCI總線的兩倍。后來依次又推出了AGP2X、AGP4X，現(xiàn)在流行的AGP8X，帶寬已經(jīng)達(dá)到了2.1GB/s，是PCI總線帶寬的16倍。AGP的最大特色在于這是一條獨(dú)立的橋到顯卡數(shù)據(jù)通道，不存在與其他設(shè)備共享總線資源的風(fēng)險(xiǎn)，最大限度的照顧了顯卡的數(shù)據(jù)吞吐要求。可以說，沒有AGP總線的默默奉獻(xiàn)，現(xiàn)在的3D游戲以及3D顯卡產(chǎn)業(yè)都不會(huì)有如此的繁榮景象。第3章（系統(tǒng)）總線技術(shù)與數(shù)據(jù)通信

3.1PC系列總線

3.2STD總線（IEEE961）3.3數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)3.4RS-232C總線

3.5IEEE-488總線3.6VXI總線

3.7現(xiàn)場(chǎng)總線補(bǔ)充：AGP接口PCI-XPC總線的發(fā)展PC機(jī)經(jīng)歷了8086/8088，80286，80386，80486，80586奔騰機(jī)的飛速發(fā)展，其總線結(jié)構(gòu)也從早期的

PC機(jī)

I／O擴(kuò)展總線（PC/XT總線）發(fā)展而產(chǎn)生了

ISA（IndustryStandardArchitecture）總線（PC-AT總線），EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture）總線和

PCI（PeripheralComponentInterconnect）局部總線。1PC/XT總線（早期PC總線）

PC／XT機(jī)有8個(gè)62芯擴(kuò)展槽，在擴(kuò)展槽上可以插入不同功能的插件板，用來擴(kuò)充系統(tǒng)的功能。打印機(jī)適配器顯示器適配器通信網(wǎng)絡(luò)適配器軟/硬盤驅(qū)動(dòng)器適配器等。在這8個(gè)擴(kuò)展槽J1~J8中,J8和其他槽不同，它要求插件板被選中后，用低電平信號(hào)作應(yīng)答。J8槽上不能插入使用DMA功能的擴(kuò)展板。

PC/XT總線的組成連接擴(kuò)展槽的62根線組成PC／XT系統(tǒng)總線，又稱做PC-XT總線。62芯總線中包括8位雙向數(shù)據(jù)線20位地址線6級(jí)中斷請(qǐng)求信號(hào)線3組DMA通道控制線存儲(chǔ)器和I／O讀寫線動(dòng)態(tài)RAM刷新控制線和時(shí)鐘信號(hào)線4根電源線和占用3根地線。

PC/AT總線信號(hào)1.數(shù)據(jù)線（8根）D0~D7，雙向數(shù)據(jù)總線。它們?yōu)镃PU，存儲(chǔ)器及I／O設(shè)備提供數(shù)據(jù)信息傳輸通道。2.地址線（20根）A0~A9，地址總線。如果傳輸I／O地址，則A16—A19無效。地址可以由CPU產(chǎn)生，也可以由DMA控制器產(chǎn)生。3.控制線(21根）中斷請(qǐng)求輸出信號(hào)。I／O讀、寫命令輸出；存儲(chǔ)器讀、寫命令等4.狀態(tài)線（2根）

I／O通道奇偶校驗(yàn)信號(hào)、I／O通道準(zhǔn)備好信號(hào)。其他信號(hào)線

5.輔助線和電源線（11根）

OSC：晶體振蕩信號(hào)。此信號(hào)周期為70ns（頻率為14.31818MHz），占空比為50％。CLOCK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。此信號(hào)由OSC三分頻得來，頻率為4.77MHz（周期210ns），占空比為33％。插件板選中信號(hào)。此信號(hào)有效時(shí)，表示J8中的擴(kuò)展板被選中。＋5V電源使用2個(gè)插腳；-5V電源使用1個(gè)插腳；＋12V電源使用1個(gè)插腳；-12V電源使用1個(gè)插腳；接地使用3個(gè)插腳。2ISA總線（PC－AT總線）

（IndustryStandardArchitecture，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)）是Intel公司、IEEE和EISA集團(tuán)聯(lián)合在62線的PC總線基礎(chǔ)上經(jīng)過擴(kuò)展36根線而開發(fā)出的一種系統(tǒng)總線。ISA總線具有16位數(shù)據(jù)線，最高工作頻率8MHz，數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到16MB/s。有24根地址線，可尋址16MB。該總線從誕生起，經(jīng)歷286、386、486和Pentium幾代微機(jī)，甚至在PC’99規(guī)范將其淘汰了的今天，仍然在部分PentiumII/III微機(jī)還被保留下來。而在此期間，微機(jī)上的不少其他的系統(tǒng)總線都已經(jīng)不見了蹤影，這也說明了該總線的開發(fā)和成功。ISA總線共有98根線，均連接到了主板的ISA總線插槽上。ISA插槽長(zhǎng)度138.50mm,引腳間距2.54mm。AT總線設(shè)計(jì)成前62引腳和后36引腳的插座，稱為“標(biāo)準(zhǔn)AT總線”結(jié)構(gòu)。（前后距離10.16mm）它們既可以利用前62個(gè)引腳插入與XT兼容的8位I／O擴(kuò)展卡，又可以利用整個(gè)插座插入16位I／O擴(kuò)展卡。逐漸應(yīng)用于在工控機(jī)隨著工業(yè)PC機(jī)的廣泛應(yīng)用，AT總線不僅在概念上已不再局限于主機(jī)板上的系統(tǒng)I／O擴(kuò)展總線（稱為ISA總線），而且在硬件上也發(fā)展成獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)無源AT總統(tǒng)母板。在AT總線母板上配有8~15個(gè)標(biāo)準(zhǔn)AT總線插座，而主機(jī)板（80286，80386，80486等）與I/O卡以相同的方式插入AT總線插座，從而組成一個(gè)完整的16位或32位工業(yè)控制微機(jī).ISA擴(kuò)展卡尺寸ISA總線擴(kuò)展卡的地址分配和中斷號(hào)分配設(shè)計(jì)ISA總線擴(kuò)展卡,根據(jù)系統(tǒng)留給用戶的端口地址選擇該擴(kuò)展卡的地址－－產(chǎn)生硬件譯碼電路采用跳線選擇或即插即用方法，自動(dòng)分配中斷號(hào)和DMA通道號(hào)。3EISA總線

EISA總線是在ISA總線基礎(chǔ)上,1988年，Compaq、HP、Epson和NEC等9家公司聯(lián)合推出。數(shù)據(jù)總線寬度增加32位，地址總線寬度也增加到32位，并具有高速同步傳送功能，最大傳輸速率達(dá)到33.3MB/s。

EISA總線采用開放結(jié)構(gòu)，ISA總線擴(kuò)展卡可以直接用于EISA總線。其總線擴(kuò)展槽的插槽分為上下兩層，上層是原ISA連線，下層是EISA連線。當(dāng)ISA卡插入時(shí)，它僅能接觸到槽的上層線；而EISA卡插入時(shí)，則與全部接線相接觸，總線將自動(dòng)識(shí)別所連接的I／O擴(kuò)展卡采用的究竟是ISA還是EISA總線，從而具有了兼容性。

EISA總線的特點(diǎn)數(shù)據(jù)總線與地址總線寬度均為32位，因而可以運(yùn)行多達(dá)232B的物理地址空間。在EISA總線上可以同時(shí)存在多個(gè)主設(shè)備（Master），由EISA做循環(huán)優(yōu)先的總線仲裁。采用智能EISAMaster，可以分擔(dān)主CPU本來需要承擔(dān)的大量工作，使得大量數(shù)據(jù)的傳送和相當(dāng)一部分的處理工作可由智能設(shè)備完成。在EISA總線上有多種數(shù)據(jù)傳送方式，以適應(yīng)不同類型數(shù)據(jù)傳送的需要。突發(fā)方式傳送

非突發(fā)傳送

非匹配數(shù)據(jù)傳送

Peek-Poke和鎖定交換傳送

EISA總線的小結(jié)EISA總線是一種高性能的標(biāo)準(zhǔn)總線，利用EISA總線可以充分發(fā)揮現(xiàn)有的80386，80486及80586的性能，使微機(jī)系統(tǒng)的性能有一個(gè)飛躍，EISA既維護(hù)了原有PC機(jī)的兼容性，同時(shí)具有很高的性能指標(biāo)。

4PCI總線

為了充分發(fā)揮Pentium微處理器的全部資源，為其配備高性能、高帶寬的總線，Intel，IBM，Compaq和Apple等公司聯(lián)合制定了PCI總線標(biāo)準(zhǔn)。PCI總線（PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup）簡(jiǎn)稱

PCISIG，是先進(jìn)的高性能局部總線，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI總線不受制于處理器，為中央處理器及高速外圍設(shè)備提供一座橋梁，提高數(shù)據(jù)吞吐量。

PCI局部總線的擴(kuò)展槽口短，最大可支持10多個(gè)外設(shè)，易于插拔。

PCI總線的介紹是一種局部總線！廣泛用于現(xiàn)代微機(jī)、工作站、便攜機(jī)。適用于Pentium機(jī)的64位數(shù)據(jù)總線。PCI在CPU和外設(shè)間插入了一個(gè)復(fù)雜的管理層，用以協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)傳輸，提供一個(gè)一致的總線接口，這個(gè)管理層提供信號(hào)的緩沖，透過緩沖線路將驅(qū)動(dòng)力放大,因此

PCI能支持10種外設(shè)。

具有PCI總線的顯卡外圍部件互連(peripheralcomponentinterconnect,簡(jiǎn)稱PCI)總線也為局部總線。隨著Pentium芯片的推出,Intel公司分別于1992年6月和1995年6月頒布了PCIV1.0和V2.1規(guī)范,目前已得到廣泛應(yīng)用。PCI是一種同步且獨(dú)立于處理器的32位(V2.1支持64位)局部總線,它除了適用于Intel公司的芯片外,還適用于其他型號(hào)(如DEC公司的Alpha)的微處理器芯片。并能實(shí)現(xiàn)即插即用(P&P),即在加電時(shí),BIOS可自動(dòng)檢測(cè)機(jī)器配置,而給各個(gè)外圍設(shè)備分配中斷請(qǐng)求號(hào),存儲(chǔ)器的緩沖區(qū)等,從而避免了IRQ(中斷請(qǐng)求),DMA(直接存儲(chǔ)器存取)和I/O通道之間的沖突。PCIV1.0支持33MHz工作頻率,最大傳輸率為132Mb/s;而工作在V2.1支持的66MHz頻率時(shí),其傳輸率為264Mb/s,或528Mb/s。i.PCI總線的特點(diǎn)(1)獨(dú)立于處理器。支持多種處理器。(2)傳輸率高。(3)多種總線共存。PCI總線可通過橋芯片與多種總線共存在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)。通過Host-PCI橋芯片，PCI和CPU總線相連通過PCI-ISA／EISA橋芯片，PCI和ISA…總線相連。慢速和快速的設(shè)備都可以分別掛在不同總線而共存在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)(4)支持突發(fā)傳輸(5)支持總線主控方式。允許多個(gè)處理器系統(tǒng)中任何一個(gè)成為BUS主控設(shè)備。突發(fā)傳輸突發(fā)傳輸:不同于單次數(shù)據(jù)傳輸，單次傳輸是每傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)前都要在總線上先給出數(shù)據(jù)的地址，而突發(fā)傳輸適合于從某地址開始順序讀／寫一批數(shù)據(jù)。只要在開始的時(shí)候?qū)⑹椎刂钒l(fā)到總線上，之后，每個(gè)時(shí)鐘都只傳輸數(shù)據(jù)，而地址自動(dòng)加1，這樣可以減少無謂的地址操作，加快數(shù)據(jù)傳輸速度。PCI的突發(fā)傳輸是指主橋電路（位于主CPU總線和PCI總線之間，即主橋）可以將針對(duì)存儲(chǔ)器的多次訪問在不影響正常操作的前提下合并為一次傳輸，然后由主橋電路完成針對(duì)存儲(chǔ)器的突發(fā)訪問周期，以最大限度地提高系統(tǒng)性能。微處理器的飛速發(fā)展已超越了十年一貫制的ISA總線,即使增強(qiáng)的總線標(biāo)準(zhǔn)如EISA和MCA也顯得落后了。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)慢速且狹窄的路徑傳輸數(shù)據(jù),使CPU的高性能受到影響，而局部總線則打破了這一瓶頸。從結(jié)構(gòu)上看,局部總線好像在ISA總線和CPU總線之間又插入一級(jí),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。在PC系列微機(jī)中,局部總線主要有VESAVL和PCI兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。VL總線的設(shè)計(jì)思想是低價(jià),快速應(yīng)市,但這也帶來了一些局限性：一個(gè)VL總線上不能運(yùn)行多于三個(gè)擴(kuò)展卡,當(dāng)處理器速度快于33MHz時(shí),VL總線由于設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,無緩沖器,會(huì)導(dǎo)致處理器延遲,產(chǎn)生等待狀態(tài)。由于VL總線的局限性,目前使用更為普遍的局部總線是PCI總線。PCI總線的特點(diǎn)6-10(6)支持同步操作(7)支持兩種電壓下的擴(kuò)展卡(8)即插即用功能(9)合理的管腳定義(10)預(yù)留擴(kuò)展空間PCI總線的特點(diǎn)5-7

PCI插槽和PCI擴(kuò)展卡PCI插槽有兩種，一種32位，另一種是64位，而每種插槽又分為5V和3.3V兩種。PC機(jī)上使用的最多的是5V32位PCI插槽：長(zhǎng)度77.48mm，相鄰金手指的距離1.27mm.PCI規(guī)范中定義了兩種尺寸的開：長(zhǎng)卡和短卡。長(zhǎng)卡312mm長(zhǎng)，106.68mm高；短卡高度不變，長(zhǎng)度為174.63mm。

ii.PCI總結(jié)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)說明一個(gè)PCI系統(tǒng)中允許高速外部設(shè)備和低速外部設(shè)備共存，PCI總線與ISA／EISA總線共存。處理機(jī)/Cache/儲(chǔ)器子系統(tǒng)經(jīng)過一個(gè)PCI橋連接到PCI總線上。PCI橋提供了一個(gè)低延遲的訪問通路，使處理器能夠直接訪問通過它映射于存儲(chǔ)器空間或I／O空間的PCI設(shè)備；它提供了能使PCI主設(shè)備直接訪問主存的高速道路；PCI橋也能提供數(shù)據(jù)緩沖功能，以使CPU與PCI總線上的設(shè)備并行工作而不必相互等待；PCI橋可使ICI總線的操作與CPU總統(tǒng)分開，以免相互影響.總之，PCI橋?qū)崿F(xiàn)了PCI總線的全部驅(qū)動(dòng)控制。iv.例子：基于PCI總線的高速、高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)某數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)綜合應(yīng)用了高速A/D變換、PCI總線接口，EPLD設(shè)計(jì)等技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集卡的集成度、性能大為提高?；赑CI的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

S5933是PCI總線控制器芯片

，并將其放置在系統(tǒng)與PCI總線之間，提供傳遞數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的接口通路。5PC-104總線PC-104總線是超小型PC微機(jī)所用的總線標(biāo)準(zhǔn)。由于這種超小型PC機(jī)體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，所以主要是嵌入到各種儀器設(shè)備、軍用電子設(shè)備和機(jī)器人等之中。目前使用PC104總線的嵌入式PC機(jī)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，很多廠家都生產(chǎn)了系列化的功能模塊。這種PC機(jī)有兩個(gè)總線插頭，P1插頭有64引腳，P2插頭有40引腳，總共為104引腳。在軟件和硬件上與PC總線完全兼容。主要特點(diǎn)（1）超小尺寸插卡。包括CPU卡在內(nèi)，所有的插卡均采用PC-104標(biāo)準(zhǔn)的90mm96mm尺寸。（2）自疊總線結(jié)構(gòu)。這種取消了主板和插槽。而是將所有的插卡（包括CPU卡）。利用卡上的疊裝總線插座堆疊連接起來。（3）總線驅(qū)動(dòng)電流小，功耗低，各種插卡廣泛采用VLSI芯片、低功耗的ASIC（特定用途集成電路）芯片、門陣列等。存儲(chǔ)采用大容量固態(tài)盤。3.2STD總線（IEEE961）

STD總線是國(guó)際上流行的一種用于工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線。1987年被批準(zhǔn)為IEEE961標(biāo)準(zhǔn)。STD總線是一個(gè)面向工業(yè)控制領(lǐng)域的8位微機(jī)總線，它定義了8位微處理器總線標(biāo)準(zhǔn)，可容納各種8位微處理器。采用公共母板的結(jié)構(gòu)，將總線布置在一塊母板上，板上安裝多個(gè)插座。系統(tǒng)中的模塊板均按照標(biāo)準(zhǔn)尺寸制作。STD總線也能和所有16位微處理器兼容；為了能和32位微處理器兼容，近年來又定義了STD32總線標(biāo)準(zhǔn)，且與原來8位總線的I／O模板兼容。STD總線標(biāo)準(zhǔn)對(duì)插件尺寸、插腳分配、信號(hào)定義、電氣標(biāo)準(zhǔn)等都做了規(guī)定，還規(guī)定了讀寫時(shí)序和持續(xù)時(shí)間等。

1STD總線的技術(shù)特點(diǎn)

小板結(jié)構(gòu), 高度模塊化

嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化,廣泛的兼容性

面向I/O的設(shè)計(jì)非常適合工業(yè)測(cè)控應(yīng)用領(lǐng)域

可靠性高小板結(jié)構(gòu),高度模塊化

STD產(chǎn)品采用了小板結(jié)構(gòu)，它的所有模板的標(biāo)準(zhǔn)尺寸為165.1mm*114.3mm。這種小板結(jié)構(gòu)在機(jī)械強(qiáng)度、抗斷裂、抗震動(dòng)、抗老化和抗干擾等方面具有優(yōu)越性。它實(shí)際上是將大板結(jié)構(gòu)的綜合功能分解組合，實(shí)現(xiàn)了模板級(jí)的功能分散，一塊模板基本上有一種功能或兩種功能。用戶可以根據(jù)需要靈活地組成自己的實(shí)用系統(tǒng)，減少了硬件的冗余量，降低了系統(tǒng)成本。

嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化,廣泛的兼容性

STD總線的所有信號(hào)線均有嚴(yán)格定義，用戶不能更改它。這種嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)化帶來的好處是廣泛的兼容性，它對(duì)不同廠家的產(chǎn)品常常是兼容的。兼容性還體現(xiàn)在軟件方面，例如目前STD總線產(chǎn)品有一類采用80286／80386CPU系列，開發(fā)者和用戶可以從

IBMPC機(jī)系列的豐富軟件庫獲得軟件支持。

面向I/O的設(shè)計(jì)非常適合工業(yè)測(cè)控應(yīng)用領(lǐng)域STD總線有強(qiáng)大的I／O擴(kuò)展能力，一個(gè)底板上甚至可以有20塊I／O模板擴(kuò)展能力，有眾多的I／O模板可供選擇和組合，采用簡(jiǎn)便的I／O接口設(shè)計(jì)。

可靠性高STD總線具有很高的可靠性，為了適應(yīng)惡劣的環(huán)境，該產(chǎn)品在印刷板布線、元器件老化篩選都做了大量研究工作，采取了許多保證措施。

為了適應(yīng)工作現(xiàn)場(chǎng)的震動(dòng)、灰塵、潮濕、有害氣體和各種電磁于擾，STD總統(tǒng)采用了固化操作系統(tǒng)和各種軟件及Watchdog等系統(tǒng)支持功能與措施；采用了具有掉電保護(hù)的

RAM板，當(dāng)電源波動(dòng)或掉電時(shí)可以保護(hù)各種數(shù)據(jù)，這種半導(dǎo)體磁盤功能使STD產(chǎn)品具有惡劣環(huán)境下的生存能力．甚至可以直接安裝在測(cè)試設(shè)備和執(zhí)行設(shè)備上。例如，美國(guó)

Pro-Log公司生產(chǎn)的

STD總線系列產(chǎn)品提供了5年的保用期，平均無故障時(shí)間（MTBF）已超過60年。

2STD總線引腳定義

STD總線是56條信號(hào)線的并行底板總線，它實(shí)際上由4條小總線組成：①8根雙向數(shù)據(jù)線（引腳7—14，16位標(biāo)準(zhǔn)中還包括16，18，20，22，24，26，28和30引腳）②16根地址線（引腳15—30，16位標(biāo)準(zhǔn)中還包括7—14引腳）③22根控制線（引腳31一52）④10根電源線（引腳1—6和53－56）

3STD總線的應(yīng)用系統(tǒng)模式

獨(dú)立工作模式

作為其他計(jì)算機(jī)的前端控制機(jī)

構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)

獨(dú)立工作模式1、2（1）獨(dú)立工作模式1采用基本系統(tǒng)（如CPU板十鍵盤／顯示板）加上工業(yè)用I／O模板（如A/D板十D／A板）構(gòu)成測(cè)控系統(tǒng)。對(duì)于小型測(cè)控系統(tǒng)，只需CPU板上的存儲(chǔ)器（8KBRAM和8KBEPROM）即可。若系統(tǒng)較大，則可擴(kuò)充使用存儲(chǔ)器板。系統(tǒng)的用戶程序通常在開發(fā)完成后固化在EPROM中，主要通過操作面板上的按鍵和開關(guān)以及LED字符顯示作為人一機(jī)接口。（2）獨(dú)立工作模式2

將獨(dú)立工作模式1中的鍵盤／顯示板改為RS－232C接口板，外接CRT．即構(gòu)成模式2系統(tǒng)。由CRT作為人一機(jī)接口。

看圖獨(dú)立工作模式1-2框圖、模式3（3）獨(dú)立工作模式3在模式2中增加軟盤控制器接口板和驅(qū)動(dòng)器，即構(gòu)成模式3系統(tǒng)。該系統(tǒng)可運(yùn)行微機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)。該模式可用做目標(biāo)系統(tǒng)，也可用做開發(fā)系統(tǒng)。

作為其他計(jì)算機(jī)的前端控制機(jī)

STD系統(tǒng)作為PC機(jī)的前端控制機(jī)。由PC機(jī)進(jìn)行調(diào)度、管理和復(fù)雜計(jì)算，STD系統(tǒng)參與實(shí)時(shí)在線測(cè)控。如對(duì)一個(gè)最優(yōu)控制系統(tǒng)，PC機(jī)擔(dān)負(fù)尋優(yōu)計(jì)算及管理和調(diào)度任務(wù)，它將最優(yōu)工藝參數(shù)設(shè)置給STD系統(tǒng)，而STD系統(tǒng)則完成實(shí)時(shí)在線測(cè)控任務(wù)，并把采集到的數(shù)據(jù)和執(zhí)行結(jié)果回送給后臺(tái)機(jī)。該模式可采用RS－232C標(biāo)準(zhǔn)接口通信程序和上位機(jī)通信。

STD系統(tǒng)作為PC機(jī)的前端控制機(jī)PCSTD系統(tǒng)被控對(duì)象RS-232C構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)

STD總線測(cè)控系統(tǒng)的組合方法可以方便地組成各種分布式系統(tǒng)，可以采用RS－232C或RS-422總線或其他方式進(jìn)行通信，而以采用雙絞線的串行結(jié)構(gòu)成本較低。該系統(tǒng)中的各STD分站可以任選各種I／O模板。分布式系統(tǒng)STD總線應(yīng)用圖為典型的STD5000系列中的12位32路高速A/D模板原理框圖.它由多路模擬開關(guān)，采樣保持器和測(cè)量放大器，12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器AD574芯片，通道譯碼電路和STD總線接口邏輯等組成.3.3數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1數(shù)據(jù)通信方式不同系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間的通信主要采用并行和串行兩種通信方式。

并行數(shù)據(jù)傳輸并行數(shù)據(jù)傳輸是指數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送。可以用字并行傳送，也可以用字節(jié)并行傳送。顯然，并行傳送的速度高，有時(shí)可達(dá)幾十兆位每秒。例如，衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)因要高速實(shí)時(shí)響應(yīng)，故系統(tǒng)內(nèi)部各分系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)之間采用按字并行傳送。并行數(shù)據(jù)傳送中，其信號(hào)除并行的數(shù)據(jù)線外，通常還有一組握手信號(hào)線。數(shù)據(jù)線的根數(shù)為字或字節(jié)的位數(shù)；此外，還要有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào)線和選通信號(hào)線。并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x通常小于10m。由于并行通信要用許多信號(hào)線,成本較高,因此,近距離,高速度情況下,采用并行通信是最佳方案。并行數(shù)據(jù)傳輸圖串行數(shù)據(jù)傳輸

串行數(shù)據(jù)傳輸是用一條信號(hào)線傳送一種數(shù)據(jù)源。因此；不同系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間只用幾條信號(hào)線即可完成數(shù)據(jù)交換。串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x可達(dá)數(shù)千公里。在近距離內(nèi)，其傳輸速率可達(dá)10兆位每秒，遠(yuǎn)距離傳輸也可達(dá)幾百萬位每秒。對(duì)遠(yuǎn)距離、低速度的通信常常選串行通信。

串行通信節(jié)省傳輸線，特別是當(dāng)位數(shù)很多、傳送距離長(zhǎng)時(shí)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)更為突出。例如，微型機(jī)傳送數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)方的終端，或傳送到大的計(jì)算中心，則常用通信線路（電話線）等來進(jìn)行傳送，此時(shí)可減少傳送線，降低成本，但串行傳送的速度較慢。

2串行通信基礎(chǔ)

傳送編碼

常用的編碼主要有：擴(kuò)展的BCD交換碼EBCDIC，它是一種8位編碼，較常用于同步通信中，如IBMBISYN。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼ASCⅡ碼。

串行通信的兩種方式

異步通信

ASYNC方式

同步通信方式

異步通訊方式它用一個(gè)起始位表示字符的開始，用停止位表示字符的結(jié)束，構(gòu)成一幀，如圖所示。在異步通信中，發(fā)送的每一個(gè)數(shù)據(jù)字符均帶有起始位、停止位和可選擇的奇偶位。數(shù)據(jù)字符之間沒有特殊關(guān)系，也沒有發(fā)送和接收時(shí)鐘。電平由高到低的起始位通知接收器接收信息，并在所期望的數(shù)據(jù)間隔期間內(nèi)起動(dòng)時(shí)鐘電路提供鎖存脈沖。停止位表示該字符傳送結(jié)束并返回到標(biāo)志狀態(tài)，每個(gè)字符的位數(shù)視使用的要求而改變。

異步通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬身?xiàng)規(guī)定字符格式。它是對(duì)字符的編碼形式,奇偶校驗(yàn)形式及起始位和停止位的規(guī)定。例如，ASCⅡ編碼字符為7位，加一個(gè)偶校驗(yàn)位，一個(gè)起始位，以及一個(gè)停止位共10位。波頻率。它是對(duì)數(shù)據(jù)傳送速率的規(guī)定。

異步通信的傳送速度在50到9600波特之間。

同步通信方式

同步通信需要與數(shù)據(jù)一起傳送時(shí)鐘信息。數(shù)據(jù)流中每一個(gè)連續(xù)不斷的數(shù)據(jù)位均要由一個(gè)基本數(shù)據(jù)時(shí)鐘控制，并定時(shí)在某個(gè)特定的時(shí)間間隔上。時(shí)鐘信息可以通過一根信號(hào)線進(jìn)行傳送，也可以通過將信息中的時(shí)鐘代碼化來實(shí)現(xiàn)。例如，曼徹斯特編碼方法。同步通信的實(shí)現(xiàn)方式圖

在同步通信方式的一幀信息中，可以將多個(gè)要傳送的字符放在同步字符的后面，這樣，每個(gè)字符的起始位和停止位就不用了，與異步通信相比，信息中每個(gè)字符的開銷可大為減少。同步通信的格式由于每一位信息均要被同步時(shí)鐘采樣，這就可以提高數(shù)據(jù)速率和準(zhǔn)確率。同步通信的幀格式可有許多種。單同步格式，每一幀的開始需要一個(gè)同步字符，所發(fā)送的時(shí)鐘保證每一位的中間采樣該位數(shù)據(jù)。由給定的數(shù)據(jù)所形成的幀來管理控制所需的信息傳送。與異步傳送的奇偶校驗(yàn)相類似，這里采用循環(huán)冗余碼（CRC）來檢測(cè)傳輸中的錯(cuò)誤。雙同步格式，在每一幀的數(shù)據(jù)前面需要用兩個(gè)同步字符。使用特殊字符進(jìn)一步形成幀的字同步格式有多種方法。同步格式圖同步傳輸?shù)膽?yīng)用場(chǎng)合同步傳送的速度高于異步，通常為幾十至幾千波特。但它要求有時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)發(fā)送端與接收端之間的同步，故硬件復(fù)雜，同步傳送常用于：計(jì)算機(jī)到計(jì)算機(jī)之間的通信。計(jì)算機(jī)到CRT與外設(shè)之間的通信。

3串行通信中的技術(shù)問題

數(shù)據(jù)傳送方向

半雙工（HalfDuplex）每次只能有一個(gè)站發(fā)送，即只能由A站發(fā)送到B站，或由B站發(fā)送到A站，不能A和B站同時(shí)發(fā)送。全雙工（FullDuplex）即兩個(gè)站都能同時(shí)發(fā)送信號(hào)的調(diào)制和解調(diào)

計(jì)算機(jī)的通信是一種數(shù)字信號(hào)通信，它要求傳送線的頻帶很寬，但在長(zhǎng)距離通信時(shí)，一般是利用電話線傳送，它不可能有這樣寬的頻帶。如果用數(shù)字信號(hào)直接通信，經(jīng)過電話線傳送，信號(hào)就會(huì)畸變。所以要用調(diào)制器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)；用解調(diào)器檢測(cè)此模擬信號(hào)，再把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

3.4RS-232C總線

RS-232C是用得最多的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口。該標(biāo)準(zhǔn)除包括物理指標(biāo)外，還包括表明按位串行傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)。

1、RS-232C標(biāo)準(zhǔn)

電氣特性和數(shù)據(jù)傳送格式

在電氣性能方面，RS-232C使用負(fù)邏輯。邏輯“1”電平是在-5~15V范圍內(nèi)，邏輯“0”電平是+5~+15V范圍內(nèi)。它要求

RS-232C接收器必須能識(shí)別低到+3V的信號(hào)作為邏輯“0”，識(shí)別高到-3V的信號(hào)作為邏輯“1”，即有2V的噪聲容限

RS-232C以位串行方式傳輸數(shù)據(jù)的格式：7位ASCⅡ碼數(shù)據(jù)的連續(xù)傳送由最低有效數(shù)字位開位，以奇偶校驗(yàn)位結(jié)束（RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口并不限于ASCⅡ數(shù)據(jù)，還可用5～8個(gè)數(shù)據(jù)位后加一奇偶校驗(yàn)位的傳送方式）。接口信號(hào)

完整的RS-232C接口有25根線，采用25芯的插座。其中約15根線組成主信道（表中標(biāo)*號(hào)者）。輔信道為次要串行通道提供數(shù)據(jù)控制和通路，但其運(yùn)行速度比主信道要低得多。除了速度之外，輔信道與主信道相同。輔信道極少使用，若要用的話，主要是向連接于通信線路兩端的調(diào)制解調(diào)器提供控制信息。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口的主要信息是“發(fā)送數(shù)據(jù)TXD“和“接收數(shù)據(jù)RXD”，它們用來在兩個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備之間傳送串行信息。其傳輸速率有50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600和19200bps。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口上的信號(hào)線基本上可分為4類：數(shù)據(jù)信號(hào)（4根）、控制信號(hào)（12根）、定時(shí)信號(hào)（3根）和地（2根）。

RS-232C數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖2、串行通信接口電路

串行通信接口常用的標(biāo)準(zhǔn)

LSI芯片是

Intel8251A，ZilogSIO，MotrolaMC6850和INS8250ACIA等。無論是哪種芯片，它們的基本功能是實(shí)現(xiàn)串．并轉(zhuǎn)換及發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。芯片結(jié)構(gòu)可分為三部分：發(fā)送部分，接收部分和控制部分。

3、RS-422，RS-423標(biāo)準(zhǔn)

EIA又公布了適應(yīng)于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)腞S-422（平衡傳輸線）和RS-423（不平衡傳輸線）標(biāo)準(zhǔn)。與RS-232不同的RS-422和RS-423是用差分接收器接收信號(hào)電壓的。

由于差分輸入的抗噪聲能力強(qiáng)，使得RS-422，RS-423可以有較長(zhǎng)的傳輸距離。RS-422的發(fā)送端采用平衡驅(qū)動(dòng)器，因而其傳輸速率最高，傳輸距離也最遠(yuǎn)。RS-232C，RS-422和RS-423連接方式比較圖3.5IEEE-488總線有一類微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，它采用標(biāo)準(zhǔn)接口、母線系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)和其他儀器儀表連接起來。連接在系統(tǒng)中的通用儀器、儀表、計(jì)算機(jī)等統(tǒng)稱為器件，各器件內(nèi)部都配置具有標(biāo)準(zhǔn)接口功能的電路，然后用統(tǒng)一的無源母線電纜連接。這樣，當(dāng)需要更改或增刪測(cè)試內(nèi)容時(shí)，設(shè)計(jì)者無需自行設(shè)計(jì)接口電路，既方便又靈活。系統(tǒng)使用完畢，可迅速拆散，其中拆散后的計(jì)算機(jī)、儀器等還可移做它用。

IEEE-488（此標(biāo)準(zhǔn)是由美國(guó)Hewlett·Packard公司擬訂，為可程控儀器儀表設(shè)計(jì)的，因此又稱為HP-IB或GP-IB總線）總線標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行和特點(diǎn)，以及部分并行通信接口器件.1、IEEE-488標(biāo)準(zhǔn)

IEEE-488的16條信號(hào)線，按其功能可編排為三組獨(dú)立的總線：雙向8位數(shù)據(jù)總線（8根）、字節(jié)傳送控制總線（3根）接口管理總線（5根）、地線(8根)。IEEE-488采有24腳插頭座（8根地線和16根信號(hào)線），而IEC-IB采用25腳插頭座（9根地線和16根信號(hào)線），見P154表3-10及P39(IEEE488\GP-IB\HP-IB\IEC-IB)IEEE488標(biāo)準(zhǔn)于1978年成為IEEE標(biāo)準(zhǔn)。IEEE488.1-1978

標(biāo)準(zhǔn)定義了電性能和機(jī)械特性，以及每個(gè)總線功能的狀態(tài)圖。在1987年，由IEEE488.1-1978派生出另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，IEEE488.2-1987。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)被用來定義儀器的數(shù)據(jù)格式、通用命令以及控制協(xié)議。一般來講，IEEE488.1

定義了硬件標(biāo)準(zhǔn)，而IEEE488.2定義了軟件標(biāo)準(zhǔn)。IEEE488標(biāo)準(zhǔn)被儀器廠商廣泛接受。今天，GPIB已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)與儀器間最通用的總線標(biāo)準(zhǔn)。IEEE－488的基本性能

可用一條總線（包含16根信號(hào)線）連接若干臺(tái)裝置，以組成一個(gè)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，系統(tǒng)中裝置的數(shù)目最多不超過15臺(tái)。互連電纜的傳輸路徑總長(zhǎng)不超過20m，或者裝置數(shù)目與裝置之間的距離相乘不超過20m.數(shù)據(jù)傳輸采用位并行（8位）、字節(jié)串行、雙向異步傳輸方式，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbps.信息邏輯采用負(fù)邏輯，低電平（≤+0.8V）為“1”，高電平(≥+0.2V)為“0”，高低電平的規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)TTL電平相容。一般情況下，一個(gè)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)內(nèi)只有一個(gè)控制器發(fā)送各種控制信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。若一個(gè)系統(tǒng)中包含多個(gè)控制器測(cè)在某一時(shí)間內(nèi)只能有一個(gè)控制器起作用，其余則必須處于空閑狀態(tài)。

IEEE-488總線結(jié)構(gòu)和接口信號(hào)

三種基本方式系統(tǒng)中的每一設(shè)備按三種基本方式之一進(jìn)行工作。①聽者方式：從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)，在同一時(shí)刻可以有兩個(gè)以上的聽者在工作，具有這種功能的設(shè)備有智能儀器儀表、微型計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和繪圖儀等。②講者方式：向數(shù)據(jù)總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)講者在每一時(shí)刻只能有一個(gè)講者在工作。具有這種功能的設(shè)備有磁帶機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、微機(jī)、智能儀器儀表等。③控者方式?？刂破渌O(shè)備，例如，對(duì)其他設(shè)備尋址或允許講者使用總線。每一時(shí)刻系統(tǒng)中的多個(gè)控者只能有一個(gè)起作用。IEEE-488系統(tǒng)運(yùn)行示意圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按以下順序工作：①計(jì)算機(jī)作為控者先用IFC清除接口，系統(tǒng)可開始工作。②控者發(fā)出命令使所有裝置處于初始狀態(tài)。③控者發(fā)出掃描器的聽地址，對(duì)其做聽尋址。掃描器接收尋址后成為聽者，控者接著發(fā)送數(shù)據(jù)，選擇一個(gè)指定的傳感器。④控者發(fā)出一個(gè)“停聽”命令，接著再發(fā)出電橋的聽地址對(duì)其尋址。當(dāng)電橋成為聽者后，

⑤控者再發(fā)一個(gè)“停聽”命令，接著發(fā)出電橋的講地址、數(shù)字電壓表的聽地址，使數(shù)字電壓表成為聽者，電橋成為講者，于是數(shù)字電壓表便讀取電橋送來的測(cè)量數(shù)據(jù)。⑥控者再發(fā)一個(gè)“停聽”命令，接著再發(fā)出自己的聽地址，使計(jì)算機(jī)成為“聽者”，接著再發(fā)數(shù)字電壓表的講地址，這里自動(dòng)取消電橋的講者資格，數(shù)字電壓表成為講者。⑦當(dāng)數(shù)字電壓表完成測(cè)量后，它就將測(cè)量結(jié)果送往計(jì)算機(jī)。⑧計(jì)算機(jī)處理完送來的數(shù)據(jù)，再作為控者清除接口，并發(fā)出打印機(jī)聽地址，接著輸出處理后的結(jié)果。⑨打印機(jī)打印送來的數(shù)據(jù)。全部打印完后，控者又可以選下一個(gè)壓力傳感器，開始新的循環(huán)。注意點(diǎn)在重新指定講者與聽者時(shí)，非聽命令是必要的，非講命令不是必要的。這是因?yàn)槁犝呖梢杂卸鄠€(gè)，講者只能有一個(gè)。在指定一個(gè)新的講者時(shí)，隱含著老的講者資格被取消。采用IEEE488的線型、星型連接方式3.6VXI總線

什么是VXI？VXIbus系統(tǒng)是一種模塊化儀器的總線系統(tǒng)，它的標(biāo)準(zhǔn)是一種在世界范圍內(nèi)完全開放的，適用于多供貨廠商的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是VMEbus在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，即VMEbusExtensionsforInstrumentation的縮寫。其中，VMEbus是一種工業(yè)微機(jī)的總線標(biāo)準(zhǔn)，它參考了Motorola公司一種稱為Versabus的通用總線和一種稱為歐洲卡的模塊式插入結(jié)構(gòu)，是一種主要用于微計(jì)算機(jī)和數(shù)字系統(tǒng)的總線標(biāo)準(zhǔn)。VXI總線的出現(xiàn)

VXI總線標(biāo)準(zhǔn)是在VME總線和GPIB總線基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型儀器系統(tǒng)總線。VXI總線以其開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。模塊化的設(shè)計(jì)、緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)、良好的電磁兼容性，以及可靠性高、小型便攜和靈活的通信能力等一系列優(yōu)點(diǎn)滿足了工業(yè)領(lǐng)域，尤其是軍事領(lǐng)域?qū)y(cè)試與測(cè)量的需求。1987年7月，五家著名的儀器公司成立了一個(gè)專門的技術(shù)委員會(huì)——VXI總線聯(lián)合體，發(fā)布了VXI總線規(guī)范的第一個(gè)版本。1992年被批準(zhǔn)為IEEE-ll55-1992標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過10多年的發(fā)展，VXI總線及VXI總線儀器與系統(tǒng)已為世人普遍接受，被公認(rèn)為21世紀(jì)儀器總線系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)。

VXI產(chǎn)品VXI機(jī)箱VXI模塊一、VXI總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

基于VXI總線結(jié)構(gòu)組建的測(cè)試系統(tǒng)與用GPIB或RS-232等總線構(gòu)成的測(cè)試系統(tǒng)比較，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性，并具有明顯的優(yōu)勢(shì)。VXI總線易于集成化。用通用或?qū)Ｓ肰XI模塊插入VXI總線主機(jī)箱內(nèi)，可替代用GPIB總線或RS-232網(wǎng)絡(luò)把獨(dú)立（臺(tái)式）儀器連在一起的工作。采用IEEE-488.2和SCPI標(biāo)準(zhǔn)命令高級(jí)語言編程，可生成集成的VXI總線自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)控軟件。硬件和軟件更容易協(xié)調(diào)配合。無論臺(tái)式或機(jī)柜式，都比用GPIB儀器組建的系統(tǒng)占用的空間小。并行數(shù)據(jù)傳輸總線的數(shù)傳速率上限是40Mbps，本地總線的數(shù)傳速率上限是1GbpS，明顯高于GPIB系統(tǒng)傳輸速率。VXI總線系統(tǒng)是插入式模塊結(jié)構(gòu)，特別適合于條件惡劣、需要高速更換儀器、部件的場(chǎng)合。例如，特別適合戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境，車、船載設(shè)備及野外條件操作等。VXI總線系統(tǒng)的可靠性明顯高于GPIB。VXI總線系統(tǒng)適用于位數(shù)不同的多種微機(jī)和16位，24位，32位3種尋址方式，靈活方便。正因?yàn)槿绱?，使得虛擬儀器得以能真正實(shí)現(xiàn)。

二、VXI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

VXI總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)：?jiǎn)蜟PU系統(tǒng)、多CPU系統(tǒng)、獨(dú)立系統(tǒng)和分層結(jié)構(gòu)儀器系統(tǒng)等典型的結(jié)構(gòu)形式。VXI總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)允許不同廠家生產(chǎn)的各種儀器、接口插板或計(jì)算機(jī)，以模塊形式共存

于同一VXI總線主機(jī)箱中。VXI總線沒有規(guī)定特定的系統(tǒng)層次或拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也沒有規(guī)定系統(tǒng)中所使用的微處理器的類型、操作系統(tǒng)及與主計(jì)算機(jī)的接口。1、VXI總線系統(tǒng)典型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2、VXI總線系統(tǒng)的總線結(jié)構(gòu)在VXI系統(tǒng)中，命令、數(shù)據(jù)、地址和所有消息都是通過總線傳遞的。VXI系統(tǒng)的全部總線都印制在VXI主機(jī)箱內(nèi)的背板上，并通過P1,P2,P3連接器與各儀器模塊連接。每個(gè)連接器都有96個(gè)引腳，分成A,B,C三行，每行32個(gè)引腳。VXI總線系統(tǒng)共有下列幾種總線：VME計(jì)算機(jī)總線時(shí)鐘和同步總線模塊識(shí)別總線觸發(fā)總線相加總線星形總線電源總線

3、VXI總線電氣結(jié)構(gòu)圖二、VXI總線系統(tǒng)的通信層次

三、VXI總線系統(tǒng)的系統(tǒng)資源VXI總線結(jié)構(gòu)提供一組共用系統(tǒng)資源，包括0號(hào)槽操作和系統(tǒng)配置管理。配置管理操作由中央資源管理者提供，0號(hào)槽操作由資源管理者或0號(hào)槽器件提供。

VXI總線資源管理者是邏輯地址為0的一個(gè)器件，在系統(tǒng)開機(jī)時(shí)執(zhí)行如下功能：識(shí)別系統(tǒng)中所有的VXI總線器件；管理系統(tǒng)自測(cè)試和診斷序列；配置系統(tǒng)的

A24和

A32。地址映像；配置系統(tǒng)的命令者或從者層次；分配VME總線IRQ線；啟動(dòng)正常系統(tǒng)操作。一個(gè)資源管理者必須是具有命令者能力的消息基器件。資源管理者的功能可以與其他消息基命令者的功能合并。

四、VXI總線接口方案

為了開發(fā)、研制VXI總線系統(tǒng)和儀器，必須解決VXI總線的接口電路設(shè)計(jì)問題。常用的三種接口方案是：消息基器件VXI總線接口方案、帶智能芯片的寄存器基器件VXI總線接口方案無智能芯片的寄存器基器件VXI總線接口方案。消息基器件VXI總線接口方案圖帶智能芯片及無智能芯片的寄存器基器件的VXI總線接口方案

有不少VXI總線儀器內(nèi)部有CPU，但為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，提高速度，可不按消息基器件進(jìn)行設(shè)計(jì)而按寄存器基器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。此時(shí)，若對(duì)速度要求不是很高，仍可按消息基器件方案實(shí)現(xiàn)其VXI總線接口，而接口電路可以大大簡(jiǎn)化。

無智能芯片的寄存器基器件的VXI總線接口方案無智能芯片的寄存器基器件電路一般比較簡(jiǎn)單，但速度快。有時(shí)接口部分和功能電路部分密切相關(guān)。通常對(duì)器件的操作、控制是通過讀/寫操作寄存器來完成的，這些操作寄存器通常在VXI總線尋址空間內(nèi)。

四、VXI總線系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

當(dāng)模塊和主機(jī)箱選定（或設(shè)計(jì)）配齊后，首先對(duì)每個(gè)模塊設(shè)定適當(dāng)?shù)倪壿嫷刂?，其次確定系統(tǒng)的中斷結(jié)構(gòu)，將各模塊對(duì)中斷請(qǐng)求線的使用進(jìn)行統(tǒng)一分配。當(dāng)系統(tǒng)自檢通過后，就可以進(jìn)行應(yīng)用程序編程.步驟：（1）主機(jī)箱尺寸選擇通常主機(jī)箱在B,C,D三種尺寸中選擇。挑選時(shí)主要考慮成本、性能，屏蔽要求和組建方便等因素。