精密测控与系统(专题二总线)

精密测控与系统2019年12月20日星期五精密测控与系统2019年12月20日星期五总线机械学院测控系•与计算机的相关总线内部总线系统总线外部总线其他总线•现场总线2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统3机械学院测控系计算机内的总线•一、内部总线•1．I2C总线•I2C（Inter-IC）总线10多年前由Philips公司推出，是近年来在微电子通信控制领域广泛采用的一种新型总线标准。它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少，控制方式简化，器件封装形式小，通信速率较高等优点。在主从通信中，可以有多个I2C总线器件同时接到I2C总线上，通过地址来识别通信对象。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统4机械学院测控系•2．SPI总线•串行外围设备接口SPI（serialperipheralinterface）总线技术是Motorola公司推出的一种同步串行接口。Motorola公司生产的绝大多数MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相当简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统5机械学院测控系•3．SCI总线•串行通信接口SCI（serialcommunicationinterface）也是由Motorola公司推出的。它是一种通用异步通信接口UART，与MCS-51的异步通信功能基本相同。•计算机内的总线2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统6机械学院测控系二、系统总线•1．ISA总线•ISA（industrialstandardarchitecture）总线标准是IBM公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。它在80286至80486时代应用非常广泛，以至于现在奔腾机中还保留有ISA总线插槽。ISA总线有98只引脚。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统7机械学院测控系•2．EISA总线•EISA总线是1988年由Compaq等9家公司联合推出的总线标准。它是在ISA总线的基础上使用双层插座，在原来ISA总线的98条信号线上又增加了98条信号线，也就是在两条ISA信号线之间添加一条EISA信号线。在实用中，EISA总线完全兼容ISA总线信号。•ISA总线是PC微机最基本的总线标准，分为XT总线（62线）和AT总线（98线）两种。•PC/XT机是最早的8位个人机，它采用XT总线；后来IBM推出16位AT机，采用了在原总线基础上的扩展，将62线延长到98线，叫AT总线。如图10.8所示，A、B两面是XT总线，再加上C、D两面是AT总线，总称为ISA总线。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统8机械学院测控系•3．VESA总线•VESA（videoelectronicsstandardassociation）总线是1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种局部总线，简称为VL(VESAlocalbus)总线。它的推出为微机系统总线体系结构的革新奠定了基础。该总线系统考虑到CPU与主存和Cache的直接相连，通常把这部分总线称为CPU总线或主总线，其他设备通过VL总线与CPU总线相连，所以VL总线被称为局部总线。它定义了32位数据线，且可通过扩展槽扩展到64位，使用33MHz时钟频率，最大传输率达132MB/s，可与CPU同步工作。是一种高速、高效的局部总线，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔腾微处理器。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统9机械学院测控系•4．PCI总线•PCI（peripheralcomponentinterconnect）总线是当前最流行的总线之一，它是由Intel公司推出的一种局部总线。它定义了32位数据总线，且可扩展为64位。PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率可达132MB/s，可同时支持多组外围设备。PCI局部总线不能兼容现有的ISA、EISA、MCA（microchannelarchitecture）总线，但它不受制于处理器，是基于奔腾等新一代微处理器而发展的总线。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统10机械学院测控系•5．CompactPCI•以上所列举的几种系统总线一般都用于商用PC机中，在计算机系统总线中，还有另一大类为适应工业现场环境而设计的系统总线，比如STD总线、VME总线、PC/104总线等。这里仅介绍当前工业计算机的热门总线之一——CompactPCI。•CompactPCI的意思是“坚实的PCI”，是当今第一个采用无源总线底板结构的PCI系统，是PCI总线的电气和软件标准加欧式卡的工业组装标准，是当今最新的一种工业计算机标准。CompactPCI是在原来PCI总线基础上改造而来，它利用PCI的优点，提供满足工业环境应用要求的高性能核心系统，同时还考虑充分利用传统的总线产品，如ISA、STD、VME或PC/104来扩充系统的I/O和其他功能。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统11机械学院测控系三、外部总线•1．RS-232-C总线•RS-232-C是美国电子工业协会EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一种串行物理接口标准。RS是英文“推荐标准”的缩写，232为标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准设有25条信号线，包括一个主通道和一个辅助通道，在多数情况下主要使用主通道，对于一般双工通信，仅需几条信号线就可实现，如一条发送线、一条接收线及一条地线。RS-232-C标准规定的数据传输速率为每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，因此一般用于20m以内的通信。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统12机械学院测控系•2．RS-485总线•在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统13机械学院测控系•3．IEEE-488总线•上述两种外部总线是串行总线，而IEEE-488总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用来连接系统，如微计算机、数字电压表、数码显示器等设备及其他仪器仪表均可用IEEE-488总线装配起来。它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号，连接方式为总线方式，仪器设备直接并联于总线上而不需中介单元，但总线上最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500KB/s，最大传输速度为1MB/s。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统14机械学院测控系•4．USB总线•通用串行总线USB（universalserialbus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。它基于通用连接技术，实现外设的简单快速连接，达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。它可以为外设提供电源，而不像普通的使用串、并口的设备需要单独的供电系统。另外，快速是USB技术的突出特点之一，USB的最高传输率可达12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB还能支持多媒体。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统15机械学院测控系四、其他总线•1．SCSI接口总线•SCSI－小型计算机系统接口(全称SmallComputerSystemInterface)，是种较为特殊的接口总线，它是系统级接口，也是一种双向并行设备总线。具备与多种类型的外设进行通信。SCSI采用ASPI（高级SCSI编程接口）的标准软件接口使驱动器和计算机内部安装的SCSI适配器进行通信。SCSI接口是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统16机械学院测控系•2．加速图形接口AGP•AGP是微型计算机系统中专门为3D显示而设置的加速图形接口（AcceleratedGraphicsPort）•Intel公司开发的AGP总线旨在提高图形，尤其是3D图形的处理能力。•AGP总线在主存与显示卡之间提供了一条直接通路，使3D图形数据越过PCI总线直接送入显示系统。•目前AGP总线有三种，即•AGP×1：266Mb/s，时钟66MHz•AGP×2：532Mb/s，时钟66MHz•AGP×4：1.064Mb/s，时钟66MHz2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统17机械学院测控系•3．IEEE1394串行接口•全称是IEEE1394高性能串行总线标准（IEEE1394HighPerformanceSerialBUSStandard）。•该接口采用6芯电缆和6针插头，其中4根信号线组成两对双绞线传送信息，2根电源线，向被连接设备提供电源。•在电缆环境下，传送速率有98.304Mb/s、196.608Mb/s和393.216Mb/s。正在制订的还有1Gb/s。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统18机械学院测控系现场总线•定义：•是连接智能现场设备和自动化系统的全数字、双向、多站的通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。•现场总线是工业数据通信与控制网络技术的代名词，是测控领域的通信与网络技术，是网络集成式测量控制系统。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统19机械学院测控系•总线是构成自动化系统的纽带，网络所传输的是控制信息。•它是有别于计算机网络，电视、电话网络的另一类网络•特点：•适应工业应用环境，要求实时性强，可靠性高，安全性好。•多为短帧传送，通信的传输速率相对较低。一般在几kbps至10Mbps之间。2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统20机械学院测控系•现场总线是连接测控系统中各智能装置(包括智能传感器)的双向数字通信网络。其主•1.•2.•3.智能化2019年12月20日星期五010214006精密测控与系统21机械学院测控系现场总线的发展•现场总线技术始发于二十世纪八十年代，但对该项技术的开发之热是近年之举。早期的现场总线技术与PLC同时出现的、Culter-Hammer推出的DirectrolGeneralElectric的GeniusI/O，德国Phoenix的Interbus-S，TURCK的Sensoplex，丹麦ProcessData公司83年推出的P-Net；德国Siemens公司84年推出的Prof