第二章微机接口技术

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2．异步方式 ．
• 异步方式采用“应答式”传输，用 “请求(REQ，Request)”和“应答 (ACK，Acknowledge)” 两根信号线 来协调传输过程而不依赖于系统时钟 信号。这种方式可以根据模块的速度 自动调整响应的时间，因此，高速模 块可以高速传输，低速模块可以低速 传输，连接任何类型的外围设备都不 需要考虑该设备的速度，从而避免了 同步式传输的缺点
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异步方式优缺点
• 优点：(1) 应答关系完全互锁 ，保证了数据传 输的可靠进行。 (2) 数据传输的速度取决于从 模块的速度。同一个系统中可以容纳不同速度 的模块，每个模块都能以最佳的速度来配合数 据的传输。 • 缺点：每完成一次传输，主从模块之间的互锁 控制信号都要经过四个步骤：请求、响应、撤 销请求、撤销响应，其传输延迟是同步传输的 两倍。
总线宽度 总线频率 总线带宽或数据传输率 = × 8位 每个存取周期的时钟数
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2.2 总线的通信协议
• 2.2.1 总线的传输过程
(1) 申请阶段：当系统总线上有多个主模块时， 需要使用总线的主模块提出申请，由总线仲裁 机构确定把下一个传输周期的总线使用权授权 给该模块。 (2) 寻址阶段：取得总线使用权的主模块通过 总线发出本次打算访问的从模块的存储器地址 或I/O端口地址及有关命令，使参与本次传输 的从模块开始启动。 (3) 传送数据阶段：主模块和从模块之间进行 数据传输，数据由源模块发出，经数据总线流 入目的模块。 (4) 结束阶段：主从模块的有关信息均从系统 2011-9-4 12 总线上撤除，让出总线。
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2.3.1 总线标准概念
• 总线标准是指在计算机间承认或推荐的 系统中互连各个模块的标准，它通常对 总线所用插座的尺寸、引线数目、各引 线信号的含义和时序等都作了明确的统 一规定。
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• 系统总线通常为50～100根信号线，这 些信号线可分为5个主要类型。 (1) 数据线：决定数据宽度。 (2) 地址线：决定直接选址范围。 (3) 控制线：包括控制、时序和中 断线，决定总线功能和适应性的好坏。 (4) 电源线和地线：决定电源的种 类及地线的分布和用法。 (5) 备用线：留给厂家或用户自己 定义。
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2.3.2 STD总线 总线
• STD总线是国际上流行的一种用于工业控制的 标准微机总线，1987年初，IEEE将STD总线 定为IEEE-P961标准总线 • 系统采用模块式结构，各种功能模块(如CPU模 块、存储器模块、图形显示模块、A/D模块、 D/A模块、开关量I/O模块等)都按标准的插件 尺寸制造。各功能模块可插入任意插座，只要 模块的信号、引脚都符合STD规范，就可以在 STD总线上运行。因此可以根据需要组成不同 规模的微机系统。STD总线采用56线双列插座， 插件尺寸为165.1 mm×114.3 mm，是8位微处 理器总线标准(可使用各种型号的CPU)。
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•
有关这些信号线的标准主要涉及如下 几个方面： (1) 信号的名称； (2) 信号的定时关系； (3) 信号的电平； (4) 连接插件的几何尺寸； (5) 连接插件的电气参数； (6) 引脚的定义、名称和序号； (7) 引脚的个数； (8) 引脚的位置； (9) 电源及地线。
第2章 总 线 接 口
2.1 总线的基本概念 2.2 总线的通信协议 2.3 常用系统总线标准 2.4 通信本概念
• 2.1.1 总线的概念 所谓总线， 所谓总线，就是一组进行互连和传输 信息（指令、数据和地址）的信号线， 信息（指令、数据和地址）的信号线， 是连接计算机各部件或计算机之间的一 条公共信息通道。 条公共信息通道。总线的性能好坏直接 影响计算机系统的工作效率、可靠性、 影响计算机系统的工作效率、可靠性、 可扩展性以及可维护性等多项功能。 可扩展性以及可维护性等多项功能。
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3．半同步方式 ．
• 此种方式是前两种方式的折中，从总体上看，它是一 个同步系统，仍用系统时钟来定时，利用某一脉冲的 前沿或后沿判断某一信号的状态，控制某一信号的产 生或消失，使传输操作与时钟同步。但是，它又不像 同步传输那样传输周期固定，对于慢速的从模块，其 传输周期可延长时钟脉冲周期的整数倍。 • 半同步方式的总线对快速设备就像同步方式一样，只 由时钟信号单独控制，实现主从之间的握手；对慢速 设备，又像异步方式一样，利用Wait控制信号来改变 总线的传输周期。
逻辑电源+5 V 逻辑接地 逻辑偏置.2/电池
输入
输入/输出
输入/输出 数据总线/地址 输入/输出 扩展总线 输入/输出
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4．分离方式 ．
• 为了充分利用总线空闲时间，将一个读周期分 解成为两个分离的子周期。在第一个子周期， 主模块发送地址和命令及有关信息，经总线传 输，由有关从模块接收下来后，立即和总线断 开，以供其他模块使用。待选中的从模块准备 好数据后，启动第二个子周期，由该模块申请 总线，获准后，将数据发向原要求数据的设备， 由该设备接收。两个子周期均按同步方式传送， 在占用总线时刻，高速进行信息传输。这样， 把两个独立子周期之间的空闲时间给系统中其 他主模块使用，从而大大提高了总线的利用率
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总线结构的优点： • (1) 简化软/硬件的系统设计。 系统采用总线结构，使硬件设计者只需 按总线的规范来设计各种插件板，而不 必考虑其他因素。这样设计出的插件板 具有互换性与通用性，便于大批量生产。 各厂家可以生产出有自己特色的插件， 使产品更有竞争力。
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总线结构的优点： • (2) 用总线连接的系统结构简单，便于 系统扩充与更新。 系统使用总线结构在扩充规模时，只需 往总线上再多插几块同类型的插件；在 扩充功能时，只需插入所需的符合该总 线标准的插件即可；在更新系统时，只 需更换所要更新的插件即可。
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•
2．总线频率 ．
总线频率是总线工作速度的一个重 要参数，工作频率越高，速度越快。例 如总线频率为33 MHz 66 MHz 100 33 MHz、66 MHz、100 MHz、133 MHz等。
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• 3．总线带宽 ．
总线带宽又称总线的数据传输率，是指在 单位时间内总线上可传送的数据总量，用每秒 钟最大传送数据量来衡量，单位是字节/秒(B/s) 或兆字节/秒(MB/s)。与总线带宽密切相关的 两个概念是总线宽度和总线的工作频率。总线 带宽越宽，传输率越高。总线带宽与总线宽度 和总线频率的关系为
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2.3 常用系统总线标准
• 总线标准从性能上可以分为高端总线和低端总 线。所谓低端总线，是指支持8位、16位微处 理器的总线，其重点是进行I/O处理，组合灵 活。 • 高端总线则是指支持32位、64位微处理的总 线，倾向于提高处理能力。因此低端总线I/O 性能较好，高端总线处理能力强，各有偏重。
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2.1.2 总线的分类
图2-1 总线分类图
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• 1．芯片总线 ．
芯片总线又称片内总线，它是用来 连接CPU内部各个逻辑功能单元的公共 总线，是芯片内各单元电路之间相互交 换信息的公共通道。其结构与设计由芯 片生产厂家来完成。
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• 2．片间总线 ．
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1．STD总线的特点 ． 总线的特点
(1) 可靠性高。 (2) 采用小型的功能模块概念，以功能来划分 模板。模板尺寸为165.5 mm×114.3 mm，这 样的小板结构，用户可任意组成自己所需的系 统。 (3) 适应性强，具有兼容开放式的总线结构。 (4) 布线规整，控制功能强。 (5) 不断引进新技术，适应新技术的发展。
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表2-2 STD总线的引脚信号定义表 总线的引脚信号定义表
元 件 引脚 逻辑 电源 1 3 5 7 数据 总线 9 11 13 信号名 VCC GND VBB.1/VBAT D3/A19 D2/A18 D1/A17 D0/A16 面 说明 逻辑电源+5 V 逻辑接地 逻辑偏置.1/电池 引脚 2 4 6 8 10 12 14 信号名 VCC GND VBB.2/DCPD D7/A23 D6/A22 D5/A21 D4/A20 焊 接 面 说 明 信号流向 输入 输入 信号流向 输入 输入 输入 输入/输出 输入/输出 数 据 总 线 / 地 址 输入/输出 扩展总线 输入/输出
片间总线又称元件级总线是指组成 一台微型计算机各芯片(如CPU芯片、存 储器芯片、I/O接口芯片等)间的连接总 线。片间总线通常包括地址总线、数据 总线和控制总线，即所谓的三总线结构。
3．内总线 ．
内总线又称系统总线，主要用于连 接微型计算机系统内插件、CPU及其支 持电路等。
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• 4．外总线 ．
外总线又称通信总线，用于微型计 算机系统之间、微型计算机系统与其他 电子仪器或设备之间的通信。这种总线 不是微型计算机特有的，一般是借用电 子工业或其他领域的总线。
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2.1.3 总线的主要参数
• 1．总线宽度 ．
总线宽度又称总线位宽，指的是总 线能同时传送数据的位数。例如16位总 线、32位总线指的就是总线具有16位数 32 16 据和32位数据传输能力。在工作频率固 定的条件下，总线带宽与总线宽度成正 比。
2.2.2 总线的通信协议
• 1．同步方式 ．
总线上所有模块都在同一时钟的控制 下步调一致地工作，从而实现整个系统 工作的同步。 • 优点：同步握手方式简单，全部系统数 优点： 据传送由单一时钟信号控制，便于电路 设计。完成一次传输的时间较短，适合 高速运行的需要。只要总线上的模块都 是高速的，总线频带便可以做得很宽。 缺点： 缺点：不能满足高速和低速设备在同一 系统中使用。