总线接口的扩展

串行通信的优点
• 串行相比于并行的主要优点是要求的线数较少。 例如，用在汽车工业中的LIN串行总线只需要
一根线来与从属器件进行通信，Dallas公司的 1Wire总线只使用一根线来输送信号和电源。较少 的线意味着所需要的控制器引脚较少。集成在一 个微控制器中的并行总线一般需要8条或更多的线， 线数的多少取决于设计中地址和数据的宽度，所 以集成一个并行总线的芯片至少需要8个引脚来与 外部器件接口，这增加了芯片的总体尺寸。相反 地，使用串行总线可以将同样的芯片集成在一个 较小的封装中。
• 由于在消费类电子产品、计算机外设、汽 车和工业应用中增加了嵌入式功能，对低
成本、高速和高可靠通信介质的要求也不
断增长以满足这些应用，其结果是越来越
多的处理器和控制器用不同类型的总线集 成在一起，实现与PC软件、开发系统(如仿 真器)或网络中的其它设备进行通信。目前 流行的通信一般采用串行或并行模式，而 串行模式应用更广泛。
第二章 总线接口的扩展
总线介绍
• 微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总 线。内部总线是微机内部各外围芯片与处理器之 间的总线，用于芯片一级的互连；
• 而系统总线是微机中各插件板与系统板之间的总 线，用于插件板一级的互连；
• 外部总线则是微机和外部设备之间的总线，微机 作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息 与数据交换，它用于设备一级的互连。
内部总线
1．SPI总线 串行外围设备接口SPI（serial peripheral interface）
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。
• DCE英文全称Data Circuit-terminating Equipment，数字通信设备，通常指调制解调器， 多路复用器或数字设备。
• 它们主要是用于异步传输模式中。
• 它们之间的区别是DCE一方提供时钟，DTE不提 供时钟，但它依靠DCE提供的时钟工作。比如PC 机和MODEM之间的连接。PC机就是一个DTE， MODEM是一个DCE。DTE可以从硬件上区别它 的接口为针式，DCE的接口为孔式。
VESA（video electronics standard association） 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(VESA local bus)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。
• EIA/TIA 232有时又被称作RS-232-C. • RS(Recommended Standard)代表推荐标准
(EIA制定的标准一般都被冠以"RS" )，232是标 识号，C代表RS-232的最新一次修改。
• DTE英文全称Data Terminal Equipment，数 字终端设备，指一般的终端或是计算机。可能是 大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据 的打印机。
全双工时，这两个信号一直有效即可。
• 接收线信号检出(Received Line detectionRLSD)——用来表示DCE已接通通信链路，告知 DTE准备接收数据。当本地的MODEM收到由通信 链路另一端（远地）的MODEM送来的载波信号时， 使RLSD信号有效，通知终端准备接收，并且由 MODEM将接收下来的载波信号解调成数字两数据 后，沿接收数据线RxD送到终端。此线也叫做数据 载波检出(Data Carrier dectection-DCD）线。 • 振铃指示(Ringing-RI)——当MODEM收到交 换台送来的振铃呼叫信号时，使该信号有效（ON状 态），通知终端，已被呼叫。
• 另外，在PCB板设计中并行总线需要更多 的线来与其它外设接口，使PCB板面积更 大、更复杂，从而增加了硬件成本。此外， 工程师还可以很容易地将一个新器件加到 一个串行网络中去，而且不会影响网络中 的其它器件。例如，可以很容易地去掉总 线上旧器件并用新的来替代 .
• 串行总线的故障自诊断和调试也非常简单， 可以很容易地跟踪网络中一个有故障的器 件并用新器件替换而不会干扰网络。但另 一方面，并行总线比串行速度快。例如， Rambus公司的“Redwood”总线速度可高 达6.4GHz，而最高的串行速度不会超过几 个兆赫。
• 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。
• PCI总线 PCI（peripheral component
interconnect）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（micro channel architecture） 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。
系统总线
• 1．ISA总线 ISA（industrial standard
architecture）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。
采用Modem(DCE)和电话网通 信时的信号连接
采用专用电话线通信
近距离通信： 零Modem 的最简连线（3线制）
零Modem标准连接
RS232的电气特性
• 电气特性 EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种
信号线功能都作了规定。
(1)在TxD和RxD上：逻辑1(MARK)=-3V～-15V 逻辑0(SPACE)= 3～＋15V
DB9只有9根线，遵循RS232标准。定义如下： DTR,DSR------DTE设备准备好/DCE设备准备好。主流
控信号。
RTS,CTS------请求发送/清除发送。缺省时是DCE向 DTE发送数据，当DTE决定向DCE发数据时，先有效RTS， 表示DTE希望向DCE发送，一般DCE不能马上转换收发状 态，DTE就通过监测CTS是否有效来判断可否发送，这样避 免了DTE在DCE未准备好时发送所导致的数据丢失。
• 5．Compact PCI
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。
Compact PCI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。Compact PCI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
(2)在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上： 信号有效（接通，ON状态，正电压）＝ 3V～ 15V 信号无效（断开，OFF状态，负电压)=-3V～15V
• 2．EISA总线
EISA总线是19wk.baidu.com8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。
• 3．VESA总线
常用总线类型比较
RS-232-C
• 它是由是美国电子工业协会/电信工业协会 (Electronic Industries Association / Telecommunications Industries Association， EIA/TIA)在1969年公布的通信协议标准。它最 初主要用于近距离的DTE和DCE设备之间的通信。 后来被广泛用于计算机的串行接口(COM1、 COM2等)与终端或外设之间的近地连接标准。该 标准在数据传输速率20Kbps时，最长的通信距 离为15米。
2. 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。
• 4．USB总线
通用串行总线USB（universal serial bus） 是由Intel、 Compaq、Digital、IBM、 Microsoft、NEC、Northern Telecom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。
• 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。
外部总线
• 1．RS-232-C总线 RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic
Industry Association）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。