「硬见小百科」常用外部总线介绍_总线_暗记

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外部总线概述

ExternalBus（外部总线），常日所说的总线(Bus)指片外总线，是CPU与内存RAM、ROM和输入/输出设备接口之间进行通讯的通路，也称系统总线.外部总线又称为通信总线，用于打算机之间、打算机与远程终端、打算机与外部设备以及打算机与丈量仪器仪表之间的通信。
该类总线不是打算机系统已有的总线，而是利用电子工业或其他领域已有的总线标准。
外部总线又分为并行总线和串行总线，并行总线紧张有IEEE-488总线，串行总线紧张有RS232C、RS422C、RS485、IEEE1394以及USB总线等。

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IEEE-488总线概述

IEEE-488 总线是并行总线接口标准。
IEEE-488总线用来连接系统，如微打算机、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总线装置起来。
它按照位并行、字节串行双向异步办法传输旗子暗记，连接办法为总线办法，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。
最大传输间隔为20米，旗子暗记传输速率一样平常为500KB/s，最大传输速率为1MB/s。

IEEE 488是一种并行的外总线，它是20世纪70年代由HP公司制订的。
HP公司为理解决各种仪器仪表与各种打算机的接口时，由于相互不兼容而带来的连接麻烦，而研制了通用接口总线HP—IB总线。
1975年IEEE以IEEE 488标准总线予以推举，1977年国际电工委员会 (IEC)也对该总线进行认可与推举，定名为IEC—IB。
以是这种总线同时利用了IEEE—488，IEC—IB (IEC接口总线)，HP—IB (HP接口总线)或GP—IB (通用接口总线)多种名称。
由于IEEE 488总线的推出，当用IEEE 488标准建立一个由打算机掌握的测试系统时，不要再加一大堆繁芜的掌握电路，IEEE 488系统以机架层叠式智能仪器为紧张器件，构成开放式的积木测试系统。
因此IEEE 488总线是当前工业上运用最广泛的通信总线之一。

IEEE-488总线事情办法

IEEE 488总线接口构造如图8.22所示 .利用IEEE 488总线将微型打算机和其它多少设备连接在一起。
可以采取串行连接，也可以采取星型连接。

图8.22 IEEE 488总线接口构造

在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下3种办法事情。

(1) “听者”办法这是一种吸收器，它从数据总线上吸收数据，一个别系在同一时候，可以有两个以上的“听者”在事情。
可以充当“听者”功能的设备有：微型打算机、打印机、绘图仪等。

(2) “讲者”办法这是一种发送器，它向数据总线发送数据，一个别系可以有两个以上的“讲者”，但任一时候只能有一个讲者在事情。
具有“讲者”功能的设备有：微型打算机、磁带机、数字电压表、频谱剖析仪等。

(3) “掌握者”办法这是一种向其它设备发布命令的设备，例如对其它设备寻址，或许可“讲者”利用总线。
掌握者常日由微型机担当。
一个别系可以有不止一个掌握者，但每一时候只能有一个掌握者在事情。

在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。
有的设备如微型打算机可以同时具有掌握者、听者、讲者3种功能。
有的设备只具有收、发功能，而有的设备只具有吸收功能，如打印机。
在某一时候系统只能有一个掌握者，而当进行数据传送时，某一时候只能有一个发送器发送数据，许可多个吸收器吸收数据。
也便是可以进行一对多的数据传送。

一样平常运用中，例如，微型机掌握的数据丈量系统，通过IEEE 488将微型机和各种测试仪器连接起来，这时，只有微型机具备掌握、发、收3种功能，而总线上的其它设备都没有掌握功能，但仍有收、发功能。
当总线事情时，由掌握者发布命令，规定哪个设备为发送器、哪个为吸收器，而后发送器可以利用总线发送数据，吸收器从总线上吸收数据。

IEEE-488总线的利用约定

(1) 数据传输速率≤1 MB/s。

(2) 连接在总线上的设备 (包括作为主控器的微型机)≤15个。

(3) 设备间的最大间隔≤20 m。

(4) 全体系统的电缆总长度≤220 m，若电缆长度超过220 m，则会因延时而改变定时关系，从而造成事情不可靠。
这种情形应附加调制解调器

(5) 所有数据交流都必须是数字化的。

(6) 总线规定利用24线的组合插头座，并且采取负逻辑，即用小于+0.8V的电平表示逻辑“1”；用大于2V的电平表示逻辑“0”。

RS232C总线的概述

RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）制订的一种串行物理接口标准。
RS是英文“推举标准”的缩写，232为标识号，C表示修正次数。
RS-232-C总线标准设有25条旗子暗记线，包括一个主通道和一个赞助通道，在多数情形下紧张利用主通道，对付一样平常双工通信，仅需几条旗子暗记线就可实现，如一条发送线、一条吸收线及一条地线。
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，驱动器许可有2500pF的电容负载，通信间隔将受此电容限定，例如，采取150pF/m的通信电缆时，最大通信间隔为15m；若每米电缆的电容量减小，通信间隔可以增加。
传输间隔短的另一缘故原由是RS-232属单端旗子暗记传送，存在共地噪声和不能抑制共模滋扰等问题，因此一样平常用于20m以内的通信。

RS232C的电气特性

EIA－RS－232C协议对电器特性、逻辑电平和各种旗子暗记线功能都作了规定。

　　在TxD和RxD上：逻辑1（MARK）＝－3V～－15V

　　逻辑0（SPACE）＝＋3～＋15V

　　在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等掌握线上：

　　旗子暗记有效（接通，ON状态，正电压）＝＋3V～＋15V

　　旗子暗记无效（断开，OFF状态，负电压）＝－3V～－15V

　　以上规定解释了RS－323C标准对逻辑电平的定义。

对付数据（信息码）：

逻辑“1"（传号）的电平低于－3V，逻辑“0"（空号）的电平高于＋3V；对付掌握旗子暗记；接通状态（ON）即旗子暗记有效的电平高于＋3V，断开状态（OFF）即旗子暗记无效的电平低于－3V，也便是当传输电平的绝对值大于3V时，电路可以有效地检讨出来，介于－3～＋3V之间的电压无意义，低于－15V或高于＋15V的电压也认为无意义，因此，实际事情时，应担保电平在±（3～15）V之间。

EIA－RS－232C协议与TTL转换：

RS－232C协议是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。
因此，为了能够同打算机接口或终真个TTL器件连接，必须在EIA－RS－232C协议与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。
实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。
目前较为广泛地利用集成电路转换器件，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平的转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL电平的转换。
MAX232芯片可完成TTL??EIA双向电平转换。

RS232C总线连接器的机器性

连接器：由于RS－232C协议并未定义连接器的物理特性，因此，涌现了DB－25、DB－15和DB－9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。
下面分别先容两种连接器。

（1）DB－25：PC和XT机采取DB－25型连接器。
DB－25连接器定义了25根旗子暗记线，分为4组：

①异步通信的9个电压旗子暗记（含旗子暗记地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22

②20mA电流环旗子暗记 9个（12，13，14，15，16，17，19，23，24）

③空6个（9，10，11，18，21，25）

④保护地（PE）1个，作为设备接地端（1脚）

把稳，20mA电流环旗子暗记仅IBM PC和IBM PC/XT机供应，至AT机及往后，已不支持。

（2）DB－9连接器

在AT机及往后，不支持20mA电流环接口，利用DB－9连接器，作为供应多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。
它只供应异步通信的9个旗子暗记。
DB－25型连接器的引脚分配与DB－25型引脚旗子暗记完备不同。
因此，若与配接DB－25型连接器的DCE设备连接，必须利用专门的电缆线。

电缆长度：在通信速率低于20kb/s时，RS－232C协议所直接连接的最大物理间隔为15m（50英尺）。

最大直接传输间隔解释：RS－232C协议规定，若不该用MODEM，在码元畸变小于4%的情形下，DTE和DCE之间最大传输间隔为15m（50英尺）。
可见这个最大的间隔是在码元畸变小于4%的条件下给出的。
为了担保码元畸变小于4%的哀求，接口标准在电气特性中规定，驱动器的负载电容应小于2500pF。

RS422总线概述

RS-422是串行数据接口标准，最初都是由电子工业协会（EIA）订定并发布的，RS-422由RS-232发展而来，它是为填补RS-232之不敷而提出的。
为改进RS-232通信间隔短、速率低的缺陷，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输间隔延长到4000英尺（速率低于100kb/s时），并许可在一条平衡总线上连接最多10个吸收器。
一种单机发送、多机吸收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。

RS232、RS485和RS485的之间的差异

RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此根本上用户可以建立自己的高层通信协议。
例如：视频做事器都带有多个RS422串行通讯接口，每个接口均可通过RS422通讯线由外部打算机掌握实现记录与播放。
视频做事器除供应各种掌握硬件接口外，还供应协议接口，如RS422接口除支持RS422的Profile协议外，还支持 Louth、Odetics 、BVW等通过RS422掌握的协议。

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会（EIA）订定并发布的，RS-232在1962年发布。
RS-422由RS-232发展而来，为改进RS-232通信间隔短、速率低的缺陷，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输间隔延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并许可在一条平衡总线上连接最多10个吸收器。
RS-422是一种单机发送、多机吸收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
为扩展运用范围，EIA又于1983年在RS-422根本上制订了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即许可多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
1. S-232串行接口标准目前RS-232是PC机与通信工业中运用最广泛的一种串行接口。
RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯间隔的单端标准。
RS-232采纳不平衡传输办法，即所谓单端通讯。
收、发轫的数据旗子暗记是相对付旗子暗记地。
范例的RS-232旗子暗记在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5~+15V，负电平在-5~-15V电平。
当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。
吸收器范例的事情电平在+3~+12V与-3~-12V。
由于发送电平与吸收电平的差仅为2V至3V旁边，以是其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送间隔最大为约15米，最高速率为20Kbps。
RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。
以是RS-232适宜本地设备之间的通信。
2. RS-422与RS-485串行接口标准（1）平衡传输 RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据旗子暗记采取差分传输办法，也称作平衡传输，它利用一对双绞线，将个中一线定义为A，另一线定义为B。
常日情形下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2~+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V~6V，是另一个逻辑状态。
另有一个旗子暗记地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。
“使能”端是用于掌握发送驱动器与传输线的割断与连接。
当“使能”端起浸染时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。
（2）RS-422电气规定由于吸收器采取高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故许可在相同传输线上连接多个吸收节点，最多可接10个节点。
即一个主设备（Master），别的为从设备（Salve），从设备之间不能通信，以是RS-422支持点对多的双向通信。
RS-422四线接口由于采取单独的发送和吸收通道，因此不必掌握数据方向，各装置之间任何必须的旗子暗记交流均可以按软件办法（XON/XOFF握手）或硬件办法（一对单独的双绞线）实现。
RS-422的最大传输间隔为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mbps。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能达到最大传输间隔。
只有在很短的间隔下才能得到最高速率传输。
一样平常100米长的双绞线上所能得到的最大传输速率仅为1Mbps。
RS-422须要一终接电阻，哀求其阻值约即是传输电缆的特性阻抗。
在矩间隔传输时可不需终接电阻，即一样平常在300米以下不需终接电阻。
终接电阻接在传输电缆的最远端。
（3）RS-485电气规定由于RS-485是从RS-422根本上发展而来的，以是RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采取平衡传输办法、都须要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采取二线与四线办法，二线制可实现真正的多点双向通信。
RS-485总线，在哀求通信间隔为几十米到上千米时，广泛采取RS-485 串行总线标准。
RS-485采取平衡发送和差分吸收，因此具有抑制共模滋扰的能力。
加上总线收发用具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输旗子暗记能在千米以外得到规复。
RS-485采取半双工事情办法，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能旗子暗记加以掌握。
RS-485用于多点互连时非常方便，可以省却许多旗子暗记线。
运用RS-485 可以联网构成分布式系统，其许可最多并联32台驱动器和32台吸收器。
RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485知足所有RS-422的规范，以是RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中运用。
RS-485与RS-422一样，其最大传输间隔约为1219米，最大传输速率为10Mbps。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能利用规定最长的电缆长度。
只有在很短的间隔下才能得到最高速率传输。
一样平常100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。

串行总线协议转换器

在打算机掌握系统中，主机常日供应RS-232C标准接口。
但在掌握系统分布较远的情形下，单独由RS232C不能实现远间隔的通信任务，这时须要进行与RS485或RS422的转换。
完成这种转换的器件很多，分为有源和无源两种，有源转换器需供应标准电源，无源转换器利用RS232C内部的电源旗子暗记供电。

通用串行总线的概述

通用串行总线总线的供应商(Universal Serial Bus, USB），是一种用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线构造，紧张用在中速和低速的外设。
通用串行总线同时又是一种通信协议，支持主机和USB的外围设备之间的数据传输。
通用串行总线支持每秒12兆比特的数据速率。

利用通用串行总线，新的设备可以被添加到你的打算机上，而不须要添加适配卡或者乃至是须要将打算机关闭。
通用串行总线外围总线标准是由康柏，IBM，DEC ，Inter，微软，NEC，以及北方电信开拓的，还有所有的打算机和设备供应商免费供应的技能。
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通用串行总线的传输办法

通用串行总线供应了四种传输办法，以适应各种设备的须要。

1、掌握传输办法：掌握传输是双向传输，数据量常日较小，紧张用来进行查询、配置和给通用串行总线设备发送通用的命令。
掌握传输紧张用在主打算机和通用串行总线外设中端点０之间。

2、等时传输办法：等时传输供应了确定的带宽和间隔韶光。
它被用于韶光严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于哀求恒定的数据传送率的即时运用中。
例如进行语音业务传输时，利用等时传输办法是很好的选择。

3、中断传输办法：中断办法传送是单向的并且对付主机来说只有输入的办法。
中断传输办法紧张用于定时查询设备是否有中断数据要传送，该传输办法运用在少量的、分散的、不可预测的数据传输。
键盘、游戏杆和鼠标就属于这一类型。

4、大量传输办法：紧张运用在没有带宽和间隔韶光哀求的大量数据的传送和吸收，它哀求担保传输。
打印机和扫描仪属于这种类型。

通用串行总线特点

通用串行总线最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其最大的特点是支持热插拔（Hot plug）和即插即用 (Plug&Play)。
当设备插入时，主机列举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此利用远比PCI和ISA总线方便。

通用串行总线速率比平行埠并联总线（Parellel Bus，例如EPP、LPT）与串联埠总线（Serial Port，例如RS-232）等传统电脑用标准总线快上许多。
原标准中USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps，USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。

通用串行总线的设计为非对称式的，它由一个主机（host）掌握器和多少通过hub设备以树形连接的设备组成。
一个掌握器下最多可以有5级hub，包括Hub在内，最多可以连接127个设备，而一台打算机可以同时有多个掌握器。
和SPI-SCSI等标准不同，USB hub不须要闭幕器。

通用串行总线可以连接的外设有鼠标、键盘、gamepad、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。
对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口；由于大大简化了与打算机的连接，USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接办法。
2004年已经有超过1亿台USB设备；到2005年显示器和高清晰度数字视频外设是仅有的USB未能问鼎的外设种别，由于他们须要更高的传输速率。

通用串行总线的电气特性

详细的USB的电器特性的干系内容是在USB规范。
而在此，仅列出用户所需把稳的一些特性。
如图1所示，呈现了在全速设备与PC主机之间电气特性的连接。
除了Vcc（＋5 V）与接地线外，须要特殊把稳的是D＋与D-的差动数据旗子暗记线。
首先，在连接至USB收发器之前必须先串接9O～44Ω的电阻。
而后根据不同的USB设各的传输速率（全速或低速），改变在设各真个提升电阻1．5×（1±5％）kΩ的位置。
这个提升电阻，也可视为设各端电阻。
对付全速设备（12 Mbps），就将提升电阻接至D＋旗子暗记线与电源之间的位置。
如果是低速设各（1．5 Mbps），就将提升电阻接到D一旗子暗记线与电源之间的位置，如图1．15所示。
这个电压源的范围为3．0～3．6 V。
但对付USB 2。
0的高速传输，这个提升电阻被省略，改以自动切换的办法。
末了，D＋与D-两条旗子暗记线在PC主机的根集线器或集线器端同时接上15 kΩ的下拉电阻并连至接地端。
用户也可视这些下拉电阻为集线器端电阻。

　　图1 全速设备与PC主机之间电气特性的连接图

　　图2 低速设备与PC主机之间电气特性的连接图

全体PC主机与设备之间的电气特性是如何操作的呢？首先，在设备未连接至PC主机的根集线器或集线器的连接端口时，D＋与D-两条旗子暗记线由于下拉电阻的关系，险些都视为接地，但是若有一个设各刚连接上时，由于提升电阻（1．5 kΩ）与下拉电阻（15 kΩ）形成了一个分压器；因此个中有一条数据旗子暗记线（D＋或D-）的电位将被提升至电压Vdc的90％旁边。
此时，当集线器检测到个中的一条数据旗子暗记线趋近3 Vcc，而其余一条仍坚持接地状态时就可确定有一设备已连接上。
PC主机会不断地每隔一样平常韶光来查询根集线器，检讨D＋与D一的电位变革，以理解设备的连接状态