總線技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

依據(jù)前面對(duì)總線的定義可知總線的基本作用就是用來(lái)傳輸信號(hào)，為了各子系統(tǒng)的信息能有效及時(shí)的被傳送，為了不至于彼此間的信號(hào)相互干擾和避免物理空間上過(guò)于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復(fù)用技術(shù)，也就是說(shuō)總線傳輸?shù)幕驹砭褪嵌嗦窂?fù)用技術(shù)。所謂多路復(fù)用就是指多個(gè)用戶共享公用信道的一種機(jī)制，目前最常見(jiàn)的主要有時(shí)分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等。

時(shí)分多路復(fù)用(TDMA)

時(shí)分復(fù)用是將信道按時(shí)間加以分割成多個(gè)時(shí)間段，不同來(lái)源的信號(hào)會(huì)要求在不同的時(shí)間段內(nèi)得到響應(yīng)，彼此信號(hào)的傳輸時(shí)間在時(shí)間坐標(biāo)軸上是不會(huì)重疊。

頻分多路復(fù)用(FDMA)

頻分復(fù)用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號(hào)經(jīng)過(guò)頻率調(diào)制后的頻譜占用其中的一個(gè)頻段，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)多路不同頻率的信號(hào)在同一信道中傳輸。而當(dāng)接收端接收到信號(hào)后將采用適當(dāng)?shù)膸?a href="http://www.ttokpm.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器和頻率解調(diào)器等來(lái)恢復(fù)原來(lái)的信號(hào)。

碼分多路復(fù)用(CDMA)

碼分多路復(fù)用是所被傳輸?shù)男盘?hào)都會(huì)有各自特定的標(biāo)識(shí)碼或地址碼，接收端將會(huì)根據(jù)不同的標(biāo)識(shí)碼或地址碼來(lái)區(qū)分公共信道上的傳輸信息，只有標(biāo)識(shí)碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會(huì)被接收。

總線主要技術(shù)指標(biāo)

評(píng)價(jià)總線的主要技術(shù)指標(biāo)是總線的帶寬(即傳輸速率)、數(shù)據(jù)位的寬度(位寬)、工作頻率和傳輸數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性等。

帶寬(傳輸速率)、位寬和工作頻率

總線的帶寬指的是單位時(shí)間內(nèi)總線上傳送的數(shù)據(jù)量，即每鈔傳送MB的最大數(shù)據(jù)傳輸率?？偩€的位寬指的是總線能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，或數(shù)據(jù)總線的位數(shù)，即32位、64位等總線寬度的概念;總線的位寬越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越大，總線的帶寬就越寬?？偩€的工作時(shí)鐘頻率以MHz為單位，它與傳輸?shù)慕橘|(zhì)、信號(hào)的幅度大小和傳輸距離有關(guān)。在同樣硬件條件下，我們采用差分信號(hào)傳輸時(shí)的頻率常常會(huì)比單邊信號(hào)高得多，這是因?yàn)椴罘中盘?hào)的的幅度只有單邊信號(hào)的一半而已。

總線的帶寬、位寬和工作頻率，這三者密切相關(guān)，它們之間的關(guān)系：

傳輸數(shù)據(jù)的可靠性

可靠性是評(píng)定總線最關(guān)鍵的參數(shù)，沒(méi)有可靠性，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是錯(cuò)誤的信息，便就失去了總線的實(shí)際意義。為了提高總線的可靠性，通常采用的措施有：

1、采用數(shù)據(jù)幀發(fā)送前發(fā)送器對(duì)總線進(jìn)行偵聽(tīng)，只有偵聽(tīng)到總線處于空閑狀態(tài)下時(shí)才可向總線傳送數(shù)據(jù)幀，這樣避免了不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)沖突。

2、采用雙絞線差分信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)，以降低單線的電壓升降幅度，減小信號(hào)的邊沿產(chǎn)生的高次諧波。

3、適當(dāng)?shù)淖寯?shù)據(jù)的邊沿具有一定的斜坡。

4、增加匹配電阻和電容等來(lái)減少總線上信號(hào)的發(fā)射和平衡總線上的分布電容等。

5、采用合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和屏蔽技術(shù)等來(lái)減少受其他信號(hào)的干擾。

幾種典型的總線技術(shù)及特點(diǎn)

STD系統(tǒng)總線

1、模塊化的小板結(jié)構(gòu)、開(kāi)放式的靈活組態(tài)

STD總線使得微機(jī)系統(tǒng)被劃分成若干模塊，并制作成標(biāo)準(zhǔn)的功能模板(插件卡)。用戶可根據(jù)需要選擇功能模板組成自己的微機(jī)，插件卡與外設(shè)之間可用其他方式連接，因此可以靈活方便地構(gòu)成適應(yīng)不同要求的微機(jī)系統(tǒng)。

2、高可靠性、高抗干擾能力和高信號(hào)質(zhì)量

STD總線優(yōu)良的物理特性使之具有抗惡劣環(huán)境的能力。其模塊化小尺寸結(jié)構(gòu)使其具有抗沖擊和振動(dòng)的能力，也可以減少自身發(fā)熱產(chǎn)生的問(wèn)題。由于STD總線采用印刷電路板邊緣做接插件，可防止插件卡反插，引腳彎曲或折斷。同時(shí)STD總線的結(jié)構(gòu)可使信號(hào)流有序地從總線接口流向用戶接口，提高了信號(hào)的質(zhì)量。

3、兼容的結(jié)構(gòu)、配套的產(chǎn)品和齊全的功能

STD總線的兼容式結(jié)構(gòu)可以使8位的STD產(chǎn)品與新標(biāo)準(zhǔn)的16位或32位STD產(chǎn)品一起工作。STD總線還支持多處理器系統(tǒng)。隨著技術(shù)的發(fā)展和STD產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，其標(biāo)準(zhǔn)插件板的功能不斷增強(qiáng)，配套產(chǎn)品越來(lái)越豐富，給使用帶來(lái)極大方便。

RS-232C通信總線

RS-232C是一種串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)，也是數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通信設(shè)備(DCE)之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，是1969年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(EIA)從CCITT遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)中導(dǎo)出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)初制定這一標(biāo)準(zhǔn)的目的是為了使不同廠家生產(chǎn)的設(shè)備能達(dá)到接插的兼容性，即無(wú)論哪一家生產(chǎn)的設(shè)備，只要具有RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口，則不需要任何轉(zhuǎn)換電路就可以互相接插起來(lái)，但這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)只保證硬件兼容而不保證軟件兼容。

RS-232C標(biāo)準(zhǔn)包括機(jī)械指標(biāo)和電氣指標(biāo)，其中機(jī)械指標(biāo)規(guī)定：RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口通向外部的連接器(插針和插座)是一個(gè)“D”型保護(hù)殼25針插頭。

RS-232C的主要特點(diǎn)

1、信號(hào)線少：RS-232C總線共有25根線，它包括有主副兩個(gè)通道，用它可進(jìn)行雙工通信。實(shí)際應(yīng)用中，多數(shù)只用主信號(hào)通道(即第一通道)，并只使用其中幾個(gè)信號(hào)(通常3~9根線)。

2、傳輸距離遠(yuǎn)(相對(duì)于并行)：由于RS-232C采用串行傳輸方式，并將TTL電平轉(zhuǎn)換成了RS-232C電平，在基帶傳輸時(shí)，距離可達(dá)30m。若是采用光電隔離20A電流環(huán)傳送，其傳輸距離可達(dá)1000m 。當(dāng)然，如果在串行接口加上調(diào)制解調(diào)器，利用有線、無(wú)線或光纖進(jìn)行傳送，其距離會(huì)更遠(yuǎn)。

3、可供選擇的傳輸速率多：RS-232C規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)傳送速率有：50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。可以靈活地使用于不同速率的設(shè)備。

4、抗干擾能力強(qiáng)：RS-232C采用負(fù)邏輯，空載時(shí)以+3~+25V之間任意電壓表示邏輯“0”，以-3~-25V之間任意電壓表示邏輯“1”，且它是無(wú)間隔不歸零電平傳送，從而大大提高了抗干擾能力。

RS-422A總線

RS-422A采用平衡輸出的發(fā)送器，差分輸入的接收器。發(fā)送器有兩根輸出線，當(dāng)一條線向高電平跳變的同時(shí)，另一條輸出線向低電平跳變，線之間的電壓極性因此翻轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。在RS-422A線路中發(fā)送信號(hào)要用兩條線，接收信號(hào)也要用兩條線，對(duì)于雙工通信，至少要有4根線。由于RS-422A線路是完全平衡的，一般情況下，RS-422A線路不使用公共地線。這使得通信雙方由于地電位不同而對(duì)通信線路產(chǎn)生的干擾減至最小。雙方地電位不同產(chǎn)生的信號(hào)成為共模干擾會(huì)被差分接收器濾波掉，而這種干擾卻能使RS-232C的線路產(chǎn)生錯(cuò)誤。

RS-485總線

RS-485總線使用接口電路進(jìn)行全雙工通信，需要兩對(duì)線或4條線，使線路成本增加。RS-485適用于收發(fā)雙方共用一對(duì)線進(jìn)行通信，也適用于多個(gè)點(diǎn)之間共用一對(duì)線路進(jìn)行總線方式聯(lián)網(wǎng)，通信只是半雙工的。

由于共用一條線路，任何時(shí)刻，只允許有一個(gè)發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)，其它發(fā)送器必須處于關(guān)閉(高阻)狀態(tài)，這是通過(guò)發(fā)送器芯片上的發(fā)送允許端控制的。例如，當(dāng)該端為高電平時(shí)，發(fā)送器可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而為低電平時(shí)，發(fā)送器的兩個(gè)輸出端都呈現(xiàn)高阻狀態(tài)，好象從線路上脫開(kāi)一樣。

IEEE 488總線

IEEE 488是一種并行的外總線，它是20世紀(jì)70年代由HP公司制定的。1975年IEEE以IEEE- 488標(biāo)準(zhǔn)總線予以推薦，1977年國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)也對(duì)該總線進(jìn)行認(rèn)可與推薦，定名為IEC-IB。所以這種總線同時(shí)使用了IEEE-448，IEC-IB(IEC接口總線)，HP-IB(HP接口總線)或GP-IB(通用接口總線)多種名稱(chēng)。由于IEEE-448總線的推出，使得當(dāng)用IEEE-448標(biāo)準(zhǔn)建立一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的測(cè)試系統(tǒng)時(shí)，不要再加一大堆復(fù)雜的控制電路，IEEE-488系統(tǒng)以機(jī)架層疊式智能儀器為主要器件，構(gòu)成開(kāi)放式的積木測(cè)試系統(tǒng)，因此IEEE-488總線是當(dāng)前工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的通信總線之一。

IEEE-488總線使用的約定：1、·數(shù)據(jù)傳輸速率≤1MB/S。2、·連接在總線上的設(shè)備(包括作為主控器的微型機(jī))≤15個(gè)。3、·設(shè)備間的最大距離≤20M。4、·整個(gè)系統(tǒng)的電纜總長(zhǎng)度≤220M，若電纜長(zhǎng)度超過(guò)220M，則會(huì)因延時(shí)而改變定時(shí)關(guān)系，從而造成工作不可靠。這種情況應(yīng)附加調(diào)制解調(diào)器。5、·所有數(shù)字交換都必須是數(shù)字化的。6、·總線規(guī)定使用24線的組合插頭座，并且采用負(fù)邏輯，即用小于+0.8V的電平表示邏輯“1”;用大于2V的電平表示邏輯“0”。

系統(tǒng)上設(shè)備的工作方式：1、“聽(tīng)者”方式：這是一種接收器，它在數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)，一個(gè)系統(tǒng)在同一時(shí)刻，可以有兩個(gè)以上的“聽(tīng)者”在工作。2、“講者”方式：這是一種發(fā)送器，一個(gè)系統(tǒng)可以有兩個(gè)以上的“講者”但任一時(shí)刻只能有一個(gè)講者在工作。3、“控者”方式：這是一種向其他設(shè)備發(fā)布命令的設(shè)備，例如對(duì)其他設(shè)備尋址，或允許“講者”使用總線。任一時(shí)刻只能有一個(gè)控者。

IEEE- 488 總線傳送數(shù)據(jù)時(shí)序：IEEE-488總線上數(shù)據(jù)傳送采用異步方式，即每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都要利用DAV，NRFD和NDAC 3條信號(hào)線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。

審核編輯：湯梓紅