造成传输错误。 负载能力为400pF，据此可以估算出总线允许长度和所接器
件数量。
I2C总线接口
I2C总线
一个数据字节有8位组成，总线对每次传送的字节数没有限 制，但每个字节后必须跟一位应答位。
在SCL低电平期间，SDA上的电平才允许变化。每个SCL脉 冲对应SDA上的一位数据。
起始信号(S)：SCL高电平期间，SDA上出现了下降沿。 起始信号(P)：SCL高电平期间，SDA上出现了上升沿。
速率称号
低速(Low-Speed) 全速(Full-Speed) 高速(High-Speed)
超高速(Super-Speed)
10Gbps
超高速+(Super-Speed+)
推出时间 1996年1月 1998年9月 2000年4月 2008年11月
2013年12月
思考
总线一般分为哪三种，有何异同？ 对比I2C总线和SPI总线的异同。 PC/104总线与ISA和PCI总线有关系吗？ RS-232和RS-485有什么区别？
第1 节 内部总线
SPI总线
SPI(Serial Peripheral Interface)总线 Motorola公司推出的一种同步串行接口。在主器件的移位脉
冲下，数据按高位在前，低位在后的顺序进行传输。 在点对点的通信中，不需要进行寻址操作，且为全双工通信。
在多个从器件的系统中，每个从器件需要独立的使能信号进 行选通。
I2C总线的数据传送
I2C总线
起始信号后的第一个字节是寻址字节。 寻址字节的高七位是接收设备的地址，第八位是传送方向
位，0表示主控设备发送数据，1表示主控设备接收数据。 寻址字节后面可以是很多数据字节，每个字节后都要有一
位发自接收设备的应答信号。 在结束与该接收设备的通讯时，主控设备必须发出终止信
PCI总线插槽
PCI总线
总线中有三类设备：PCI主设 备、PCI从设备和桥设备。
树型结构，独立于CPU总线， 可以和CPU总线并行操作。总 线上可以挂接PCI设备和PCI桥 片，PCI总线上只允许有一个 PCI主设备，其他的均为PCI从 设备，而且读写操作只能在主 从设备之间进行，从设备之间 的数据交换需要通过主设备中 转。
PCI总线实现了中断共享：ISA卡中断是独占的，当有多块 ISA卡要用中断时会有问题。PCI总线的中断共享由硬件与软 件两部分组成。硬件上，采用电平触发的办法。软件上，采 用中断链的方法。
PC/104总线
PC/104 总线
专门为嵌入式控制而定义的工业控制总 线，其信号定义和ISA总线基本一致，但 电气和机械规范却完全不同。
采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，分别定 义为A、B。“使能”端用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。 当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态。
发送驱动器A、B之间的正电平在+2～+6V，是逻辑“1”，负电平在 -2～-6V，表示逻辑“0”。当接在收端AB之间有大于+200mV的电平 时，输出正逻辑电平，表示逻辑“1”，小于-200mV时，输出负逻 辑电平，表示逻辑“0”。
计算机控制技术
第四章
计算机控制系统中的总线技术
内部总线 系统总线 外部总线
总线技术概述
总线：即一束公用信号线的集合。其定义了各引线的信号、 时序、电气和机械特性，为计算机系统内部各部件、各模 块间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路。
分类：总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。 内部总线是计算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； 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； 外部总线是微机和外部设备之间的总线，微机通过该总 线和其他设备进行信息与数据交换，用于设备一级的互 连。
一种经过优化的、小型、堆栈式结构。 PC/104总线产品软件上与PC/AT完全兼容。
PC/104 Plus总线
PC/104总线模块
专为PCI总线设计，可以连接高速设备。 通过增加4x30=120孔插座，PC/104 Plus包括PCI 2.1版本的所有信号。
为向下兼容， PC/104 Plus保持PC/104所有特性。
DB-25和DB-9连接器及管脚功能
DB-25管脚功能说明
RS-232总线
电气特性
采用负逻辑，各种信号电平规定如下： 数据信号逻辑“1”:-3V～-15V（一般用-12V） 数据信号逻辑“0”:+3V～+15V（一般用+12V）
在RS-232与TTL电路之间进行电平和逻辑关系变换的常 用芯片包括：MAX232、MAX3232等。
半双工二线制总线，只能提供单向数据流传输，而USB 3.0采用四线制差分信号线，故而支持双向并发数据流 传输。
USB接口常见类型
USB总线
USB版本 USB1.0 USB1.1 USB2.0 USB3.0
USB 3.1
USB接口常见类型

理论最大传输速率
1.5Mbps 12Mbps 480Mbps
5Gbps
一般采用总线拓扑结构，每个网段最多连接32个节点， 传输距离不超过1200m，如果应用需要超过这个限制， 可利用中继器进行扩展。为了减少信号长线传输时，由 于阻抗不连续造成的波反射问题，在总线的两端配置终 端电阻。
RS-485总线
RS-485总线拓扑的网络连接
USB总线
最大的特点是支持热插拔和即插即用。 可为设备提供电源，基于差分信号传输，USB 2.0基于
相对于PC/104，增加了第三个连结接口支持PCI总线； 加入了控制逻辑单元，以满足高速度总线的需求； 改变了组件高度的需求，增加模块的柔韧性。
第3 节 外部总线
RS-232总线
机械特性和管脚功能
用于数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间 串行二进制数据通讯的标准。
对DB-25连接器的引脚的电平和功能等加以规定。后简 化成DB-9连接器。
PC/104总线
PC/104总线特点
小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是96×90mm； 堆栈式连接：去掉总线背板和插板滑道，总线以“针”和
“孔”形式层叠连接，这种层叠封装有极好的抗震性； 轻松总线驱动：减少元件数量和电源消耗，4mA总线驱动
即可使模块正常工作，每个模块1-2W能耗。
PC/104总线特点
PCI总线结构
PCI总线
对比ISA总线，PCI总线优势：
数据宽度和速度的提升：从数据宽度上看，PCI总线从 32bit已发展到了64bit；从总线速度上看，33MHz、66MHz 不断提高，改良的PCI系统——PCI-X，从133MHz开始，可 以提高的533MHz。
即插即用的实现：即插即用是当板卡插入系统时，系统会自 动对板卡所需资源进行分配，如基地址、中断号等，并自动 寻找相应的驱动程序。简化了ISA板卡需要进行复杂的手动 配置的繁琐。
SPI总线接口
SS：从器件使能 信号，由主器件 控制，有的芯片 会标注为CS。
I2C总线
I2C(Inter-Integrated Circuit)总线 Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线； 当总线空闲时，SDA(串行数据线)和SCL(串行时钟线)都是
高电平。 线路中电容会影响总线传输速度。当电容过大时，有可能
RS-485接口
RS-485传输电压范围
RS-485总线
网络连接
只是物理层的接口规范，只规定了物理接口的机械、电 气特性等，并没有对通信中的链路连接、网络控制权问 题做出相关规定。
一些通信协议采用RS-485作为其物理层的接口标准，如 PROFIBUS、BACnet和SAEJ1708等。
每个节点都具有发送和接收的能力，但同一时刻只能有 一个节点向总线上发送报文，因此，一般采用主从方式 进行通信。
若不使用MODEM，在码元畸变小于4%的情况下，最大传 输距离为15m（50英尺）。驱动器的负载电容应小于 2500pF。
RS-232总线
常用连接方式
在工业领域应用时， 一般只使用RXD、TXD、 GND三条线，采用最简 单连接方式进行连接。
RS-232常用连接方式
RS-485总线
接口与电气性能
号(P)，或者发出对另一个设备传输数据的起始信号(S)。
I2C总线的数据传送
第2 节 系统总线
ISA总线
IBM公司
1981年推出基于8位机的PC/XT总线，PC总线 1984年推出基于16位机的PC/AT总线，AT总线
Intel公司、IEEE和EISA集团联合推出
与IBM/AT原装机总线意义相近的ISA(Industry Standard Architecture)总线，即8/16位的“工业标 准结构”：数据传输率最高8MB/s, 寻址空间为 224=16MB
ISA总线
ISA总线的定义:
ISA总线
ISA总线插槽
PCI总线
• PCI(Peripheral Component Interconnect)
同步的独立于处理器的32位或64位局部总线。从结构 上看，PCI是在CPU和系统总线之间插入的一级总线。
信号线分成必需的和可选的两大类。总数为120条（包 括电源、地、保留引脚等）。