《桂小林全套配套课件微型计算机接口技术 第3章 总线驱动与接口 2011》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桂小林全套配套课件微型计算机接口技术 第3章 总线驱动与接口 2011（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 总线线驱动与接口 桂小林 西安交通大学 1西安交通大学计算机系桂小林制作 目录 n3 1 总线技术概述 n3 2 总线驱动与控制 n3 3 系统总线 n3 4 外部总线 通信总线 n3 5 单片机常用接口总线 2 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 1 总线技术概述 n总线的概念与分类 片内总线 片间总线 系统总 线和通信总线 n片内总线是指连接集成电路芯片内部各功能单元的信息通 路 n片间总线是芯片引出的总线 用来实现一个电路板内芯片 与芯片间的互联 片间总线又称为板内总线 元件级总线 芯片间总线 n系统总线是指连接微处理器 主存储器和I O接口等系统 部件的一组公共信息通路 系统总
2、线又称为板级总线 板 间总线或内总线 n通信总线又称为I O总线或外总线 是指连接微型计算机 主机与I O设备 仪器仪表 甚至其它微型计算机的总线 3 西安交通大学计算机系桂小林制作 总线的特性 n物理特性也称机械特性 是指总线的物理形态和布 局 机械连接性能等 n功能特性是指总线中各个信号线的功能 比如地址 总线传送地址信息 数据总线传送数据信息 而控 制总线既传送各种控制信息 n电气特性是指信号的传递方向 工作电平 负载能 力的最大额定值等 n时间特性 即过程特性 定义每根线在什么时间有 效 即总线上各信号有效的时序关系 一般用信号 时序图来描述 4 西安交通大学计算机系桂小林制作 总线的
3、性能指标 n总线的带宽指的是单位时间内总线上可传送的数据 量 即每秒钟传送多少字节 与总线带宽密切相关 的两个概念是总线的位宽和总线的工作频率 n总线的位宽指的是总线能同时传送的数据位数 即 8位 16位 32位 64位等总线宽度的概念 在工 作频率一定的条件下 总线的带宽与总线的位宽成 正比 n总线的工作频率也称为总线的时钟频率 以MHz为 单位 它是指用于协调总线上的各种操作的时钟信 号的频率 工作频率越高则总线工作速度越快 也 即总线带宽越宽 5 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 2 总线驱动与控制 n总线竞争是指同一时刻有两个或两个以上部件向总 线传送信息 n总线负载 n直流负载 某
4、个集成电路芯片的驱动能力是指该芯片在规 定的性能下向下一级电路提供 或吸收 电流的能力 n交流负载 允许在其输出端所接的等效电容的能力 6 西安交通大学计算机系桂小林制作 总线隔离与驱动 n为了防止总线竞争 减轻总线负载 可以在总线和 各个部件之间引入三态门电路以实现总线与各个设 备的隔离 n三态门的引入不仅实现了总线隔离 而且还可以提 高总线的负载驱动能力 n典型的双向三态门电路是74LS245 通常连接在数 据总线上 用于控制和驱动数据信号的双向传输 n典型的单向三态门电路是74LS373和74LS244 可以对单向传送的地址和控制信号进行控制和驱动 其中74LS373还具有锁存功能 特别
5、适合于在地 址 数据总线分时复用的情况下锁存地址信号 7 西安交通大学计算机系桂小林制作 IBM PC XT总线的形成 245245 373373 8 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 系统总线 9 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 1 系统总线概述 n最早的PC总线是IBM公司于1981年推出的基于8位 机PC XT的总线 称为PC总线 n1984年IBM公司推出了16位PC机PC AT 其总线 称为AT总线 然而IBM公司从未公布过AT总线规 格 为了能够合理地开发外插接口卡 由Intel公司 IEEE和EISA集团联合开发了与IBM AT原装机 总线意义相近的ISA总线 即8
6、 16位的ISA Industry Standard Architecture 工业标准结构 总线 n随着计算机应用领域的扩大 总线技术也随之不断 创新 由最初的PC XT到ISA MCA EISA VESA AGP再到PCI PCIE PCI X等 n总线标准不断出现和升级换代 10西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 2 IBM PC XT总线 nPC XT总线每个插槽有62根信号引脚 分为A B两 面 n包括8位数据线 20位地址线 6个中断请求信号和 4个DMA通道的请求与应答信号 通道0用于动态 存储器刷新 无请求信号 还包括存储器读写信 号 I O读写信号 以及时钟 电源 地等信
7、号 11 西安交通大学计算机系桂小林制作 IBM PC XT总线 12 西安交通大学计算机系桂小林制作 IBM PC XT总线 13 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 3 ISA总线 nISA总线在IBM PC XT总线的基础上增加了一个附 加插槽 分为C D两面 共36根引脚 n主要包括8位数据线和4位地址线 使ISA总线数据 宽度扩充为16位 而地址总线扩充为24位 n此外还增加了6根中断请求信号和4个通道的DMA 联络信号等 14 西安交通大学计算机系桂小林制作 ISA总线 15 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 4 PCI总线 n1991年下半年 Intel公司首先提出了P
8、CI Peripheral Component Interconnect 的概念 并联合IBM Compaq AST HP DEC等100多家公司成立了PCI集团 于1993年正式推出了PCI局部总线标准 PCI总线 PCI总线是一 种不依附于某个 具体处理器的局 部总线 可用32位数据 传输 也可扩展 为64位 16 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 3 5 AGP总线 nAGP Accelerated Graphics Port 即加速图形端口 它 是一种为了提高视频带宽而设计的总线规范 它支持的AGP 插槽可以插入符合该规范的AGP插卡 其视频信号的传输速 率可以从PCI的132MB
9、s提高到266MB s 1模式 或 者532MB s 2模式 17 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 外部总线 通信总线 n外部总线用于计算机之间 计算机和一部分外设之 间的通信 也称为通信总线 n3 4 1 IDE和EIDE总线 n3 4 2 SCSI总线 n3 4 3 RS 232总线 n3 4 4 RS 422和RS 485总线 n3 4 5 USB总线 n3 4 6 IEEE 1394总线 语音接口 PS2键盘接口 18 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 1 IDE和EIDE总线 n集成设备电子部件 Integrated Device Electronics IDE 是从I
10、BM PC AT上使用的高 级技术配件 Advanced Technology a Attachment ATA 接口发展而来 故又称ATA 接口 nEIDE又称为ATA 2 后来 IDE接口采用了由当时 的著名硬盘厂商昆腾 Quantum 现已被迈拓收 购 与Intel共同制定的ATA IDE新型接口技术 Uitra DMA 33 66 100 并开发了第七代硬盘接 口标准Ultra DMA 133 使硬盘与主机间的传输速 率达到133 Mb s 并使硬盘的容量突破137GB的 限制 nPC计算机常用 5400rpm 7200rpm 19 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 2 SCSI
11、总线 nSCSI是小型计算机系统接口Small Computer System Interface的简称 在服务器和图形工作 站中被广泛采用 n计算机系统通过SCSI接口卡 可以与各种各样的外 设相连 它的特点是传输速度快 达40Mbps以上 支持多任务并行操作 是中小型计算机系统普遍 采用的技术 n目前主要使用在服务器系统中 10000rpm 20 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 3 RS 232总线 n1970年美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统 调制解调 器厂家和计算机终端厂家 正式制定了用二进制方式交换数 据的数据终端设备DTE Data Terminal Equipmen
12、t 与 数据通信设备DCE Data Communication Equipment 之间的串行接口技术标准 称RS 232 C标准 其中C为版 本号 n1988年又把RS 232 C修订为RS 232 D n具体应用在串行接口部分解释 21 西安交通大学计算机系桂小林制作 DB25连接器 DB9连接器 n引脚定义不同 TxD和RxD相反 22 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 4 RS 422和RS 485总线 nRS 422总线采用平衡差动方式进行数据传送 nRS 485标准采有用平衡式发送 差分式接收的 数据收发器来驱动总线 可以1拖32 n提高抗干扰 传输距离远 n差分电平 2V
13、 负逻辑 B A GND 1 2 3 4 8 7 5 D RO O DE DI VCC MAX485 R 6 差分TTL电平 23 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 5 USB总线 nUSB的全称叫Universal Serial Bus 中文名称叫通用串行 总线 为了规范USB的推广和使用 国际上对USB制订了协 议 USB1 1 USB1 2 USB2 0和USB3 0都是USB协议 的名称 nUSB1 1规范是1998年制订的 最大传输速度为12Mbps 秒 nUSB2 0规范是2000年制订的 最大传输速度为480Mbps 秒 nUSB3 0规范是2008年制订的 最大传输速度为
14、5Gbps 秒 nUSB2 0标准是目前广泛使用的协议标准 兼容USB1 1和 USB2 0接口可以工作在三种速度模式 480Mbps 12Mbps 1 5Mbps 24 西安交通大学计算机系桂小林制作 USB的接口形态 nUSB接口采用矩形插座和插头 有9针和4针两种 目前广泛采用的是4针引脚的USB接口接头如图3 16所示 25 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 4 6 IEEE 1394总线 nIEEE 1394的前身是Apple公司于1985年开始研究 1987年发布的FireWire 火线 1992年被接纳 为IEEE 1394规范 n在这个标准中 传输速率被定义为 100 200
15、 400Mb s三种 通常就称为 S100 S200 S400 n后来先后推出的IEEE P1394a以及P1394 1999 P1394 2000都在保持传输速率不变的前提下 对控 制性能和互操作性进行了较大的改进 其中 高性 能的IEEE P1394b的带宽在时钟800 1600 3200MHz 下分别达到100 200 300MB S 26 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 5 单片机常用接口总线 n随着单片计算机的快速发展和广乏应用 单片机内 部集成的接口种类日益增多 同一引脚的多功能可 编程复用成为一种趋势 n本节重点介绍单片计算机中的主要内嵌接口的总线 标准 如I2C SPI J
16、TAG等 这些接口总线的应 用在后续章节将陆续介绍 n3 5 1 I2C总线 n3 5 2 SPI总线 n3 5 3 JTAG总线 27 西安交通大学计算机系桂小林制作 3 5 1 I2C总线 nI2C Inter Integrated Circuit 总线协议产生于1980年代 是由PHILIPS公司推出的两线式串行通信总线 主要用于 连接微控制器及其外围设备 最初应用于音频和视频设备之 中 如今广泛应用于各种嵌入式应用系统中 nI2C串行总线是一种双向两线制的串行数据传输标准总线 包括 一根双向的数据线SDA 另一根是时钟线SCL n所有接到I2C总线上的设备的串行数据都接到总线的SDA线 各设备的时钟线SCL接到总线的SCL 每个接到I2C总线 的设备都有一个唯一的地址 28 西安交通大学计算机系桂小林制作 I2C的命令格式与传输规程 nI2C总线在传送数据过程中共有三种特殊类型信号 它们分别是 开始信号 结束信号和应答信号 如图3 23 n开始信号 SCL为高电平时 SDA由高电平向低电平跳变 开始传送数据 n结束信号 SCL为高电平时 SDA由低电平向高电平跳变 结束传送数据
