充電機(jī)總線技術(shù)CAN、USART、SPI、SCI解析
2017-7-4 10:39:50??????點(diǎn)擊：
任何一個(gè)微處理器都要與一定數(shù)量的部件和外圍設(shè)備連接，但如果將各部件和每一種外圍設(shè)備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會(huì)錯(cuò)綜復(fù)雜，甚至難以實(shí)現(xiàn)。為了簡(jiǎn)化硬件充電機(jī)電路設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，常用一組線路，配置以適當(dāng)?shù)慕涌诔潆姍C(jī)電路，與各部件和外圍設(shè)備連接，這組共用的連接線路被稱為充電機(jī)總線。采用充電機(jī)總線結(jié)構(gòu)便于部件和設(shè)備的擴(kuò)充，尤其制定了統(tǒng)一的充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)則容易使不同設(shè)備間實(shí)現(xiàn)互連。
微機(jī)中充電機(jī)總線一般有內(nèi)部充電機(jī)總線、系統(tǒng)充電機(jī)總線和外部充電機(jī)總線。內(nèi)部充電機(jī)總線是微機(jī)內(nèi)部各外圍芯片與處理器之間的充電機(jī)總線，用于芯片一級(jí)的互連；而系統(tǒng)充電機(jī)總線是微機(jī)中各插件板與系統(tǒng)板之間的充電機(jī)總線，用于插件板一級(jí)的互連；外部充電機(jī)總線則是微機(jī)和外部設(shè)備之間的充電機(jī)總線，微機(jī)作為一種設(shè)備，通過(guò)該充電機(jī)總線和其他設(shè)備進(jìn)行信息與數(shù)據(jù)交換，它用于設(shè)備一級(jí)的互連。
另外，從廣義上說(shuō)，計(jì)算機(jī)通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應(yīng)的通信充電機(jī)總線被稱為并行充電機(jī)總線和串行充電機(jī)總線。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但由于占用的口線多，不適于小型化產(chǎn)品；而串行通信速率雖低，但在數(shù)據(jù)通信吞吐量不是很大的微處理充電機(jī)電路中則顯得更加簡(jiǎn)易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。
隨著充電機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，充電機(jī)總線技術(shù)也在不斷地發(fā)展和完善，而使計(jì)算機(jī)充電機(jī)總線技術(shù)種類繁多，各具特色。下面僅對(duì)微機(jī)各類充電機(jī)總線中目前比較流行的充電機(jī)總線技術(shù)分別加以介紹。
一、內(nèi)部充電機(jī)總線
1．I2C充電機(jī)總線
I2C（Inter-IC）充電機(jī)總線10多年前由Philips公司推出，是近年來(lái)在充電機(jī)通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種新型充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)化，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè)I2C充電機(jī)總線器件同時(shí)接到I2C充電機(jī)總線上，通過(guò)地址來(lái)識(shí)別通信對(duì)象。
2．SPI充電機(jī)總線
串行外圍設(shè)備接口SPI（serialperipheralinterface）充電機(jī)總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產(chǎn)的絕大多數(shù)MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI充電機(jī)總線是一種三線同步充電機(jī)總線，因其硬件功能很強(qiáng)，所以，與SPI有關(guān)的軟件就相當(dāng)簡(jiǎn)單，使CPU有更多的時(shí)間處理其他事務(wù)。
3．SCI充電機(jī)總線
串行通信接口SCI（serialcommunicationinterface）也是由Motorola公司推出的。它是一種通用異步通信接口UART，與MCS-51的異步通信功能基本相同。
4．CAN充電機(jī)總線
屬于現(xiàn)場(chǎng)充電機(jī)總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。較之目前許多RS-485基于R線構(gòu)建的分布式控制系統(tǒng)而言,基于CAN充電機(jī)總線的分布式控制系統(tǒng)在以下方面具有明顯的優(yōu)越性。只有2根線與外部相連，并且內(nèi)部集成了錯(cuò)誤探測(cè)和管理模塊。
二、系統(tǒng)充電機(jī)總線
1．ISA充電機(jī)總線
ISA（industrialstandardarchitecture）充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)是IBM公司1984年為推出PC/AT機(jī)而建立的系統(tǒng)充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)，所以也叫AT充電機(jī)總線。它是對(duì)XT充電機(jī)總線的擴(kuò)展，以適應(yīng)8/16位數(shù)據(jù)充電機(jī)總線要求。它在80286至80486時(shí)代應(yīng)用非常廣泛，以至于現(xiàn)在奔騰機(jī)中還保留有ISA充電機(jī)總線插槽。ISA充電機(jī)總線有98只引腳。
2．EISA充電機(jī)總線
EISA充電機(jī)總線是1988年由Compaq等9家公司聯(lián)合推出的充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。它是在ISA充電機(jī)總線的基礎(chǔ)上使用雙層插座，在原來(lái)ISA充電機(jī)總線的98條信號(hào)線上又增加了98條信號(hào)線，也就是在兩條ISA信號(hào)線之間添加一條EISA信號(hào)線。在實(shí)用中，EISA充電機(jī)總線完全兼容ISA充電機(jī)總線信號(hào)。
3．VESA充電機(jī)總線
VESA（videoelectronicsstandardassociation）充電機(jī)總線是1992年由60家附件卡制造商聯(lián)合推出的一種局部充電機(jī)總線，簡(jiǎn)稱為VL(VESAlocalbus)充電機(jī)總線。它的推出為微機(jī)系統(tǒng)充電機(jī)總線體系結(jié)構(gòu)的革新奠定了基礎(chǔ)。該充電機(jī)總線系統(tǒng)考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分充電機(jī)總線稱為CPU充電機(jī)總線或主充電機(jī)總線，其他設(shè)備通過(guò)VL充電機(jī)總線與CPU充電機(jī)總線相連，所以VL充電機(jī)總線被稱為局部充電機(jī)總線。它定義了32位數(shù)據(jù)線，且可通過(guò)擴(kuò)展槽擴(kuò)展到64位，使用33MHz時(shí)鐘頻率，最大傳輸率達(dá)132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部充電機(jī)總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
4．PCI充電機(jī)總線
PCI（peripheralcomponentinterconnect）充電機(jī)總線是當(dāng)前最流行的充電機(jī)總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部充電機(jī)總線。它定義了32位數(shù)據(jù)充電機(jī)總線，且可擴(kuò)展為64位。PCI充電機(jī)總線主板插槽的體積比原ISA充電機(jī)總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發(fā)讀寫操作，最大傳輸速率可達(dá)132MB/s，可同時(shí)支持多組外圍設(shè)備。PCI局部充電機(jī)總線不能兼容現(xiàn)有的ISA、EISA、MCA（microchannelarchitecture）充電機(jī)總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發(fā)展的充電機(jī)總線。
5．CompactPCI
以上所列舉的幾種系統(tǒng)充電機(jī)總線一般都用于商用PC機(jī)中，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)充電機(jī)總線中，還有另一大類為適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境而設(shè)計(jì)的系統(tǒng)充電機(jī)總線，比如STD充電機(jī)總線、VME充電機(jī)總線、PC/104充電機(jī)總線等。這里僅介紹當(dāng)前工業(yè)計(jì)算機(jī)的熱門充電機(jī)總線之一——CompactPCI。
CompactPCI的意思是“堅(jiān)實(shí)的PCI”，是當(dāng)今第一個(gè)采用無(wú)源充電機(jī)總線底板結(jié)構(gòu)的PCI系統(tǒng)，是PCI充電機(jī)總線的電氣和軟件標(biāo)準(zhǔn)加歐式卡的工業(yè)組裝標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)今最新的一種工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)。CompactPCI是在原來(lái)PCI充電機(jī)總線基礎(chǔ)上改造而來(lái)，它利用PCI的優(yōu)點(diǎn)，提供滿足工業(yè)環(huán)境應(yīng)用要求的高性能核心系統(tǒng)，同時(shí)還考慮充分利用傳統(tǒng)的充電機(jī)總線產(chǎn)品，如ISA、STD、VME或PC/104來(lái)擴(kuò)充系統(tǒng)的I/O和其他功能。
三、外部充電機(jī)總線
1．RS-232-C充電機(jī)總線
RS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，驅(qū)動(dòng)器允許有2500pF的電容負(fù)載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時(shí)，最大通信距離為15m；若每米電纜的電容量減小，通信距離可以增加。傳輸距離短的另一原因是RS-232屬單端信號(hào)傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問(wèn)題，因此一般用于20m以內(nèi)的通信。
2．RS-485充電機(jī)總線
在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485串行充電機(jī)總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上充電機(jī)總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的充電機(jī)電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送充電機(jī)電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。
3．IEEE-488充電機(jī)總線
上述兩種外部充電機(jī)總線是串行充電機(jī)總線，而IEEE-488充電機(jī)總線是并行充電機(jī)總線接口標(biāo)準(zhǔn)。IEEE-488充電機(jī)總線用來(lái)連接系統(tǒng)，如微計(jì)算機(jī)、數(shù)字充電機(jī)電壓表、數(shù)碼顯示器等設(shè)備及其他儀器儀表均可用IEEE-488充電機(jī)總線裝配起來(lái)。它按照位并行、字節(jié)串行雙向異步方式傳輸信號(hào)，連接方式為充電機(jī)總線方式，儀器設(shè)備直接并聯(lián)于充電機(jī)總線上而不需中介單元，但充電機(jī)總線上最多可連接15臺(tái)設(shè)備。最大傳輸距離為20米，信號(hào)傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。
4．USB充電機(jī)總線
通用串行充電機(jī)總線USB（universalserialbus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計(jì)算機(jī)和通信公司共同推出的一種新型接口標(biāo)準(zhǔn)。它基于通用連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)外設(shè)的簡(jiǎn)單快速連接，達(dá)到方便用戶、降低成本、擴(kuò)展PC連接外設(shè)范圍的目的。它可以為外設(shè)提供電源，而不像普通的使用串、并口的設(shè)備需要單獨(dú)的供電系統(tǒng)。另外，快速是USB技術(shù)的突出特點(diǎn)之一，USB的最高傳輸率可達(dá)12Mbps比串口快100倍，比并口快近10倍，而且USB還能支持多媒體。
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