新第2章 计算机控制系统的硬件设计技术

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1、硬件设计:输入输出接口与过程通道设计接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。为什么要设置接口电路？其必要性可归纳成如下几点。1.解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题I/O接口电路为完成时序配合和通信联络功能，通常都没有数据锁存器、缓冲器、状态寄存器以及中断控制电路等。2.解决CUP和外围设备之间的数据格式装换和匹配问题3.解决CUP的负载能力和外围设备端口选这问题接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。过程通道是在计算机和生产

2、过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，包括:AI、AO、DI、DO.第2章计算机控制系统的硬件设计技术2.1总线技术2.1.1总线的定义、层次结构及种类(1)总线:就是计算机各模块之间互联和传送信息（指令、地址和数据）的一组信号线。总线可以分为内部总线和外部总线。(2)内部总线:分为片级总线和系统总线。.片级总线包括数据总线、地址总线、控制总线、I2C总线、SPI总线、SCI总线等；.系统总线包括ISA总线、EISA总线、VESA总线、PCI总线等。(3)外部总线：包括RS-232C、RS-485、IEEE-488、USB等总线。另外，在工业控制中

3、，还定义了其它总线，如：VME、STD、PC-104、CompactPCI等。2.1.2PC/ISA/EISA总线简介1.PC/ISA总线的发展1981年，PC/XTPC总线62线；1984年，PC/ATPC总线98线；1987年，IEEEISA总线98线；2.ISA信号线定义（IndustryStandardArchitecture）3.EISA（ExtendedISA）ISA信号线ISA总线2.1.3PCI/CompactPCI总线简介PCI(PeripheralComponentInterconnect)是美国SIG集团推出的64位总线。该总线

4、的最高总线频率为33MHz，数据传输率为80Mb/s(峰值传输率为133Mb/s)。PCI总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI是在CPU和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲，使之能支持10种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI总线也支持总线主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。1.PCI总线的主要性能支持10台外设总线时钟频率33.3Mhz/66Mhz最大数据传输速率133ＭＢ/s时钟同步方式与CPU

5、及时钟频率无关总线宽度32位（5v）/64位（3.3v）能自动识别外设特别适合与Intel的CPU协同工作2.其它性能具有与处理器和存储器子系统完全并行操作的能力采用多路复用减少了引脚数支持64位寻址提供地址和奇偶校验可以转换5v和3.3v的信号环境等即插即用：是指当板卡插入系统时，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。3.PCI总线信号定义主控设备49条，目标设备47条，可选引脚51条（主要用于64位扩展、中断请求、高速缓存支持等），总引脚数120条（包含电源、地、保留引脚等）。4.CompactPCI总线

6、PCI总线技术和欧式卡组装技术结合，具有热插拔特点PCI总线2.1.4其它总线简介1.PC/104总线PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线，其信号定义和PC/AT基本一致，但电气和机械规范却完全不同，是一种优化的、小型、堆栈式结构的嵌入式控制系统。PC104与普通PC总线控制系统的主要不同是：1、小尺寸结构：标准模块的机械尺寸是3.6X3.8英寸，即96X90mm2、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，即PC104总线模块之间总线的连接是通过上层的针和下层的孔相互咬和相连，这种层叠封装有极好的抗震性。

7、3、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1-2瓦能耗。2.PC/104plus总线PC104PLUS是专为PCI总线设计的，可以连接高速外接设备。PC104PLUS在硬件上通过一个3X40即120孔插座，PC104PLUS包括了PCI规范2.1版要求的所有信号。为了向下兼容，PC104PLUS保持了PC104的所有特性。3.STD总线STD总线采用公共母版结构，即其总线布置在一块木板上，板上安装若干个插座，插座对应引脚都是连接到同一根总线信号线上。系统采用模块式结构，各种功能模块都按标准的插件尺寸制造。个

8、功能模块可插入任意插座，只要模块的信号、引脚都符合STD规范，就可以在STD总线上运行。STD总线采用56线