第2章第一节计算机控制系统的硬件设计技术ppt课件.ppt

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1、第2章计算机控制系统的硬件设计技术2.1总线技术2.2总线扩展技术2.3数字量输入输出接口与过程通道2.4模拟量输入接口与过程通道2.5模拟量输出接口与过程通道2.6基于串行总线的计算机控制系统硬件技术2.7硬件抗干扰技术2.1总线技术2.1.1总线的定义、层次结构及种类所谓总线，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。以微处理器为核心，总线可以分为内部总线和外部总线，而内部总线又可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；外部总线

2、包括RS-232C、RS-485、IEEE-488、USB等总线。另外，在工业控制中，还定义了其它总线，如：VME、STD、PC-104、CompactPCI等。随着微处理器技术的飞速发展，总线技术也得到不断创新。先后出现了ISA、MCA、EISA、VESA、PCI、AGP、IEEE1394、USB等总线技术。芯片内部的总线技术也在不断发展，AMBA、CoreConnect、CoreRAM等已经形成集成电路内部十分具有竞争力的总线标准。工业控制的PROFIBUS，FF等现场总线技术。总线的数据传输速度也不断提升，目前，AGP局部总线数据可达528MB/s，PCI-X可达1GB/s，系统

3、总线传输速率也由66MB/s提高到100MB/s甚至更高的133MB/s、150MB/s、200MB/s。第2章计算机总线技术总线的基本概念内部总线外部总线2.1总线的基本概念总线就是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气和机械特性，使计算机系统内部的各部件之间以及外部的各系统之间建立信号联系，进行数据传递和通信。规定了各引线的信号、时序、电气和机械特性为计算机系统内部各部件、各模块之间或计算机各系统之间提供了标准的公共信息通路采用总线标准设计、生产的计算机模板和设备具有很强的兼容性总线的定义总线的特点按照总线内部信息传输的性质，总线可分为3.1.1总线的分类数据总线:DB用于传

4、送数据信息地址总线:AB是专门用来传送地址的控制总线:CB控制总线包括控制、时序和中断信号线电源总线:PB用于向系统提供电源DBABCBPB按照总线在系统结构中的层次位置，总线可分为总线的分类（续）片内总线(On-ChipBUS)在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路内部总线（InternalBus)用于计算机内部模块（板）之间通信外部总线（ExternalBus)：又称通讯总线用于计算机之间或计算机与设备之间通信按总线的规模、用途和应用场合：片级总线：元件级总线。是由芯片内部通过引脚引出的总线，用于芯片一级的互连线。它实现CPU主板或其它插板上的各芯片之间的互连。系统总线：内

5、总线或板级总线。用于微机中各插件板之间的连线，也就是通常所说的微机总线。外部总线：通信总线。用于微机系统之间，或微机与其它电子设备之间的通信。它不时微机所特有的，一般借用电子工业其它领域的总线。根据总线的数据传输方式，总线可分为并行总线：每个信号都有自己的信号线串行总线：所有信号复用一对信号线总线的分类（续）计算机总线结构示意图总线的分类（续）在集成电路的内部，用来连接各功能单元的信息通路。总线的分类（续）片内总线受芯片面积及对外引脚数的限制，片内总线大多采用单总线结构，这有利于芯片集成度和成品率的提高，而对于内部数据传送速度要求较高的，也可采用双总线或三总线结构。ASIC技术的出现，

6、用户也可以按照自己的要求，借助于适当的EDA工具，设计自己的芯片。内部总线是微机系统中最重要的总线，人们平常所说的微机总线就是指系统总线，如STD总线、PC总线、ISA总线、PCI总线等总线的分类（续）内部总线：系统总线或板级总线按功能可分为数据总线DB、地址总线AB、控制总线CB、和电源总线PB数据总线D：用于传递数据信息总线宽度：数据信号线的根数。决定设备获得最大性能影响计算机系统性能地址总线宽度：地址线的根数决定直接寻址能力避免I/O地址与内存地址的重叠地址总线A：用于传递地址信息控制总线C：包括控制、时序和中断信号线，用于传递各种控制信息，决定了总线的性能好坏电源总线P：提供电

7、源如：IEEE-488、RS-232C、RS-485等外部总线总线的分类（续）3.1.2总线主要性能指标又称总线传输率，表示在总线上每秒传输字节的多少，单位是MB/S。影响总线传输率的因素有总线宽度、总线频率等。一般的，1MB=8bit总线带宽（MB/S）=1/8×总线宽度×总线频率总线频率即总线工作时钟频率，单位为MHz，它是影响总线传输速率的重要因素之一。总线宽度又称总线位宽，是总线可同时传输的数据位数，用bit（位）表示，如8位、16位、