第七章 总线技术
总线技术

所有的串口的核心是通用异步收发器(UART) 芯片,该芯片可以实现将计算机输出的并行数 据转换成串行格式,或者将串行数据转换成并 行格式送回计算机的过程。当通信对象远离主 机时,采用串行传送方式更经济,有效。RS232或RS-422等串行总线标准在计算机终端中 广泛采用。 并口一般用于将打印机等设备连接到计算机上。 并口之所以被称为并口,是因为它有8条数据 线,可以通过这8条数据线同时发送包含数据 的一个字节的所有数据位。
被提议的未来传输率
400Mb/s(50MB/s) 800Mb/s(100MB/s) 1Gb/s+(125MB/s+)
DV便携式摄像机 高分辨率数码相机 HDTV 机顶盒 高速驱动器 高分辨扫描仪 电子乐器
无
无
典型设备
键盘 鼠标 游戏杆 低分辨率数码相机 低速驱动器 调制解调器 打印机 低分辨率扫描仪
IEEE 1284标准定义了并口的物理特性,标准 中给出了5种不同的并口操做模式
并口模式 半字节(4位) 字节(8位) 兼容 EPP(增强型并口) ECP(扩充能力端口) 方向 输入 输入 输出 输入/输出 输入/输出 传输率/B/S 50K 150K 150K 500K~2M 500K~2M
2、串口与并口的替代品 ----USB和IEEE 1394
异步方式根据“请求”和“回答”信号的撤 销是否互锁有3中情况:
(1)不互锁
“请求”和“回答”信号都有一定的时间宽度,“请求”信 号的结束和“回答”信号的结束不互锁,如图所示。
(2)半互锁
“请求”信号的撤销取决于接受“回答”信号,而“回答” 信号的撤销由从设备自己决定,如同所示。
(3)全互锁
“请求”信号的撤销取决于“回答”信号的来到,而“请求” 信号的撤销又导致“回答”信号的撤销,如图所示。全互 锁方式给出了最高的灵活性和可靠性,当然也付出了增加 接口电路复杂性的代价。
总线技术的分类和特点

总线技术的分类和特点随着现代信息技术的快速发展,各种设备逐渐普及并开始互联互通。
而设备之间的通信则离不开数据传输,而总线技术就是一种重要的数据传输方式。
总线技术(Bus Technology)指的是在计算机中集成的一种数据传输系统,其作用是将各种设备通过数据线连接在一起进行数据交互和控制。
总线技术的发展和应用,对于促进电子信息产业的繁荣发展和提高数据传输效率具有不可替代的作用。
本文将介绍总线技术的分类和特点。
一、总线技术的分类总线技术可以根据其使用的领域,分为计算机总线和工业现场总线两个大的类别。
在计算机总线方面,又可细分为ISA总线、VESA总线、PCI总线、AGP总线以及USB总线等几个子类。
1. ISA总线ISA总线是个使用较早的总线技术,主要应用在PC机和IBM 电脑上。
这种总线速度较慢、传输数据带宽有限,已经基本被更好的总线技术所取代。
2. VESA总线VESA总线(英文名称VESA Local Bus)一度被视为取代ISA 总线的主要技术。
它在16位宽的数据总线中,带宽可高达132Mbps。
但是,由于VESA总线的使用和开发成本过高,因此仅限制于少数厂商的硬件产品中。
3. PCI总线PCI总线(英文名称:Peripheral Component Interconnect)是一种新一代的外部I/O总线,是目前最为普遍的总线技术。
它可以支持多种硬件设备的连接,例如:图形加速卡、声卡、USB卡、网卡、磁盘控制器等。
PCI总线的传输速度有一定的保障,因此许多主板都采用这种总线技术。
4. AGP总线AGP总线(Advanced Graphics Port)也叫高级图像端口。
这种总线技术是一种新型的专用于图形加速卡的总线技术,其传输速度较之PCI总线要快得多。
5. USB总线USB总线(Universal Serial Bus)是另一种目前广泛采用的计算机总线技术,一般用于与外部设备的接口,如鼠标、打印机、扫描仪等。
总线技术与总线标准

汇报人:
单击输入目录标题 总线技术概述 总线标准类型 总线技术的性能指标 总线技术的优势与局限性 总线技术的应用案例
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总线技术概述
总线技术的定义
总线技术通常用于计算机系 统中的各个部件之间的通信
总线技术是一种用于连接和 传输数据的通信技术
总线技术可以包括多种不同 的协议和标准
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单位:比特率通常以bps(bits per second)或Kbps(kilobits per second)、Mbps(megabits per second)等表示
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性能评估:数据传输速率是总线技术的重要性能指标之一,它直接影响到 系统的整体性能和效率
传输距离
定义:传输距离 是指总线技术能 够传输信号的最 大距离
• CAN总线技术:CAN总线技术是一种广泛应用于汽车、航空航天、工业自动化等领域中的通信协 议。它具有高可靠性、实时性和灵活性等特点,可以实现设备之间的快速数据传输和实时监控。
• LIN总线技术:LIN总线技术是一种低成本的串行通信协议,被广泛应用于汽车、智能家居等领域 中。它具有简单、可靠、低成本等特点,可以实现设备之间的简单数据传输和通信。
传输速度快: 总线技术采用 高速传输协议, 因此具有较快 的传输速度。
灵活性好:总 线技术采用总 线控制方式, 因此具有较强 的灵活性和可
扩展性。
可靠性高:总 线技术采用差 分信号传输方 式,因此具有 较高的可靠性。
局限性
成本较高:总线 技术的硬件成本 相对较高,增加 了整个系统的成 本。
传输距离有限: 总线技术的传输 距离有限,限制 了其在大型系统 中的应用。
总线技术的应用领域
DCS及现场总线技术 第7章

7.1 FROFIBUS总线
一、 FROFIBUS总线
PROFIBUS总线由三个兼容部分组成,即PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS和 PROFIBUS-PA,三个系列分别用于不同的场合,如图7-1所示: DIN 19245、EN 50170-2、IEC 61158
(2)PROFIBUS-PA设备行规: 行规保证不同厂商生产的设备具有相同的通信功能。
3. PROFIBUS-FMS
(1)PROFIBUS-FMS通信对象与对象字典 (2)PROFIBUS-FMS行规
五、PROFIBUS总线的应用设计
1.PROFIBUS控制系统的构成 1) 一类主站:PC、PLC或可做一类主站的控制器,由它们完成总线通信控制与管理 2) 二类主站:操作员工作站、编程器、操作员接口等,完成各站点的数据读写、系 统配置、故障诊断等。 3) 从站 可作为从站的设备
(1)RS 485传输技术的基本特征
•传输速率:9.6Kbit /s~12Mbit/ s。
•通信介质:屏蔽双绞电缆,也可取消屏蔽,取决于环境条件。
•网络拓扑:线性总线,两端配备有源的总线终端电阻。 •站点数:每分段32个站(不带中继器),可扩展到126个站(带中继器)。 •插头连接:9针D型插头。
(2)RS 485传输设备安装要点
图7-11 FF模型内部结构
2. 协议数据的构成与层次
用户应用
用户数据
FMS 总线报文规范 FMS协议控制 FAS 总线访问字层
用户数据编码 0至251 FMS协议数据 4至255 FAS协议数据 5至256 DLL协议数据 1 8至273 1 帧校验
4
FAS协议控制
DLL 数据链路层
总 线 技 术

一、总线技术概述
场总线(Fieldbus)是应用在生产现场、在微 机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数 字通信的系统,也被称为开放式、数字化、多 点通信的底层控制网络。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量 控制仪表,使它们各自都具有了数字计算和数 字通信能力,它们通过普通双绞线等多种途径 进行信息传输,把多个测量控制仪表、计算机 等作为节点连接成网络系统,通过公开、规范 的通信协议,在位于生产控制现场的多个微机 化自控设备之间、现场仪表与用作监控、管理 的远程计算机之间,实现数据传输与信息共享, 形成各种适应实际需要的自动控制系统。
出,主要应用于智能变送器。
4、CAN(Controller Area Network,控制局域 网络)最早由德国BOSCH公司推出,并已取得 国际标准化组织认证(ISO11898),其总线结构 可参照I SO/OSI参考模型,通信速率最高可达 1 Mbps,通信距离最远可达10 km。CAN网络 的配制比较容易,允许任何站之间直接进行通 信,而无需将所有数据全部汇总到主计算机后 再行处理。
物流管理信息系统
5、LonWorks(Local Operating Network, 局部操作网)由美国Echelon公司1991年推
出,主要应用于楼宇自动化、工业自动化 和电力行业等。它采用了ISO/OSI模型中完
整的七层通信协议,采用了面向对象的设
计方法,通过网络变量把网络通信设计简
化为参数设置,其最高通信速率为 1.25Mbps(通信距离不超过130m),最远 通信距离为27000m(通信速率为 78Kbps),节点总数可达32000个。
二、总线技术的特点
全数字化传输 系统具有开放性和互用性 双向传递性 自诊断功能 对环境的适应性 对环境的适应性 节省布线及控制室空间
第7章总线技术讲义

• 总线源设备:发送数据的设备。 • 总线目的设备:接受数据的设备。
• 注意:源设备不一定就是主设备,目的 设备也不一定就是从设备。
2020/构
• 在物理上,总线实际上由一系列并行的电子导 体构成。
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CPU
主存器储
插槽 19
• 1. 总线带宽
• 单位时间内总线所能传输的最大数据量。一般用 兆字节/秒(MB/s)来表示。
• 2. 总线宽度
• ① 一个总线所设置的通信线路(或线缆)的数 目称为该总线的宽度。
• ② 数据总线宽度
• 数据总线的宽度决定了一个总线内设置的用于传 送数据的信号线的数目。
• 数据总线的宽度决定了一次可以同时传送的二进
• 例如当地址信号有效后,至少需要多长时间的延 迟才能使读/写信号有效。
• 3.电器规范
• 总线上各个信号所采用的电平标准(例如1.5V电 平、±3V电平等)和负载能力。
• 负载能力定义了总线理论上最多可以连接模块的
数量。
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• 4. 机械规范
• 定义总线包括插槽/插头或插板的结构、形状、 大小方面的物理尺寸、接插件机械强度;总线 信号的布局、引脚信号的长度、宽度以及间距 等。
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7.1.3 总线标准
• 1. 逻辑规范
• 引脚信号的功能描述。包括信号的含义、信号 的传送方向(发送、接收或双向)、有效信号 所采用的电平极性(高电平/低电平,正脉冲/ 负脉冲)及是否具有三态能力等。
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• 2. 时序规范
• 描述各信号有效/无效的发生时间以及不同信号 之间相互配合的时间关系。
– (芯)片内总线 – 功能模块(板)内总线 – 功能模块(板)间总线(即通常说的系统总线) – 外部总线
总线技术

背景
背景
从20世纪50年代至今一直都在使用着一种信号标准,那就是4一20mA的模拟信号标准。20世纪70年代,数字 式计算机引人到测控系统中,而此时的计算机提供的是集中式控制处理。20世纪80年代,微处理器在控制领域得 到应用,微处理器被嵌人到各种仪器设备中,形成了分布式控制系统。
随着微处理器的发展和广泛应用,产生了以IC代替常规电子线路,以微处理器为核心,实施信息采集、显示、 处理、传输及优化控制等功能的智能设备。一些具有专家辅助推断分析与决策能力的数字式智能化仪表产品,其 本身具备了诸如自动量程转换、自动调零、自校正、自诊断等功能,还能提供故障诊断、历史信息报告、状态报 告、趋势图等功能 通信技术的发展,促使传送数字化信息的络技术开始得到广泛应用。与此同时,基于质量分析 的维护管理、与安全相关系统的测试记录、环境监视需求的增加,都要求仪表能在当地处理信息,并在必要时允 许被管理和访问,这些也使现场仪表与上级控制系统的通信量大增。 另外,从实际应用的角度出发,控制界也不 断在控制精度、可操作性、可维护性、可移植性等方面提出新需求。由此,导致了现场总线的产生 。
演变
演变
总线技术无疑是从分布式流程提供简单交互手段的基本型消息总线演变过来的。随着时间的转移,越来越多 复杂的功能已经被添加进来,提供对信息的格式控制以及流程的注册。还有一种转变是从简单的总线方法,即每 个消息通常只有一个目的地,转变为可支持多个的代理结构,在很多情况下也提供发布和订购的灵活性。这一演 变引起了对何为消息系统的相当大的困惑,而这也是面向消息中间件的一般概念背后的一个驱动力 。
谢谢观看
定义
定义
总线的定义
总线,英文叫作“BUS”,即我们中文的“公共车”,这是非常形象的比如,公共车走的路线是一定的,我 们任何人都可以坐公共车去该条公共车路线的任意一个站点。如果把我们人比作是电子信号,这就是为什么英文 叫它为“BUS”而不是“CAR”的真正用意。当然,从专业上来说,总线是一种描述电子信号传输线路的结构形式, 是一类信号线的集合,是子系统间传输信息的公共通道。通过总线能使整个系统内各部件之间的信息进行传输、 交换、共享和逻辑控制等功能。如在计算机系统中,它是CPU、内存、输入、输出设备传递信息的公用通道,主 机的各个部件通过总线相连接,外部设备通过相应的接口电路再与总线相连接 。
计算机总线技术

以太网:一种广泛使用的局域网技术适用于数据传输和网络通信 CN总线:一种用于汽车电子系统的现场总线技术具有高可靠性和实时性 USB总线:一种用于连接计算机和外部设备的通用串行总线技术支持热插拔和即插即用 以太网、CN总线、USB总线的特点和应用场景
DDR:第一代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为166MHz DDR2:第二代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为266MHz DDR3:第三代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为400MHz DDR4:第四代双倍数据速率同步动态随机存取存储器传输速率为800MHz
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总线技术是一 种计算机硬件 技术用于连接 计算机的各个 部件实现数据 传输和通信。
总线技术包括 数据总线、地 址总线和控制 总线分别用于 传输数据、地 址和控制信号。
总线技术的主 要特点是共享 性、快速性和 可靠性可以提 高计算机系统 的性能和稳定
性。
总线技术广泛 应用于计算机、 通信、网络等 领域是计算机 硬件技术的重 要组成部分。
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更智能化:总线技术将更加智能化 能够自动调整传输速率和带宽以适 应不同的应用需求。
更节能:总线技术将更加注重节能 采用低功耗设计降低能源消耗提高 能源利用效率。
主板总线类型: PCI Express、ST、 USB等
总线布局:主板 上各个接口的位 置和连接方式
总线性能:总线 的传输速率、延 迟等性能指标
更高速:随着技术的发展总线速度将不断提高以满足日益增长的数据传输需求。
更稳定:总线技术将更加注重稳定性提高系统的可靠性和可用性。
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STD总线
STD总线是目前工业控制及工业检测系统中使 用最广泛的总线,它兼容性好,能够支持任何 8位或16位微处理器,成为一种通用标准总线。 特点 (1)小板结构,高度模块化 (2)严格的标准化,广泛的兼容性 (3)面向I/O的开放式设计,适合工业控制应用 (4)高可靠性
PC总线
通常所说的PC总线,是指IBM公司创建的IBM PC或IBM PC/XT计算机的内部总线。 IBM PC机的主板设计的供输入输出用的总线, 这些总线引至系统板上的62脚的插座,这些插 座称为扩展插槽,扩充PC机的选件板,如同步 通讯控制卡、异步通讯控制卡、A/D及D/A转换 板、数据采集板、各类存储器扩展板、打印机 接口板、网络接口板等。
现场总线控制系统
(1)智能仪 表、控制 器 (2)现场总 线线路 (3)监控、 组态计算 机
总线的分类
按结构和用途分类 按用途和应用环境分类 按总线传送信号的形式分类
根据总线不同的结构和用途
专用总线 只实现一对物理部件间连接的总线称 为专用总线。 非专用总线 非专用总线可以被多种功能或多个部 件所共享,所以也称之为共享总线。
根据总线的用途和应用环境
局部总线 系统总线 外总线
局部总线
典型的RS-232信号在 正负电平之间摆动, 在发送数据时,发送 端驱动器输出正电平 在+5-+15V,负电平在 -5--15V电平。当无数 据传输时,线上为TTL, 从开始传送数据到结 束,线上电平从TTL电 平到RS-232电平再返 回TTL电平。
RS-485串行接口标准总线
数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,它使用一对双绞线,将 其中一线定义为A,另一线定义为B。通常情况下,发送驱动器A、B之间 的正电平在+2-+6V,是一个逻辑状态,负电平在-2--6V,是另一个逻辑 状态。另有一个信号地C,还有一“使能”端。“使能”端是用于控制发 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,称作“第三态”,即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三 态。
第七章 总线技术
第一节 总线的概述 第二节 总线的分类 第三节 现场总线
总线的定义
总线是一组信号线的集合。这些线是系 统的各插件间(或插件内部芯片间)、各 系统之间传送规定信息的公共通道,有 时也称数据公路,通过它们可以把各种 数据和命令传送到各自要去的地方。
总线的产生
为了使插件与插件间、系统与系统间能 够正确连接,就必须对连接各插件或各 系统的基础——总线,制定出严格的规 约,即总线标准,为各厂商设计和生产 插件模块提供统一的依据。
典型的现场总线
CAN(Control Area Network)控制器局域网络 LONWORKS(Local Operating Network)局部操 作网络 PROFIBUS(Process Field Bus)过程现场总线 HART(Highway Addressable Remote Transclucer)可寻址远程传感器数据通路 FF(Foundation Fieldbus 现场总线基金会)现 场总线
RS-485串行接口标准总线
接收器也作与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线将AA与BB 对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平, 小于-200mV时,输出负逻辑电平。接收器接收平衡线上的电平范围通 常在200mV至6V之间。
现场总线
现场总线的定义
现场总线是近年来迅速发展起来的 一种工业数据总线,它主要解决工业现 场的智能化仪器仪表、控制器、执行机 构等现场设备间的数字通信以及这些现 场控制设备和高级控制系统之间的信息 传递问题。所以现场总线既是通信网络, 又是自控网络。
它是构成中央处理机 或子系统内所用的总 线。
系统总线
系统总线又称内总线和板线总 线,即微型计算机总线,用于 各单片机微处理机之间、模块 之间的通信,可用于构成分布 式多机系统。STD、PC
外总线
外总线又称为通信总线,用于 微处理机与其他智能仪器仪表 间的通信。
根据总线传送信号的形式
并行总线 如果用若干根信号线同时传递信号,就构 成了并行总线。并行总线的特点是能以简单的 硬件来运行高速的数据传输和处理。 串行总线 串行总线是按照信息逐位的顺序传送信号。 其特点是可以用几根信号线在远距离范围内传 递数据或信息,主要用于数据通信。
现场总线控制系统(FCS) 现场总线控制系统(FCS)
在DCS中,站间通信中采用了局域网LAN技术。 随着电子技术的发展,许多站的功能已经能够 在现场实现,过程控制领域中上层的通信逐步 统一到以太网和快速以太网。由于因特网的快 速发展,人们通过因特网访问控制系统,进行 远程诊断、维过程控制领域。从而 导致了新一代系统—FCS的诞生。 现场总线控制系统将成为21世纪自动化控制系 统的主流。
通讯总线
RS-232串行接口标准总线
微机系统中最常用的串行接口标准,用于 实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间 的同步或异步通讯。通讯距离可达15m,传输 数据的速率可任意调整,最大可达20Kb/s。
RS-485串行接口标准总线
最大传输距离约为1219米,最大传输速率 为10Mb/s。
RS-232串行接口标准总线