充電機總線技術CAN、USART、SPI、SCI解析
2017-7-4 10:39:50??????點擊：
任何一個微處理器都要與一定數量的部件和外圍設備連接，但如果將各部件和每一種外圍設備都分別用一組線路與CPU直接連接，那么連線將會錯綜復雜，甚至難以實現。為了簡化硬件充電機電路設計、簡化系統結構，常用一組線路，配置以適當的接口充電機電路，與各部件和外圍設備連接，這組共用的連接線路被稱為充電機總線。采用充電機總線結構便于部件和設備的擴充，尤其制定了統一的充電機總線標準則容易使不同設備間實現互連。
微機中充電機總線一般有內部充電機總線、系統充電機總線和外部充電機總線。內部充電機總線是微機內部各外圍芯片與處理器之間的充電機總線，用于芯片一級的互連；而系統充電機總線是微機中各插件板與系統板之間的充電機總線，用于插件板一級的互連；外部充電機總線則是微機和外部設備之間的充電機總線，微機作為一種設備，通過該充電機總線和其他設備進行信息與數據交換，它用于設備一級的互連。
另外，從廣義上說，計算機通信方式可以分為并行通信和串行通信，相應的通信充電機總線被稱為并行充電機總線和串行充電機總線。并行通信速度快、實時性好，但由于占用的口線多，不適于小型化產品；而串行通信速率雖低，但在數據通信吞吐量不是很大的微處理充電機電路中則顯得更加簡易、方便、靈活。串行通信一般可分為異步模式和同步模式。
隨著充電機技術和計算機技術的發展，充電機總線技術也在不斷地發展和完善，而使計算機充電機總線技術種類繁多，各具特色。下面僅對微機各類充電機總線中目前比較流行的充電機總線技術分別加以介紹。
一、內部充電機總線
1．I2C充電機總線
I2C（Inter-IC）充電機總線10多年前由Philips公司推出，是近年來在充電機通信控制領域廣泛采用的一種新型充電機總線標準。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡化，器件封裝形式小，通信速率較高等優點。在主從通信中，可以有多個I2C充電機總線器件同時接到I2C充電機總線上，通過地址來識別通信對象。
2．SPI充電機總線
串行外圍設備接口SPI（serialperipheralinterface）充電機總線技術是Motorola公司推出的一種同步串行接口。Motorola公司生產的絕大多數MCU（微控制器）都配有SPI硬件接口，如68系列MCU。SPI充電機總線是一種三線同步充電機總線，因其硬件功能很強，所以，與SPI有關的軟件就相當簡單，使CPU有更多的時間處理其他事務。
3．SCI充電機總線
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充電機總線
屬于現場充電機總線的范疇,它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。較之目前許多RS-485基于R線構建的分布式控制系統而言,基于CAN充電機總線的分布式控制系統在以下方面具有明顯的優越性。只有2根線與外部相連，并且內部集成了錯誤探測和管理模塊。
二、系統充電機總線
1．ISA充電機總線
ISA（industrialstandardarchitecture）充電機總線標準是IBM公司1984年為推出PC/AT機而建立的系統充電機總線標準，所以也叫AT充電機總線。它是對XT充電機總線的擴展，以適應8/16位數據充電機總線要求。它在80286至80486時代應用非常廣泛，以至于現在奔騰機中還保留有ISA充電機總線插槽。ISA充電機總線有98只引腳。
2．EISA充電機總線
EISA充電機總線是1988年由Compaq等9家公司聯合推出的充電機總線標準。它是在ISA充電機總線的基礎上使用雙層插座，在原來ISA充電機總線的98條信號線上又增加了98條信號線，也就是在兩條ISA信號線之間添加一條EISA信號線。在實用中，EISA充電機總線完全兼容ISA充電機總線信號。
3．VESA充電機總線
VESA（videoelectronicsstandardassociation）充電機總線是1992年由60家附件卡制造商聯合推出的一種局部充電機總線，簡稱為VL(VESAlocalbus)充電機總線。它的推出為微機系統充電機總線體系結構的革新奠定了基礎。該充電機總線系統考慮到CPU與主存和Cache的直接相連，通常把這部分充電機總線稱為CPU充電機總線或主充電機總線，其他設備通過VL充電機總線與CPU充電機總線相連，所以VL充電機總線被稱為局部充電機總線。它定義了32位數據線，且可通過擴展槽擴展到64位，使用33MHz時鐘頻率，最大傳輸率達132MB/s，可與CPU同步工作。是一種高速、高效的局部充電機總線，可支持386SX、386DX、486SX、486DX及奔騰微處理器。
4．PCI充電機總線
PCI（peripheralcomponentinterconnect）充電機總線是當前最流行的充電機總線之一，它是由Intel公司推出的一種局部充電機總線。它定義了32位數據充電機總線，且可擴展為64位。PCI充電機總線主板插槽的體積比原ISA充電機總線插槽還小，其功能比VESA、ISA有極大的改善，支持突發讀寫操作，最大傳輸速率可達132MB/s，可同時支持多組外圍設備。PCI局部充電機總線不能兼容現有的ISA、EISA、MCA（microchannelarchitecture）充電機總線，但它不受制于處理器，是基于奔騰等新一代微處理器而發展的充電機總線。
5．CompactPCI
以上所列舉的幾種系統充電機總線一般都用于商用PC機中，在計算機系統充電機總線中，還有另一大類為適應工業現場環境而設計的系統充電機總線，比如STD充電機總線、VME充電機總線、PC/104充電機總線等。這里僅介紹當前工業計算機的熱門充電機總線之一——CompactPCI。
CompactPCI的意思是“堅實的PCI”，是當今第一個采用無源充電機總線底板結構的PCI系統，是PCI充電機總線的電氣和軟件標準加歐式卡的工業組裝標準，是當今最新的一種工業計算機標準。CompactPCI是在原來PCI充電機總線基礎上改造而來，它利用PCI的優點，提供滿足工業環境應用要求的高性能核心系統，同時還考慮充分利用傳統的充電機總線產品，如ISA、STD、VME或PC/104來擴充系統的I/O和其他功能。
三、外部充電機總線
1．RS-232-C充電機總線
RS-232-C是美國電子工業協會EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數。RS-232-C充電機總線標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道，在多數情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現，如一條發送線、一條接收線及一條地線。RS-232-C標準規定的數據傳輸速率為每秒50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C標準規定，驅動器允許有2500pF的電容負載，通信距離將受此電容限制，例如，采用150pF/m的通信電纜時，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屬單端信號傳送，存在共地噪聲和不能抑制共模干擾等問題，因此一般用于20m以內的通信。
2．RS-485充電機總線
在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485串行充電機總線標準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上充電機總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的充電機電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送充電機電路須由使能信號加以控制。RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用RS-485可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯32臺驅動器和32臺接收器。
3．IEEE-488充電機總線
上述兩種外部充電機總線是串行充電機總線，而IEEE-488充電機總線是并行充電機總線接口標準。IEEE-488充電機總線用來連接系統，如微計算機、數字充電機電壓表、數碼顯示器等設備及其他儀器儀表均可用IEEE-488充電機總線裝配起來。它按照位并行、字節串行雙向異步方式傳輸信號，連接方式為充電機總線方式，儀器設備直接并聯于充電機總線上而不需中介單元，但充電機總線上最多可連接15臺設備。最大傳輸距離為20米，信號傳輸速度一般為500KB/s，最大傳輸速度為1MB/s。
4．USB充電機總線
通用串行充電機總線USB（universalserialbus）是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、NEC、NorthernTelecom等7家世界著名的計算機和通信公司共同推出的一種新型接口標準。它基于通用連接技術，實現外設的簡單快速連接，達到方便用戶、降低成本、擴展PC連接外設范圍的目的。它可以為外設提供電源，而不像普通的使用串、并口的設備需要單獨的供電系統。另外，快速是USB技術的突出特點之一，USB的最高傳輸率可達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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