测试系统的接口技术和总线技术.ppt

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1、第三章 测试系统的接口技术和总线技术,测试系统接口和总线技术,接口技术是建立自动测试系统的重要环节，接口是自动测试系统与 外界之间或系统内部各环节之间相互传递信息的渠道和桥梁。计算机可 以通过接口将各种程控指令送入测试系统，以此调整和控制被测对象的 工作状态。总线是实现芯片与芯片之间、模块与模块之间、系统与系统 之间及系统与控制对象之间信息传递的各种信号的集合。 教学基本要求： (1) 了解测试系统接口的概念；掌握A/D转换的基本原理、主要参数 和选择原则；了解常用A/D转换器及接口电路设计 (2) 了解串行通信的概念；掌握串行通信方法及RS-232接口标准；了 解常用的串行通信接口电路设计；

2、 (3) 了解总线的概念和常用的总线标准；熟悉常用的PC系列总线；,3.1 A/D转换技术,3.1 A/D转换技术 A/D转换器是将输入的模拟电压或电流转换成数字量的器件或设备，即 能把被测量对象的各种模拟消息变成计算机可以识别的数字信息，它是模 拟系统和数字系统或计算机之间的接口。 3.1.1 模拟-数字转换基本过程,图3-1 模拟-数字转换基本过程,3.1 A/D转换技术-A/D转换过程1,图3-2 A/D转换过程,1、A/D转换过程,3.1 A/D转换技术-A/D转换过程2,1、A/D转换过程 (1) 采样连续信号在时间上的离散化 采样方法：每隔一定时间TS,从连续信号中抽取一个瞬时数据

3、。 采样定理：fS=2fm 采样保持：为后续的量化过程保持信号一段时间。 图5-40 采样保持器（S/H）原理 (2) 量化采样后的模拟量在幅值上的离散化 量化方法：将模拟量与一模拟基准量进行比较，就如用砝码称重一样。 量化增量 (3) 编码 编码的目的：将量化后的规定范围内的有限个值的数字量，用0、1两个符号转换成二进制数码。,3.1 A/D转换技术-转换原理1,3.1.2 常用A/D转换器转换原理 A/D转换器的种类很多，按其转换原理分，主要有逐次逼近式、积分 式、计数式和并行式A/D转换器。 双积分式A/D转换器具有抗干扰能力强，转换精度高，性能价格比高的 特点，常用于数字式测量仪表或非

4、高速数据采集过程中；逐次逼近式转换器 兼顾了转换速度和转换精度两方面的指标，是测试系统中应用最广泛的A/D 转换器件；并行A/D转换器的转换速度最快，但结构复共、成本高，适合转 换速度极高的场合。计数式AD转换器结构很简单，但转换速度也很慢， 目前很少采用。,3.1 A/D转换技术-转换原理2,(1) 计数式A/D转换器 计数式A/D转换器的工作原理 让采样后的模拟信号电压直接与一标准模拟电压进行比较，若相等，则 输入电压即转换成标准电压所对应的数字量输出。 计数式A/D转换器的特点 对每个采样值都要从计数器低位开始从头计数逐渐逼近，因而转换速度 慢，且对不同模拟输入，转换时间不同。结构简单、

5、工艺性好，易于集成。 图5-42 计数式A/D转换器原理,3.1 A/D转换技术-转换原理3,(2) 逐次逼近式A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器工作原理 逐次逼近式A/ D转换器也是利用电压比较原理，但由于初始标准模拟电 压取为全量程的一半 ，即计数器从高位开 始，逐位比较，因而 转换速度大大提高， 而且要求转换的精度 越低，速度越快。比 较于计数式A/D转换， 实现了算法上的优化。,3.1 A/D转换技术-转换原理4,(3) 双积分式A/D转换器 双积分式A/D转换器的工作原理 采用间接转换方式工作，先将模拟电压转换成时间量，然后再将时间量 转换为数字量。实际上是一种V/T(电压时间)转

6、换器。 主要电路是积分器，还有比较器、正负基准电压源、控制电路、计数器 和时钟脉冲。 三个工作阶段：积分（充电）、反积分（放电）和结束阶段 工作原理：在固定时间（T1）内对积分器中的电容充电，在时段T2中对 电容放电，记录放电时间T2，它和充电电压（比较器上所加的待转换电压） 成正比。 双积分式A/D转换器的特点,3.1 A/D转换技术-转换原理5,(3) 双积分式A/D转换器 双积分式A/D转换器的工作原理 双积分式A/D转换器的特点,3.1 A/D转换技术-转换原理6,3.1 A/D转换技术-转换原理7,(4) 并行式A/D转换器 特点：并行式A/D转换器是一种转换速度最快，转换原理最只管

7、的A/D转换技术，它克服了N位逐次逼近式A/D转换完成一次转换需要进行N次比较的缺点，大大提高了A/D转换的速度。 8路并行式A/D转换器原理结构（图3-4） 由电阻分压网络、比较器、段鉴别“与”门、编码电路等组成。 并行式式A/D转换器的工作原理 同时建立多路比较电路，一次性完成多量值比较，统一编码，形成转换 数字量。相当于一次性完成多种量值砝码的称重。 转换器系统结构复杂，对N位并行式A/D转换器，分压电阻网络需要2N 个分压电阻、2N个比较器和段鉴别“与”门，因此制造困难，成本高，只用 于对转换速度要求极高的系统。,3.1 A/D转换技术-转换原理8,表3-1 多种A/D转换原理比较,3

8、.1 A/D转换技术-性能指标1,3.1.3 A/D转换器主要技术指标 (1) 分辨力 指A/D转换器可转换成二进制数的位数或BCD码的位数，也可认为是 A/D转换器可转换成数字量的最小电压。分辨的输入模拟电压相对值表示。 例如，8位的ADC0809，转换满量程5V的电压，其分辨率为1LSB，用 百分数表示为： 用可转换的最小电压表示为： 可见，A/D转换器的位数越多，分辨率就越高，但转换速度就越慢。,3.1 A/D转换技术-性能指标2,(2) 转换精度 出现误差的原因： 模拟误差(比较器、电阻值以及基准电压波动) + 数字误差(失码误差和量 化误差) 模拟误差由器件质量决定，为非固定误差；数

9、字误差和ADC位数有关。 转换精度的实质：全量程的相对误差 (3) 转换时间与转换速度 转换速度的定义：A/D转换器完成一次转换所需时间。 转换速度越快越好，特别是对动态信号采集。 常见的A/D转换速度：超高速型（转换时间 1ns）、高速型（转换时间 1us）、中速型（转换时间 1ms）和低速型（转换时间 1s）。 影响转换速度的因素：A/D转换原理和位数 转换速度对最高采样频率的限制采样定律,3.1 A/D转换技术-性能指标3,(4) 量化误差 * 产生原因：有限数字对模拟数字进行离散取值而引起 * 衡量单位：数字量的最低有限位(1/2LSB) * 提高分辨率可减少量化误差 (5) 电源抑制

10、比(PSRR) * 反映了A/D转换器对电源电压变化的抑制能力 注意：分辨率和量化误差参数仅对A/D过程，而转换精度是相对A/D转换器的整个过程而言，量化误差仅是转换误差中的一种。,3.1 A/D转换技术-选择原则,3.1.4 A/D转换器的选择原则 * 重点考虑分辨率和转换时间两个重要参数 (1) 根据测试系统的总误差要求，遵循系统误差分配原则，确定A/D转 换器的精度和分辨率。 (2) 根据系统使用范围、被测信号的变化率以及转换精度，确定A/D转 换器的转换时间。 (3) 根据计算机接口电路特征，选择A/D转换器的输出状态。如：串行 输出还是并行输出；输出数字代码形式；参考电压采用内部还是

11、外加 的、是固定的还是可调的等。 (4)根据A/D转换器的工作条件选择芯片的一些环境参数，如工作环境 温度、湿度、电源电压稳定度、芯片功耗、可靠性等级等。 (5)要综合考虑成本、资源及芯片的来源等因素。,3.1 A/D转换技术-接口方法1,3.1.5 A/D转换器与微处理器的接口方法 1. AD转换器接口的任务 A/D转换器与微处理器的接口，要实现ADC与CPU的双向信息交 互，般要充成以下几个操作； (1) 发转换启动信号。 (2) 取回“转换结束”状态信号：该信号可作查询的依据，或利用它产生“中断请求”或“DMA请求”。 (3) 读取转换数据：当得到转换结束信号后，在CPU控制下，采用查询

12、方式或中断方式将数据读入内存，或者在DMA控制下，直接读入内存。 (4) 进行通道寻址：对具有多路模拟量输入通道的系统需要通道寻址以选择相应的模拟量输入通道。 (5) 发S/H控制信号：对高速信号进行AD转换时，一般需要设置采样保持器、所以接口要对采样保持器发控制信号，以进行采样/保持操作。,3.1 A/D转换技术-接口方法2,2. AD转换器接口形式 根据AD转换器接口电路结构形式，ADC芯片与CPU接口有如下几种： 与CPU直接连接：内部带有数据输出锁存器和三态门，如AD574A、 ADC0809、ADC08016等。它们的数据输出端可以直接与CPU的数据总线 相连。这种接口电路简单，成本

13、低，是目前应用较多的A/D转换器接口。 (2) 利用三态门与CPU连接: 需外接三态门锁存器，才能与CPU相连。 (3) 通过I/O接口芯片与CPU连接，无需附加电路，简化接口设计。 (4) DMA传送数据：在接口板上增加RAM，采用DMA数据传送方式，直 接将ADC板数据传输到计算机的RAM中，适合高频的大数据量传送，可 减小系统总线占有率，提高CPU工作效率并可增强数据传送可靠性。 (5) 集成A/D转换芯片的单片微机，如Intel8096系列高档单片机。,3.1 A/D转换技术-接口电路设计1,3.1.6 常用A/D转换器及接口电路设计 (1) 8位单片逐次逼近式A/D转换器ADC080

14、1 8位8输入逐次逼近式A/D转换器ADC0809 性能指标：采用+5V电源，工作时钟典型值为640kHz，转换时间为100us，分辨率为8位，总失调误差为1LSB；模拟量输入电平范围为0-5V，不需零点和满度调节；内部具有8通道选择开关，可输入8路模拟信号；数字量输出采用三态逻辑，输出符合TTL电平。 内部结构：主要由8路模拟选择开关、地址锁存与译码器、A/D转换器和三态输出锁存器等。 引脚功能：28脚双列直插式封装。包括模拟信号输入线8条、地址线3条、数字量输出线8条、控制线4条、电源及其它5条。 与MCS-51的硬件连接 (3) 12位A/D转换器AD574A,3.1 A/D转换技术-接

15、口电路设计2,3.1 A/D转换技术-接口电路设计3,3.1 A/D转换技术-接口电路设计4,ADC0809与MCS-51的硬件连接： 外部时钟利用8031地址锁存器允许信号ALE经触发器分频后接到ADC0809的 CLOCK输入端 数据线与地址线复用P0口通过外接一片地址锁存器将其分离，从而构成8位数据总线和16 位地址总线的低8位； ADC0809具有通道地址锁存功能，故模拟输入通道地址的译码输入ADDA/ ADDAB/ADDC由P0.0P0.2直接提供。 A/D后的数字量输出直接与8031的数据总线相连ADC0809具有“三态输出数据锁存器” 8031采用中断方式读取ADC0809的转换

16、数据EOC线经反相器和8031的INT1线相连。,3.1 A/D转换技术-接口电路设计5,3.2 串行通信接口,3.2.1 串行通信接口概述 系统之间的信息交换即所谓通信。常用的通信方式有并行通信和串行通信两种。目前计算机系统中常用串行通信，由于计算机内部数据传送采用并行通信，若要实现计算机和外部设备之间的串行通信就需要种接口电路完成串行-并行数据传送方式的双向转换，这种接口电路称为串行接口。 串行通信接口的工作过程和特点 计算机在接收数据时，由串行接口沿着一条传输线一位一位地接收数 据当一帧数据接收完后，由串行接口将串行数据转换为并行数据供CPU 读取；当计算机发送数据时，由CPU把数据传送

17、给串行接口，再由申行接 口通过一条传输线在发送时钟的触发下一位位地把数据传送出去。串行 通信所用的传输线少并可借助现成的电话网进行信息传输，特别适合远 距离通信。所以串行接口已成为微机自动测试系统的必需部件和接口。,3.2 串行通信接口-数据传送方式1,3.2.2 数据传送方式 按照同一时刻数据流的方向可分为全双工、半双工和单工三种方式。 1. 全双工传送方式 在通信系统中，当数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传送 时，通信双方都能在同时刻进行发送和接收操作，这样的传送数据方式称 为全双工传送方式，如图3-13所示。全双工传送方式无须方向的切换，数 据传送效率高。,图3-13 全双工通信方

18、式,3.2 串行通信接口-数据传送方式1,2. 半双工传送方式 在通信系统中，根传输线既作数据输入又作数据输出虽然数据是 双向传送，但通信双方不能同时收发数据，这种传输方式称为半双工传送 方式如图3-13所示。在半双工传送方式下，要进行输入输出的双向传 送，必须设置通信链路的“换向逻辑”，进行方向的转换。,图3-13 半双工通信方式,3.2 串行通信接口-串行通信方式1,3.2.3 串行通信方式 根据时钟控制方式不同串行通信分为：异步串行通信方式和同步串行 通信方式。 1. 异步串行通信方式 通信系统的发送与接收设备都使用各自的时钟控制数据的发送和接 收；数据通常以字符为单位组成字符帧传送的；

19、异步通信传输格式一般由 起始位、数据位、奇偶校验位和停止位四部分组成。 波特率：1秒钟传输二进制数据的位数(bps，位/秒)，表征串行通信数 据传输速度。 异步通信的特点；不需传送同步脉冲，字符帧长度不受限制，所需设 备简单，但因字符帧格式复杂，降低了有效数据的传输速率。异步通信一 般应用在数据传输速率较慢的场合。,3.2 串行通信接口-串行通信方式2,图3-15 异步串行通信数据传输格式,3.2 串行通信接口-串行通信方式3,2. 同步串行通信方式 数据传输格式均由同步字符、n个数据字符和校验字符三部分组成。 特点：双方使用同一个时钟控制数据的发送与控制；数据格式中没有 设置起始位和停止位，

20、而是利用同步字符来完成收发同步，并且数据信息 以连续形式发送，传输效率较高。但该种方式通信技术复杂，故一般应用 于高速数据传输。,3.2 串行通信接口-调制解调器件1,3.2.4 串行通信中的调制解调器 1. 传输速率与传输距离 串行接口或终端直接传送数据的最大距离与传输速率及传输线的电气特 性有关，一般为30m以内，对远距离传输，一般需加入MODEM，如图3-17 所示。,3.2 串行通信接口-接口标准1,2. MODEM的分类 按工作速度分：高速(波特率9600bps)；中速(1200-9600bps)；低速(600bps) 按调制技术分：相移键控(PSK)、频移键控(FSK)和相幅调制(

21、PAM) 计算机系统中一般采用频移键控方式，即将数字0和1调制为不同频率的两个信号，如图3-18所示。 3.2.5 串行通信的接口标准RS-232C 串行通信接口标准是计算机与外设之间进行串行连接时双方要共同遵循的某种特殊约定或协议。 符合国际电气化标准的串口标准有：RS-232、RS-232C、RS-422和RS-485等。RS-232C是计算机系统中应用最多的串行通信标准，用于数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间的接口。接口标准内容包括机械、电气和协议相容。,3.2 串行通信接口-接口标准2,3.2.5 串行通信的接口标准RS-232C 1. RS-232C电气特性 使用双极

22、性负逻辑电平，信号电平在(5-15)V和-(5-15)V。 2. RS-232C接口信号 标准接口有25根线，采用25芯标准接口(如图3-19)，包括4条数据线、11 条控制线、3条定时线以及7条备用和未定义线。实际常用9针的COM接口。 实物图片 9针的COM接口,3.2 实物图片COM接口,实物图片 9针的COM接口,3.2 串行通信接口-接口标准3,2. RS-232C接口信号 TXD(2)：发送数据线，输出，DTE将串行数据发送到DCE。 RXD(3)：接收数据线，输入，DTE接收DCE发送来的数据。 RTS(4)：请求对方发送信号，输出，高电平有效。 CTS(5)：清除发送信号，DC

23、E发送清除发送信号到DTE，响应DTE请求 发送要求，表示DCE已处于发送状态且准备发送数据，DTE作好接收数据 的淮备。 DTR(20)：数据终端准备就绪，此时DCE可以发送数据。 DSR(6)：数据设备准备就绪，只用来表示本端的数据设备已连通通信信 道。 DCD(8)：接收线信号测试。 GND(7)：信号地。,3.2 串行通信接口-接口标准4,3. RS-232C与TTL器件接口 一般的TTL(CMOS)器件使用高低电平表示逻辑状态，而RS-232C使用 负逻辑电平，两者不相容，必须进行转换。 完成电平转换的常用芯片MAX232，能实现电平的双向转换。,3.2 串行通信接口-接口设计1,3

24、.2.6 串行通信的接口电路设计 1串行接口形式 目前的单片机内部都含有串行通信接口，可方便实现器件之间或单片机 与PC机之间的通信。 MCS-51的串行接口是一种异步通信接口，不能用于同步串行通信，但 可采用同步/异步接收发送器（USART）器件来扩展串行接口。 2串行接口基本任务 串-并转换串行数据和并行数据间的双向转换 串行数据格式化产生不同通信方式下的数据格式 可靠性测试自动生成奇偶校验位 接口与DCE之间的联络控制提供符合RS-232C标准规定的信号线,3.2 串行通信接口-接口设计2,3常见的接口芯片8251及接口电路 (1) 8251A的功能特点 8251A是一种高性能串行通信接

25、口，可以和多种单片机或微机连接， 具有同步、异步接收或发送功能。 (2) 8251A的内部结构（图3-20） 由接收器、发送器、调制控制、读写控制以及系统数据总线缓冲器5部 分组成。内部由内部数据总线实现相互之间的通信。 接收器：从RXD线上串行接收数据，并按规定的格式把串行数据转换成并行数据，经内部总线传送并存放在数据总线缓冲器。 发送器：将并行接收来自发送数据缓冲器中的数据，经TXD线串行发送出去。 数据总线缓冲器：与CPU的数据线相接，用于存放8251A的状态字，使8251A与系统数据总线连接起来。,3.2 串行通信接口-接口设计2,3.2 串行通信接口-接口设计3,读/写逻辑控制：用于

26、接收CPU送来的控制信号并进行译码，以实现对8251A的读/写操作控制。 调制控制：实现8251A和调制解调器的直接接口，用于传送8251A与调制解调器之间的应答信号。 (3) 引脚功能 共有28 个引脚，根据功能分为三组：与CPU接口的信号线、与外设的 接口线和电源线。 与CPU接口的信号线（14条）：包括8根双向数据线（D0-D7）等 与外设的接口线（12条）： 接收和接收控制线（RXD/RXC/RXRDY/SYNDET）； 发送和发送控制线（TXD/TXC/TXRDY/TXE）； 与调制器连接的接口信号（DTR/DSR/RTS/CTS）。 电源线（2条）：Vcc接+5V电源，GND接地。

27、,3.2 串行通信接口-接口设计4,3.2 串行通信接口-接口设计5,(4) 8251A和MCS-51的接口,3.2 串行通信接口-接口设计6,4电平转换芯片MAX232及接口电路 单片机内部都含有串行通信接口，可方便实现器件之间或单片机与PC 机之间的通信。 单片机串行口的TTL电平与PC机串行口的RS-232C电平之间转换通常 采用MAX232系列芯片。 实物图片MAX232芯片,3.2 实物图片MAX232芯片,实物图片MAX232芯片,3.2 串行通信接口-接口设计7,(1) MAX232的功能特点 单+5V电源供电功耗低；可以直接实现TTL(COMS)电平与RS232C 电平转换；集

28、成度高，外围电路简单，仅外接1个0.1uF去耦电容和4个1uF 电容；双发送接收器，有利于多机通信。 (2) MAX232的内部结构和引脚功能（图3-23） 内部主要由双电荷泵DC-DC电压变换器、RS232C驱动器、 RS232C接收器等组成。共有16个引脚。 (3) MAX232与MCS-51单片机的接口电路（图3-24） 接口电路很简单，只需连接RXD/TXD/GND三线即可。 若通信距离短（10m以内），MAX232的驱动能力满足设计要求，可直 接连接；若通信距离长，则需在中间加上驱动电路（虚线框内电路），以 提高驱动能力。,3.2 串行通信接口-接口设计8,3.2 串行通信接口-接口

29、设计9,3.3 总线技术,3.3 总线技术 总线是信号或信息传输的公共路径。总线是实现芯片与芯片之间、模块 与模块之间、系统与系统之间以及系统与控制对象之间进行信息传递的各 种信号线的集合，它为模块各部件之间和模块与模块之间提供了标准信息 通路。 相关的国际组织 IEC国际电工委员会 IEEE国际电气与电子工程师学会 ANSI美国国家标准化学会 EIA美国电子工业协会 波特率，bpsbit/s,3.3.1 总线概述1,3.3.1 总线概述 1. 总线结构 微机系统的两种结构 一是以处理器为中心的面向处理机的结构；另一种是以总线为中心的面 向总线的结构。 面向处理机的总线结构是将需要交换信息的模

30、块通过总线建立点到点的连接，是当前微机系统的基本形式。 2. 总线分类 (1) 按使用范围分：计算机总线、仪器或测控系统总线、网络通讯总线 (2) 按数据传送方式分：并行总线、串行总线 (3) 按用途和应用场合分 （表3-1）,3.3.1 总线概述2,表3-1 总线的分类,3.3.1 总线概述3,3总线系统的优越性 按总线规则，可实现复杂大系统的总线式模块化设计、制造、安装和调 试。 (1) 易于实现模块化硬件设计 整个大系统按总线规则设计成若干功能子系统或功能模块，可以降低系 统的复杂程度，提高系统的灵活性，降低系统产品的生产、调试、维修的 难度。 (2) 多厂商产品支持 (3) 便于组织生

31、产 模块功能较为单一，产品调试和维护也较为简单，便于组织大规模生 产，降低产品造价。 (4) 易于实现系统升级 (5) 良好的可维护性 (6) 经济性,3.3.1 总线概述4,4. 总线的数据传输 总线可传输程序指令、运算处理的具体数据、设备的控制命令、状态 字、设备间传输的具体数据等；如何保证数据在总线上高速可靠的传输是 系统总线的基本任务。 总线完成一次数据传输的时间称为传输周期，一般可分为4个阶段： (1) 申请分配阶段 需要使用总线的主模块向总线分配仲裁功能申请下一个传输周期的总线 使用权。 (2) 寻址阶段 取得总线使用权的主模块通过总线发出本次打算访问的从属模块或设备 编号的地址及

32、有关命令，以启动参与本次传输的从属模块，建立数据传输 通路。 (3) 传输数据阶段 (4) 结束阶段：主、从模块的有关信息均从系统总线上撤除，让出总线。,3.3.1 总线概述5,5. 总线的数据传输方式 不同的传输方式主要是要实现主从模块间的协调和配合，主要包括同步 式传输、异步式传输、半同步式传输和分离式传输。 (1) 同步式传输 传输过程：主、从模块间的传输周期是固定的。其中每一步骤的起始时刻，主、从模块双方都要严格地按规定的时间完成相应的动作。通常用系统时钟作为各模块动作的时间标准。 例如微型计算机系统中的CPU与存储器之间的数据传输就是典型的同步传输方式，它的基本传输周期需要4个时钟周

33、期，分别用T1、T2、T3和T4表示。其时序如图3-25所示。 特点：从时序图可见，同步式传输的特点就是传输周期固定，系统总线在设计时T1、T2、T3和T4的规定明确统，模块之间的配合简单一致，但存在着对所有模块时间配合上强求一致的缺点，使设计缺乏灵活性。,3.3.1 总线概述6,3.3.1 总线概述7,(2) 异步式传输 同步式传输对总线所连接的模块和设备的速度一致性要求较高，严格限 制了系统设计。为了实现不同速度模块的配合，采取异步式传输，即主模 块与从属模块之间通过“请求(REQ)”和“应答(ACK)”信号线来协调传输过 程而不依赖于系统时钟信号，从而增加了模块选择的灵活性。 其操作时序

34、如图326所示。,3.3.1 总线概述8,传输控制过程 以读操作为例： 主模块首先将预参加读 操作的从模块的地址驱动到 地址总线上，然后“REQ”发 出低电平有效的请求信号，表示传输周期开始。总线上的所有从模块收到命 令、地址和请求信号后，依照各自可能的响应速度加以识别、判断和选择， 被选中的从模块响应清求，将指定地址单元的数据读出并驱动到数据总线上， 然后该从模块将“ACK”的高电平降为低电平信号，标识主模块需要的数据已 驱动并稳定在数据线上，等待读取。其响应时间取决于被选中的从模块的速 度。当主模块测试到“ACK”线上有效低信号后，主模块开始从数据线读取数 据，读完后撤除请求信号，使REQ

35、变为无效高电平。从模块测试到“REQ”上 升为无效高电平信号时，将数据总线释放，同时将“ACK”信号线变为无效高 电平，表示读周期结束。,3.3.1 总线概述9,异步式传输控制特点 异步式传输实质上就是查询传输方式。其特点是“请求”和“应答”的呼应 关系完全互锁，保证数据传输的可靠性；数据传输的速度不是固定不变 的，有利于同一系统中多种速度模块的协调工作；以各自的最佳可能速度 配合运行；但不同速度的模块必须执行相同数据传输步骤，控制复杂，影 响效率。 (3) 半同步式传输 传输控制特点 半同步式传输是结合同步和异步式传输的优点，提出的一种折中方式。 它保留了同步传输用系统时钟定时的优点，但为了

36、允许不同速度的模块在 同一系统中协调工作，增加了一条“等待”响应信号线。,3.3.1 总线概述10,半同步式传输工作过程 对高速设备传输，可以像同步式传输一样，按照既定的时刻传输地址、 命令和数据； 对低速设备传输，主模块在发出地址和命今后，被选中的从模块因速度 较慢，若无法在预定的时刻提供数据，可借助于“WAIT”信号线强制主模 块延时并等待整个系统时钟间隔。此后每个时钟周期的固定时刻主模块都 要测试“WAIT”信号状态，直至测试到“WAIT”信号线无效信号时，主从模 块接着向下执行，直到一个传输周期结束。 因此，半同步传输方式是借助“WAIT”信号线信号状态，以达到速度匹 配的目的。,3.

37、3.1 总线概述11,(4) 分离式传输 前述三种传输方式的共性：主模块通过总线发出地址和命令后，到从模块将数据驱动到数据总线上之前，是从模块执行读/写命令的准备时间，这段时间内总线处于空闲等待阶段。尤其外设速度很低，或需要随机对外设传输数据时，系统性能会因此受到影响。 分离式传输的基本思想：是将一个读周期分解成两个分离的子周期。在第一个子周期，主模块在获得总线使用权后，发出地址、命令以及主模块的编号等有关信息，由有关从模块接收后，主模块立即放弃总线使用权，以便其他模块使用。被选中的从模块接收到主模块的命令信息，将主模块所需的数据难备好，再申请总线使用权，获淮后将需要传输的数据等信息发送到总线

38、上，由主模块读取。这就是第二传输子周期。,3.3.1 总线概述12,分离式传输特点 每一个传输子周期总线上只有单方向的信息流，每个模块既是主模块又 是从模块，在信息传输之前都需要先申请总线使用权，获准后采用同步式 传送，无须等待对方应答，从而减少了总线占用时间，提高总线利用率和 系统效率。 分离式传输的缺点是控制复杂，多适用于多处理器系统。,3.3.2 常用的总线标准1,3.3.2 常用的总线标准 1. MULTIBUS总线 MULTIBUS总线又称IEEE-796总线，是Intel公司1977年开发的板级连 接标准总线。MULTIBUS总线支持微处理器和存储器扩展板、I/O扩展板 以及外设控

39、制板之间进行的8位或16位数据信息传输。 2. GP-IB并行总线 GP-IB(通用接口总线)又称IEEE-488总线，1972年由HP公司提出，1975 年被IEEE和IEC定为测量仪器系统的标准总线，目前广泛应用于各种智能 测试仪器仪表中。 (1) GP-IB总线的基本性能,3.3.2 常用的总线标准2,(1) GP-IB总线的基本性能 可采用一条总线互相连接若干台装置，组成一个自动测控系统。总线上连接的装置最多不超过15台。且互连总线的传输路径总长度不超过20m。 数据传输格式采用位并行、字节串行、双向异步传输方式，最大传输速率为1Mbs。 总线信息逻辑采用负逻辑，且高低电平的规定与标准

40、TTL电平兼容。 地址容量。单字节地址和双字节地址两种。 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。,3.3.2 常用的总线标准3,(2) GP-IB总线的引脚功能 数字化的24脚并行总线。 数据线：根双向数据线DIO DIO，且兼作地址线。 信号交换线：根，用来实现设备 输入输出时的信息交换，通过信 号应答实现异步数据传输。 控制总线：根，用于控制系统状态。 地线：条，其中一条是机壳接地线， 其余是信号地。,3.3.2 常用的总线标准4,GP-IB总线的使用： 总线上只允许一个主设备，可有多个从设备，连接在总线上的设备统称 为器件。在一次数据传输过程中，只能采用对多的数据传送（广播通 信）。

41、GP-IB总线共定义了种接口功能，可具有听、讲、控、服务多 种功能，配置仪器和系统时，可根据情况选择全部或部分功能。 在实际测试系统中，具有GP-IB总线接口的各种设备并行连接在总线 上，由微处理器承担总线的信息分配和控制，其连接方式如图328所示。,3.3.2 常用的总线标准5,3. VXI总线 VXI总线是继GP-IB第二代自动测试系统之后，为适应测试系统从分立台 式和装架叠式结构向高密度、高效率、多功能、高性能的模块结构发展需 要，吸收智能仪器和PC仪器的设计思想，结合GP-IB接口和高级微机内 VME总线的优点，于1987年推出的一种开放的新一代自动测试系统工业总 线规范。VXI总线是

42、仪器与计算机技术、通信技术深层次结合的产物，易于 构成虚拟仪器等模块化仪器。 VME，一种国际通用的工业微机总线标准，支持插卡式仪器。 VXI总线功能特点：共有P1、P2、P3三个连接器。连接器继承了VME总线的机械特性。 总线信号线：按功能可分为组，数据传送总线、仲裁总线、优先级中断总线、共用总线和面向仪器信号线。,3.3.2 常用的总线标准6,4. PXI总线 是PCI在仪器领域的扩展。1997年由NI公司推出的一种全新的开放式、 模块化的仪器总线规范。将PCI总线技术扩展为适合于试验、测量与数据采 集场合应用的机械、电气和软件规范。将台式PC的性能价格比优势与PCI总 线面向仪器领域应用

43、扩展完美结合起来，形成一种新的虚拟仪器测试平台。 PXI产品填补了低价位PC系统与高价位GPIB和VXI系统之间的空白。,3.3.2 常用的总线标准7,串行总线 RS-232CRS-485USB,3.3.3 PC系列总线1,3.3.3 PC系列总线 PC系列总线的发展： IBM PC/XTISAEISA和PCI局部总线 1. PC总线 是指IBM PC/XT机及兼容机使用的总线。 IBM PC/XT机系统板有8个62芯扩展槽，可以插入不同功能的插件板来 扩展系统功能。连接扩展槽的62根信号线组成了IBM PC/XT机系统总线。 62根引脚按功能不同可分为数据线、地址线、控制线、状态线以及辅助

44、和电源线五类。,3.3.3 PC系列总线2,2. ISA总线 ISAindustry standard architecture ISA总线是为满足存储器与CPU之间较高的数据传输率要求，而形成的 存储器总线与系统总线分开的16位总线，可寻访16MB地址单元。ISA总线 的典型时钟频率为6MHz，最大系统总线传输率为8MB/s，存储器传输率为 (3280)MB/s。 总线信号定义 ISA总线是在PC总线基础上扩展了一个36线插槽而形成，即扩展槽分成 62线和32线两段，共计98引脚。其中62线插槽的引脚排列和定义与PC总线 基本相同，只有两个引脚不同。 扩展的36线引脚分配如图3-30所示。包

45、括数据线（SD08SD15）、地址 线（LA17LA23）、中断请求输入线（IRQ10IRQ15）、DMA请求线、 DMA请求应答信号线等。,3.3.3实物图片工控机,3.3.3实物图片ISA总线插槽,3.3.3 PC系列总线3,3.3.3 PC系列总线4,3. EISA总线 EISA(extended ISA) EISA总线是在ISA总线基础上发展起来的一种高性能的标准总线，总线 宽度为32位，总线的引脚也扩展到196个引脚，并且有高速同步传送功能。 EISA与ISAPC总线完全兼容，支持EISA和ISA 接口卡。 EISA总线的196根信号线可分成地址总线和数据总线组、数据传输控制 线组、

46、总线仲裁信号线组和其他功能连线组等4组，其巾除了ISA原有的信 号外，EISA还增加了一些信号线。 总线规范定义了Burst工作方式，总线的最大传输率为Mbps，总线 时钟频率为810MHz。,3.3.3 PC系列总线5,4. PCI总线 PCIperipheral component interconnect 随着Pentium系列微机的工作频率迅速提高，使得ISA、EISA总线的工作 速度不能与之匹配，为此，在系统总线结构上又推出了PCI等局部总线。局 部总线的传输率接近存储器总线，提高了总线时钟频率，但要限制扩展槽的 数量以及总线长度。 PCI局部总线是独立于处理器的32位（支持64位机

47、）总线结构，典型工 作频率为33MHz，总线最大传输率为132MB/s，存储器传输率为264 MB/s。 PCI总线的自适配的特性：当外设在和系统连接时，能自动进行中断设 置和I/O端口地址分配，并能与ISA、EISA总线兼容。 PCI局部总线结构：单一的PCI总线通常最多只允许4个PCI扩展槽，通 常采用PCI-PCI桥实现扩展。PCI局部总线结构如图3-31所示。,3.3.3 PC系列总线6,PCI总线通过PCI桥路将一些高速外设挂到CPU芯片总线上，以协调数 据传输并提高总线接口。PCI桥路实现驱动PCI总线所需的全部控制；增 设标准总线桥路，将PCI信号转换为ISA、EISA总线等信号，以便与ISA、 EISA等总线设备相连。,