计算机控制系统电子课件--李正军_第2节.ppt

第2章总线技术与MODBUS通信协议  2.1 概述 在计算机控制系统的设计中，除选择一种微处理器、微控制器自行设计硬件系统或选用现有的智能仪表、DCS等系统外，设计者还可以根据不同的需要，选择微型计算机系统（如PC机或工控PC机），再配以I/O扩展板卡，即可构成硬件系统。 I/O扩展板卡是插在微型计算机系统中总线上的满足控制系统需要的电路板。 工控PC机采用的结构是无源底板，在无源底板上具有多个ISA或PCI总线插槽，CPU板卡为ALL-IN-ONE结构，采用工业级电源及特制的机箱，可靠性高，可连续24小时运行，又与一般PC机兼容。 2.1.1 总线的概念及分类 采用总线结构是微型计算机系统体系结构的特点之一。总线是若干连线的集合，这些连线包括数据线和地址线、控制时序和中断信号、电源线和地线以及未定义的备用线等四类。 1．总线定义 总线是计算机各模块间进行信息传输的通道。它包括通道控制、仲裁方法和传输方式等内容。 2．总线分类 在计算机控制系统中，一般将总线分为内部总线（又称系统总线）和外部总线两部分。 2.1.2 总线组成及总线功能 1．总线组成 数据总线； 地址总线； 控制总线； 电源。 （1）数据总线 数据总线是外部设备和总线主控设备之间进行数据传送的数据通道。 （2）地址总线 地址总线是外部设备与主控设备之间传送地址信息的通道。 （3）控制总线 控制总线是专供各种控制信号传递的通道，总线操作的各项功能都是由控制总线完成的。 （4）电源 电源+12V、-12V、+5V、-5V，是系统必备总线，-5V用得较少，+5V要求大电流供电。PCI总线还有3.3V电源信号，这表现了计算机系统向低压发展的趋向，即电源的种类在向3.3V、2.5V、1.7V方向发展。 2．总线功能 总线功能是计算机总线研究的重点，计算机的A-BUS，D-BUS，C-BUS，即地址总线、数据总线和控制总线的功能如下： 数据传输功能； 中断功能； 多主设备支持功能； 错误处理功能。 2.2 内部总线 内部总线是计算机内部各功能模板之间进行通信的通道，又称为系统总线，它是构成完整计算机系统的内部信息枢纽。由于ISA总线已淘汰，下面仅介绍比较流行的STD总线、PCI总线及LPC接口总线。 2.2.1 STD总线 STD（Standard）总线最早在1978年由Pro-Log公司和Mostek公司共同推出，1987年被批准为国际标准IEEE961。 1．STD总线的特点 STD总线是56根并行计算机总线，采用小模板结构，尺寸为165×114mm，插入标准的56芯插座，全部56根引脚线都有确切的定义。 STD总线的优点是：模块化的总体设计布局，允许系统设计者选取所需的功能模块解决具体问题；开放式的系统结构，使用户可根据需要选用各种功能模板，像搭积木一般任意拼装出自己所需的计算机系统；拥有丰富的I/O功能，使之能广泛地应用于工业控制的各个领域；模板的小尺寸设计，消除了冲击和震动的影响等。 2．STD总线的信号分配 STD总线定义了8位/16位微处理器兼容的总线标准，对模板尺寸、总线连接器和插脚分配，信号定义和电气标准等都作了规定。 其56根引线（插脚）按功能可分为五大类： 逻辑电源线6根（引线1~6）； 数据总线8根（引线7~14）； 地址总线16根（引线15~30）； 控制总线22根（引线31~52）； 辅助电源线4根（引线53~56）。 2.2.2 PCI总线 1．概述 制订PCI总线的目标是建立一种工业标准的、低成本的、允许灵活配置的、高性能局部总线结构；它既为今天的系统建立一个新的性能/价格比，又能适应将来CPU的特性，能在多种平台和结构中应用。 PCI局部总线是一种高性能、32位或64位地址/数据线复用的总线。其用途是在高度集成的外设控制器器件、扩展板和处理器系统之间提供一种内部联接机制。 PCI局部总线已形成工业标准被公布。它的高性能总线体系结构，满足了不同系统的需求，低成本的PCI总线构成的计算机系统，达到了新的性能/价格比的水平。因此，PCI总线被应用于多种平台和体系结构中，PCI局部总线的多种应用如图2-1所示。 PCI总线规范为几种产品的生产建立了高性能局部总线标准。PCI规范提供了参数选择，以便能达多种性能/价格指标，允许在不同的系统和部件级应用。 2．PCI引脚 为了管理数据和寻址、接口控制、仲裁以及系统运行，PCI接口对单个目标设备需要至少47个引脚，对主控设备最少需要49个引脚。按功能组划分的引脚如图2-3所示，左边为所需引脚，右边为可选引脚。 2.2.3 PC104总线 PC104是一种嵌入式总线规范，是ISA（IEEE996）标准的延伸。PC104是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。IEEE