[信息与通信]第4章 接口设计概述.ppt

机电一体化技术 米 建 伟 电话：029 邮箱：jackie0701@126.com 第四章 接口设计概述 知识点： 机电一体化系统接口设计的基本概念 机电一体化系统常用ISA、VESA、AGP、STD总线设计 机电一体化系统的人机接口和机电接口设计 本章导读 随着电子技术的迅速发展，内部系统和外围设备也在不断发展和复杂化，使接口技术也成为了现代工业中一门关键的技术，目前，不仅出现了可以执行不同的接口功能的接口芯片，另外，一些接口芯片还自带处理器，可执行接口内部的固化程序，形成智能接口，这些技术使机电一体化系统更加安全和高效。 4.1 接口设计概述 4.1.1接口的基本概念 机电一体化系统通常都由许多要素和子系统构成，为了确保各个要素与系统之间能够顺利的进行信息，物质能量的传输和转换，在它们之间必须具备有一定的联系条件，这些联系条件都统称为接口。 4.1.2接口设计的任务及主要类型 在机电一体化系统中，在外设与系统之间，常常会出现信号不能匹配的问题，这些问题都需要用接口来解决。例如： （1）信号电平 （2）数据传输 （3）信号类型 （4）数据格式 4.1.3接口设计的基本原则及要求 机电一体化系统中的接口通常是由接口电路与之配套的驱动程序组成，就是我们通常说的硬件设计和软件设计。 接口电路是接口的骨架，用来实现在被传输的数据、信息在电气上、时间上的匹配的电路，接口程序是接口的中枢。 4.2 常用总线 任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，则系统比较复杂。 为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。 总线的主要功能是传送数据，总线的数据传送能力如何，可以用以下3个主要指标来衡量： （1）总线宽度：指总线能同时传送的数据位数。 （2）总线频率：工作频率越高，总线工作速度越快，总线带宽越宽。 （3）总线带宽：指单位时间内总线上可传送的数据量。 总线带宽=总线位宽/8×总线工作频率MB/s 4.2.1 ISA总线与EISA总线 （1）ISA（industrial standard architecture）总线标准是IBM 公司1984年为推出PC/AT机而建立的系统总线标准，所以也叫AT总线。它是对XT总线的扩展，以适应8/16位数据总线要求。 ISA总线采用独立于CPU的总线时钟，因此CPU可采用比总线频率更高的时钟，有利于CPU性能的提高。但ISA总线没有支持总线仲裁的硬件逻辑，因此不支持多台主设备系统，且ISA上的所有数据的传送必须通过CPU或DMA接口来管理，因此使CPU花费了大量时间来控制与外部设备交换数据。ISA总线时钟频率为8MHz，最大传输率为16MB/s。 （2）EISA(Extended Industrial Standard Architecture)总线，是一种在ISA基础上扩充开放的总线标准， 它与ISA完全兼容，它从CPU中分离出了总线控制权，是一种智能化的总线，能支持多总线主控和突发方式的传输。 EISA总线的时钟频率为8MHz， 最大传输率可达33MB/s，数据总线为32位，地址总线为32位，扩充DMA访问。 ISA总线扩展槽的62根信号线分为五类：地址线、数据线、控制线、状态线、辅助线和电源线。 4.2.2 VESA 总线 VESA（video electronics standard association）总线是 1992年由60家附件卡制造商联合推出的一种基于80486CPU的32位局部总线，简称为VL (VESA local bus) 总线。 所谓局部总线是指在系统外，为两个以上模块提供的高速传输信息通道。 VL-Bus是由CPU总线演化而来的，采用CPU的时钟频率达33MHz、数据线为32位，配有局部控制器。通过局部控制的判断， 将高速I/O直接挂在CPU的总线上，实现CPU与高速外设之间的高速数据交换。 4.2.3 PCI总线  PCI(peripheral component interconnect)总线是当前最流行的总线之一。 与CPU时钟频率无关，自身采用33MHZ的时钟频率，定义了32位数据总线，且可扩展为64位，数据传输率达132～246MB/s。 PCI总线主板插槽的体积比原ISA总线插槽还小，其功能比VESA、ISA有极大的改善，支持突发读写操作，最大传输速率为132MB/s，可同时支持多组外围设备。 PCI控制器有多级缓冲，可把一批数据快速写入缓冲器中。在这些数据不断写入PCI设备