微型计算机的标准总线

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计算机是由许多集成电路组成的,集成电路的内部除了成千上万的晶体管以外,还包含着数不清的信号线。此外,计算机的功能模块(如印制电路板)之间以及计算机系统之间的信息传送,也要依靠信号线。相同功能信号线的集合称为总线。由于总线的作用很象运送“乘客”的公共汽车,所以用BUS(英文公共汽车)表示。

按照传送信息的不同,总线有数据总线,地址总线和控制总线之分(详见本刊1985年6期)。按照连接对象的不同,微型计算机中的总线又可以划分为以下三类:

1.片内总线。即微处理器芯片内部控制器、寄存器与运算器之间的总线。它有单总线、双总线和三总线三种结构。图1中的片内总线,就是单总线。由图可见,由寄存器向运算器输入数据以及由运算器向寄存器送回运算结果都使用这同一条总线。双总线和三总线则不同,它把输入数据及送回结果分成两条或三条专线同时进行,所以运算速度比单总线快。

图1
图1 🔍原图 (824×364)

2.内总线(IBUS):内总线又称板级总线,它用于微机系统中各个功能插件板之间的连接。通常所说的微机总线往往专指内总线。

3.外总线(EBUS):外总线又称通信总线,它用于微机与外设之间以及微机系统之间的通信连接。通信总线不是微机系统所特有的,在中、小型计算机以及数字设备之间往往使用相同标准的通信总线。

上述三种总线的作用可以从图1中看得比较清楚。

总线的标准化极为重要,国际标准化组织相继建立了许多板级总线标准,如S-100总线等。有了标准,相同标准的插板就可以互换了,例如,用Z80设计的S-100标准总线的CPU插板完全可以代替用8080设计的同一标准插板,且性能有所提高。

总线标准的内容很全面,它不仅包括来往信号的电气性能,还对印制板及接线插接件的尺寸做了详尽规定。下面简单介绍几种常用的微机标准总线及通信总线。

常用微机标准总线

(1)S一100总线:S-100总线最初由业余爱好者倡导,后被美国电气与电子工程师协会(IEEE)修正后接受。S—100总线插件板有100个插脚,每面50个。信号线包括16条数据线,24条地址线,8条状态线,11条输入输出控制线,8条直接存储器存取控制线,8条中断线及20条电源、地址等。标准机箱使用背板(带平行连线的印制板)连接100芯插座,标准插件(C-PU、存储器及I/O板等)可以任意插入机箱的每一个插座,便于用户自己扩展内存及接口。S-100总线适用于8080、8085及Z80等微处理器,是我国当前使用较广的一种总线。

(2)MULTIBUS多总线:多总线由Intel公司制定,已被IEEE定为工业标准。它可以实现单板机之间以及单板机与扩展板的通信,数据传输率为每秒5兆位。它支持8080、8085、8086及Z80等多个微处理机,当它们争用多总线时,由硬件仲裁逻辑进行裁决。它占用86线及60线两个插头,引脚多于S-100总线,扩展更加灵活方便。

(3)STD总线:STD总线是近十年发展最快、目前最热门的工业用总线。它由Pro-Log公司制定,设计周到,适应性好,一些流行的8位处理机如8080、80C85、8088、6800、6809、6502、Z80和NSC800均可使用该总线,有通用总线之美称。它包括8条数据线、16条地址线、22条控制线和10条电源、地线等共计56根。STD总线模块使用11.43cm×16.51cm(4.5英寸×6.5英寸)的小板,抗干扰及散热性能好,广泛用于要求高可靠性的工业控制与监测系统中。我国还开发了全CMOS化的0505系列STD模块,除了通用的A/D、D/A转换模板外,还有多种工业控制接口板,如8路光电隔离输入板、8路双向可控硅开关元件驱动板和8路干簧继电器板等,能够直接控制机电设备或与现场仪表连接。图2是STD总线应用的示意图,图中的每个功能框可以由几块板实现,如A/D是一块板,D/A是一块(4路)或几块板等,其余方框情况也是这样。STD总线的出现将把微机工业控制推向新的水平。

图2
图2 🔍原图 (715×490)

(4)6800总线:6800总线是用于M6800系列微机的标准总线,它的插件板共有86个引脚。

(5)TRS-80总线:该总线用于TRS一80微机,仅有40根线,特点是简单,并易于扩充。

(6) Apple Ⅱ总线 该总线是为以6502为核心的Apple Ⅱ微机系统开发的,目前流行较广。它有50根线,特点是灵巧简单。

通信标准总线

目前微机系统使用的通信总线并不是微机所特有的总线,它们的历史比任何型号的微型机都要早,大多数是由电子工业的其它领域借鉴而来的。微机系统的通信总线有串行和并行两大类,串行总线的标准有EIA—RS232C、EIA—RS422和RS423,并行总线标准有IEEE一488等。

(1)EIA一RS232C总线(下简称232):232总线是美国电子工业协会(EIA)规定的串行传输线接口引线标准。它规定了各种仪器设备之间通信的信号线功能。目前,232接口在微型机以及打印机、绘图仪、显示终端、调制解调器等方面得到了极其广泛的应用。

232总线的数据传输率为50至9600波特,信号电平为±12V,使用标准的25芯接插座,传送距离可以达到100英尺。

图3利用可编程通信接口芯片8251A与CRT显示终端实现通信。由于微机内部使用TTL电平,而232信号电平是±12V,故图3中使用了MC1488和MC1489电平转换集成电路,前者将CRT的±12V电平信号转换成TTL电平(0.3V和3V),后者将TTL电平转换成±12V。从图3中可以看到,涉及的全部信号线仅有三根,即发送数据TxD、接收数据RxD和地级GND,其它不用信号线均接地。在多数情况下,232接口经常使用这三根线(有时还有“准备好”信号线),因此232接口的电缆线制作和连接十分简便。

图3
图3 🔍原图 (637×375)

RS422和423与232的信号线相同,传送距离是232的50倍,传输率分别为232的50倍和5倍。

(2)IEEE—488总线(下简称488):

488总线是1974年由IEEE颁发的并行总线标准。利用488总线可以连接多台设备,如控制用的计算机、电压表、信号发生器和电源等。

488总线又称GPIB总线,数据传输率可以达到每秒1兆字节,比232总线至少快近千倍。接在总线上的仪器设备也由232的2台增加到15台。488的逻辑“1”信号电平要求小于0.8V,“0”电平要求大于2V,故使用负逻辑的TTL电平即能满足要求。488总线使用24芯接插座,传送距离限制在20米以内,一般采用串扰较少的扁平电缆。

图4是Z80微处理器的488接口电路,电路右端即为488总线的全部信号线及其功能说明,其中包括8条双向数据线(命令、数据和地址)DIO\(_{0}\)-7和控制线等。图4电路主要部分是2片8255A并行接口电路及4片四总线驱动器MC3441A。第一片8255A的C口下半字节PC0-3接收来自MC344lA的信号,上半字节PC\(_{4}\)-7则向MC3441A输出信号;它的B口接收8位数据;A口输出8位(只用7位)命令等。第2片8255A的A口仅负责输出IFC等控制信号。数据的传送是在DAV、NRFD、NDAC三个信号的控制下进行的,称为三线挂勾。每当数据线DIO0-7上传送一个字节的信息,就需要进行一次三线挂勾。MC3441A担负着向两个方向传输数据的任务,每个MC3441A内部含有4个发送/接收器,连接488总线的输出端是集电极开路(OC)结构,内部已附带负载电阻。图4接口还可以简化国外多使用单片机专用接口芯片。 (许奇雄 )

图4
图4 🔍原图 (1163×839)