外部总线概述
ExternalBus(外部总线) ，通常称为总线(Bus)指片外总线，是的CPU与内存RAM、ROM与输入/输出设备接口通信的通道，又称系统总线.外部总线又称通信总线，用于计算机、计算机与远程终端、计算机与外部设备、计算机与测量仪器之间的通信。这种总线不是计算机系统现有的总线，而是利用电子工业或其他领域现有的总线标准。外部总线分为并行总线和串行总线。并行总线主要包括IEEE-主要有488总线RS232C、RS422C、RS485、IEEE1394以及USB总线等。
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IEEE-488总线概述
IEEE-488 总线是并行总线接口标准。IEEE-488总线用于连接系统，如微机、数字电压表、数字显示器和其他仪器IEEE-组装488总线。它以平行位置和字节串行的双向异步方式传输信号。连接方式为总线。仪器设备直接与总线并联，无中介单元，但总线最多可连接15台设备。最大传输距离为20米，信号传输速度一般为500米KB/s，最大传输速度为1MB/s。
IEEE 488是20世纪70年代并行的外总线HP公司制定的。HP为了解决各种仪器和计算机的接口，公司开发了通用接口总线HP—IB总线。1975年IEEE以IEEE 推荐488标准总线，1977年国际电工委员会 (IEC)还认可和推荐了总线，并将其命名为IEC—IB。因此，该总线同时使用IEEE—488，IEC—IB (IEC接口总线)，HP—IB (HP接口总线)或GP—IB 各种名称(通用接口总线)。由于IEEE 当使用488总线时IEEE 在建立计算机控制的测试系统时，不要添加大量复杂的控制电路，IEEE 488系统以框架层叠智能仪器为主要装置，形成开放式积木测试系统。因此IEEE 488总线是工业上应用最广泛的通信总线之一。
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IEEE-488总线工作模式
IEEE 488总线接口结构如图所示.22所示 .利用IEEE 488总线将微型计算机与其他设备连接在一起。可采用串行连接或星形连接。
图8.22 IEEE 488总线接口结构
在IEEE 488系统中的每个设备可以以下三种方式工作。
(1) 这是一种从数据总线接收数据的接收器，一个系统可以同时有两个以上的听者在工作。可作为听者功能的设备有：微型计算机、打印机、绘图仪等。
(2) 这是一种发送器，它将数据发送到数据总线，一个系统可以有两个以上的演讲者，但只有一个演讲者在任何时候工作。具有演讲者功能的设备包括：微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。
(3) 控制器是一种向其他设备发出命令的设备，如寻找其他设备的地址，或允许演讲者使用总线。控制器通常由微机组成。一个系统可以有不止一个控制器，但每时每刻只能有一个控制器在工作。
在IEEE 488总线上的各种设备功能各异。一些设备，如微型计算机，可以同时具有三种功能：控制器、听者和讲者。有的设备只有收发功能，有的设备只有打印机等接收功能。系统只能在某刻只能有一个控制器，而在传输数据时，只能有一个发送器发送数据，允许多个接收器接收数据。也就是说，可以传输一对多的数据。
例如，在一般应用中，通过微型机控制的数据测量系统IEEE 488将微机与各种测试仪器连接起来。此时，只有微机具有控制、发送和收集三种功能，而总线上的其他设备没有控制功能，但仍有收集和发送功能。当总线工作时，控制器发布指令，规定哪个设备是发送器，哪个是接收器，然后发送器可以使用总线发送数据，接收器从总线接收数据。
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IEEE-488总线使用协议
(1) 数据传输速率≤1 MB/s。
(2) 连接到总线的设备 (包括作为主控器的微型机)≤15个。
(3) 设备间的最大距离≤20 m。
(4) 整个系统的电缆总长度≤220 m，若电缆长度超过220 m，定时关系会因延迟而改变，导致工作不可靠。在这种情况下，应附加调制解调器
(5) 所有数据交换都必须数字化。
(6) 总线规定使用24线组合插头座，并采用负逻辑，即使用小于 0.8V电平表示逻辑1；超过2V电平表示逻辑0。
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RS232C总线的概述
RS-232-C是美国电子工业协会EIA（Electronic Industry Association）串行物理接口标准的制定。RS是英文推荐标准的缩写，232是标识号，C表示修改次数。RS-232-C总线标准有25条信号线，包括主通道和辅助通道。在大多数情况下，主通道主要用于一般的双工通信，只有几条信号线，如发送线、接收线和接收线。RS-232-C每秒50、75、 波特100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232-C标准规定驱动器允许2500pF例如，150的电容负载和通信距离将受到此电容器的限制pF/m通信电缆时，最大通信距离为15m；如果每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一个原因是RS-232属于单端信号传输，存在共地噪声、共模干扰无法抑制等问题，一般用于20年m内部通信。
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RS232C的电气特性
EIA－RS－232C协议规定了电气特性、逻辑电平和各种信号线功能。
在TxD和RxD上：逻辑1（MARK）＝－3V～－15V
逻辑0（SPACE）＝＋3～＋15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线：
信号有效(接通，ON状态，正电压)=+3V～＋15V
信号无效(断开，OFF状态，负电压)=-3V～－15V
说明了上述规定RS－323C逻辑电平的定义标准。
数据(信息码)：
逻辑“1"(传号)电平低于-3V，逻辑“0"(空号)电平高于+3V；控制信号；连接状态（ON）即信号的有效电平高于+3V，断开状态（OFF）即信号无效电平低于-3V，也就是说，当传输电平的绝对值大于3时V在-3~+3之间，可以有效检查电路V电压之间毫无意义，低于－15V或高于＋15V因此，在实际工作中，电压也被认为毫无意义±（3～15）V之间。
EIA－RS－232C协议与TTL转换：
RS－232C协议用正负电压表示逻辑状态TTL逻辑状态的规定因高低电平而异。因此，为了能够与计算机接口或终端相同TTL必须连接设备EIA－RS－232C协议与TTL改变电路之间的电平和逻辑关系。分立元件或集成电路芯片可用于实现这种转换。集成电路转换器件目前应用广泛，如MC1488、SN75150芯片可完成TTL电平到EIA电平转换，而MC1489、SN75154可实现EIA电平到TTL转换电平。MAX232芯片可完成TTL??EIA双向电平转换。
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RS232C总线连接器的机械性
因为RS－232C该协议没有定义连接器的物理特性，因此出现了DB－25、DB－15和DB-9各种类型的连接器对引脚有不同的定义。这里有两个连接器。
（1）DB－25：PC和XT机采用DB-25型连接器。DB-25连接器定义了25条信号线，分为4组：
①9个异步通信电压信号(包括信号地SG）2，3，4，5，6，7，8，20，22
②20mA电流环信号 12、13、14、15、16、17、19、23、24
③6空(9、10、11、18、21、25)
④保护地（PE）1.作为设备接地端(1脚)
注意，20mA只有电流环信号IBM PC和IBM PC/XT机提供，至AT以后机器就不支持了。
（2）DB－9连接器
在AT机器及以后不支持20台mA使用电流环接口DB-9连接器提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM连接器有两个串行接口。它只提供9个异步通信信号。DB-25型连接器的引脚分布DB-25引脚信号完全不同。因此，如果与配接DB-25型连接器DCE必须使用专用电缆连接设备。
电缆长度：通信速率低于20kb/s时，RS－232C协议直接连接的最大物理距离为15m（50英尺）。
最大直接传输距离说明：RS－232C协议规定，如果不使用MODEM，当码元畸变小于4%时，DTE和DCE最大传输距离为15m(50英尺)。由此可见，最大距离是在码元畸变小于4%的前提下给出的。为保证码元畸变小于4%的要求，接口标准规定驱动器负载电容应小于2500pF。
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RS422总线概述
RS-422是串行数据接口最初的串行数据接口标准（EIA）制定并发布，RS-422由RS-232的发展是为了弥补RS-提出了232的缺点。为改进RS-通信距离短，速度低，RS-422定义了将传输速率提高到10的平衡通信接口Mb/s，传输距离延长到4000英尺(低于1000英尺)kb/s)并允许在平衡总线上连接最多10个接收器。一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。
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RS232、RS485和RS485的区别
RS-232、RS-422与RS-485标准只规定接口的电气特性，不涉及连接器、电缆或协议。在此基础上，用户可以建立自己的高级通信协议。例如，视频服务器有多个RS每个接口可通过422串行通信接口RS由外部计算机控制的422通信线实现记录和播放。除了提供各种控制硬件接口外，视频服务器还提供协议接口，如RS422接口除支持RS422的Profile除协议外，还支持 Lout、Odetics 、BVW等通过RS422控制的协议。
RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的，RS-232在1962年发布。RS-422由RS-232发展而来，为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100Kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。
- S-232串行接口标准 目前RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。收、发端的数据信号是相对于信号地。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5+15V，负电平在-5-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3+12V与-3-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20Kbps。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3kΩ~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。
- RS-422与RS-485串行接口标准 （1）平衡传输 RS-422、RS-485与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B。通常情况下，发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态，负电平在-2V6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C，在RS-485中还有一“使能”端，而在RS-422中这是可用可不用的。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。 （2）RS-422电气规定 由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232更强的驱动能力，故允许在相同传输线上连接多个接收节点，最多可接10个节点。即一个主设备（Master），其余为从设备（Salve），从设备之间不能通信，所以RS-422支持点对多的双向通信。RS-422四线接口由于采用单独的发送和接收通道，因此不必控制数据方向，各装置之间任何必须的信号交换均可以按软件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一对单独的双绞线）实现。RS-422的最大传输距离为4000英尺（约1219米），最大传输速率为10Mbps。其平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能达到最大传输距离。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbps。RS-422需要一终接电阻，要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。在矩距离传输时可不需终接电阻，即一般在300米以下不需终接电阻。终接电阻接在传输电缆的最远端。 （3）RS-485电气规定 由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的，所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。RS-485总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485 串行总线标准。RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间;RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100Kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mbps。
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串行总线协议转换器
在计算机控制系统中，主机通常提供RS-232C标准接口。但在控制系统分布较远的情况下，单独由RS232C不能实现远距离的通信任务，这时需要进行与RS485或RS422的转换。完成这种转换的器件很多，分为有源和无源两种，有源转换器需提供标准电源，无源转换器利用RS232C内部的电源信号供电。
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通用串行总线的概述
通用串行总线总线 的供应商(Universal Serial Bus, USB），是一种用于将适用USB的外围设备连接到主机的外部总线结构，主要用在中速和低速的外设。通用串行总线同时又是一种通信协议，支持主机和USB的外围设备之间的数据传输。通用串行总线支持每秒12兆比特的数据速度。
使用通用串行总线，新的设备可以被添加到你的计算机上，而不需要添加适配卡或者甚至是需要将计算机关闭。通用串行总线外围总线标准是由康柏，IBM，DEC ，Inter，微软，NEC，以及北方电信开发的，还有所有的计算机和设备供应商免费提供的技术。。
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通用串行总线的传输方式
通用串行总线提供了四种传输方式，以适应各种设备的需要。
1、控制传输方式：控制传输是双向传输，数据量通常较小，主要用来进行查询、配置和给通用串行总线设备发送通用的命令。控制传输主要用在主计算机和通用串行总线外设中端点０之间。
2、等时传输方式：等时传输提供了确定的带宽和间隔时间。它被用于时间严格并具有较强容错性的流数据传输，或者用于要求恒定的数据传送率的即时应用中。例如进行语音业务传输时，使用等时传输方式是很好的选择。
3、中断传输方式：中断方式传送是单向的并且对于主机来说只有输入的方式。中断传输方式主要用于定时查询设备是否有中断数据要传送，该传输方式应用在少量的、分散的、不可预测的数据传输。键盘、游戏杆和鼠标就属于这一类型。
4、大量传输方式：主要应用在没有带宽和间隔时间要求的大量数据的传送和接收，它要求保证传输。打印机和扫描仪属于这种类型。
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通用串行总线特点
通用串行总线最初是由英特尔与微软公司倡导发起，其最大的特点是支持热插拔（Hot plug）和即插即用 (Plug&Play)。当设备插入时，主机枚举（enumerate）此设备并加载所需的驱动程序，因此使用远比PCI和ISA总线方便。
通用串行总线速度比平行埠并联总线（Parellel Bus，例如EPP、LPT）与串联埠总线（Serial Port，例如RS-232）等传统电脑用标准总线快上许多。原标准中USB 1.1 的最大传输带宽为 12Mbps，USB 2.0 的最大传输带宽为 480Mbps。
通用串行总线的设计为非对称式的，它由一个主机（host）控制器和若干通过hub设备以树形连接的设备组成。一个控制器下最多可以有5级hub，包括Hub在内，最多可以连接127个设备，而一台计算机可以同时有多个控制器。和SPI-SCSI等标准不同，USB hub不需要终结器。
通用串行总线可以连接的外设有鼠标、键盘、gamepad、游戏杆、扫描仪、数码相机、打印机、硬盘和网络部件。对数码相机这样的多媒体外设USB已经是缺省接口；由于大大简化了与计算机的连接，USB也逐步取代并口成为打印机的主流连接方式。2004年已经有超过1亿台USB设备；到2005年显示器和高清晰度数字视频外设是仅有的USB未能染指的外设类别，因为他们需要更高的传输速率。
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通用串行总线的电气特性
详细的USB的电器特性的相关内容是在USB规范。而在此，仅列出用户所需注意的一些特性。如图1所示，呈现了在全速设备与PC主机之间电气特性的连接。除了Vcc（＋5 V）与接地线外，需要特别注意的是D＋与D-的差动数据信号线。首先，在连接至USB收发器之前必须先串接9O～44Ω的电阻。而后根据不同的USB设各的传输速度（全速或低速），改变在设各端的提升电阻1．5×（1±5％）kΩ的位置。这个提升电阻，也可视为设各端电阻。对于全速设备（12 Mbps），就将提升电阻接至D＋信号线与电源之间的位置。如果是低速设各（1．5 Mbps），就将提升电阻接到D一信号线与电源之间的位置，如图1．15所示。这个电压源的范围为3．0～3．6 V。但对于USB 2。0的高速传输，这个提升电阻被省略，改以自动切换的方式。最后，D＋与D-两条信号线在PC主机的根集线器或集线器端同时接上15 kΩ的下拉电阻并连至接地端。用户也可视这些下拉电阻为集线器端电阻。
图1 全速设备与PC主机之间电气特性的连接图
图2 低速设备与PC主机之间电气特性的连接图
整个PC主机与设备之间的电气特性是如何操作的呢？首先，在设备未连接至PC主机的根集线器或集线器的连接端口时，D＋与D-两条信号线因为下拉电阻的关系，几乎都视为接地，但是若有一个设各刚连接上时，由于提升电阻（1．5 kΩ）与下拉电阻（15 kΩ）形成了一个分压器；因此其中有一条数据信号线（D＋或D-）的电位将被提升至电压Vdc的90％左右。此时，当集线器检测到其中的一条数据信号线趋近3 Vcc，而另外一条仍维持接地状态时就可确定有一设备已连接上。PC主机会不断地每隔一般时间来查询根集线器，检查D＋与D一的电位变化，以了解设备的连接状态
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关于云创硬见
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