第九章总线技术
内容提要：
1．总线
2．总线标准
3．常用总线：PC总线
ISA总线
EISA总线
PCI总线
RS-232C
学习目标：
1. 了解总线的分类、标准
2. 了解常用的总线
学时：2
9.1 总线标准与总线体系结构
总线是一组信号线的集合，是一种在各模块间传送信息的公共通路。
在微机系统中，利用总线实现芯片内部、印刷电路板各部件之间、机箱内各插件板之间、主机与外部设备之间或系统与系统之间的连接与通信。总线是构成微型计算机应用系统的重要技术，总线设计好坏会直接影响整个微机系统的性能、可靠性、可扩展性和可升级性。
采用标准总线可以简化系统设计、简化系统结构、提高系统可靠性、易于系统的扩充和更新等等。
一．总线的分类
按照总线的规模、用途及其应用场合的不同，微机总线可分为三类：
1．片总线
2．内总线
3．外总线
二．片总线的作用
1．地址总线
2．数据总线
3．控制总线
三．总线规范
①机械结构规范。规定模块尺寸、总线插头、边沿连接器等的规格。
②功能结构规范。确定引脚名称与功能，以及其相互作用的协议。是总线的核心，通常包括如下内容：
? 数据线、地址线、读/写控制逻辑线、时钟线和电源线、地线等；
? 中断机制；
? 总线主控仲裁
? 应用逻辑，如握手联络线、复位、自启动、休眠维护等。
③电气规范。规定信号逻辑电平、负载能力及最大额定值、动态转换时间等。
四．总线控制方法
1．数据传输阶段
一般来说，总线上完成一次数据传输要经历以下4个阶段：
①申请(Arbitration)占用总线阶段。需要使用总线的主控模块(如CPU或DMAC)。向总线仲裁机构提出占有总线控制权的申请。由总线仲裁机构判别确定，把下一个总线传输周期的总线控制权授给申请者。
②寻址(Addressing)阶段。获得总线控制权的主模块，通过地址总线发出本次打算访问的从属模块，如存储器或I/O接口的地址。通过译码使被访问的从属模块被选中，而开始启动。
③传数(Aata Transferring)阶段。主模块和从属模块进行数据交换。数据由源模块发出经数据总线流入目的模块。对于读传送，源模块是存储器或I/O接口，而目的模块是总线主控者CPU；对于写传送，则源模块是总线主控者，如CPU，而目的模块是存储器或I/O接口。
④结束(Ending)阶段。主、从模块的有关信息均从总线上撤除，让出总线，以便其它模块能继续使用。
对于只有一个总线主控设备的简单系统，对总线无需申请、分配和撤除。而对于多CPU或含有DMA的系统，就要有总线仲裁机构，来授理申请和分配总线控制权。总线上的主、从模块通常采用以一定方式用握手信号的电压变化来指明数据传送的开始和结束，用同步、异步或半同步这3种方式之一实现总线传输的控制。
2．总线传输控制方式
（1）．同步总线
同步总线所用的控制信号是时钟振荡器，时钟的上升沿和下降沿分别表示一个总线周期的开始和结束。典型的同步协定的定时信号和受控设备的内部结构如图所示。
总线时钟信号用来使所有的模块同步在一个共同的时钟基准上。地址和数据信号阴影区的出现有以下几个原因。
①因为总线主控器(Bus Master)发出的地址信号经过地址总线到总线受控器(Bus Slave)的译码器译码需要时间，所以地址信号必须在时钟信号到来前提前一段时间到达稳定状态。
②当译码器输出选中数据缓冲器后，在写操作时，一旦时钟信号出现在缓冲器的输入端，就
把数据总线上的数据打入数据缓冲器内。因此，数据信号必须在时钟信号到达缓冲器前提前一段时间出现在数据总线上，这段时间称为建立时间。为了使写操作稳定，在时钟信号消失后，数据信号在数据总线上还必须停留一段时间，这段时间称为保持时间。
对于读操作，地址线与写操作类似，但数据线的作用不同。
由图可见，建立时间比保持时间长得多，这是因为建立时间包括受控设备中的译码延迟，同时还包括信号通过不同总线上的门电路会产生不同的滞后延迟。同样，保持时间内也包括滞后延迟。
同步系统的主要优点是简单，数据传送由单一信号控制。然而，同步总线在处理接到总线上慢速的受控设备方面存在一系列问题。如对于接到总线上的快慢不同的受控设备，必须降低时钟信号的频率，以满足总线上响应最慢的受控设备的需要。这样，即使低速设备很少被访问，它也会使整个系统的操作速度降低很多。
（2）．异步总线
对于具有不同存取时间的各种设备，是不适宜采用同步总线协定的。因为这时总线要以最低速设备的速度运行。因此，如果对高速设备能具有高速操作，而对低速设备能具有低速操作，从而对不同的设备具有不同的操作时间，就可采用异步总线。异步总线的定时信号及控制信号如图所示。
这种总线叫做“全互锁异步总线”，在总线操作期间两个控制信号(MASTER和SLA VE)交替地变化，即随着一个信号的改变才使另一个信号处于待变化状态。这种方式的互锁保证了地址总线上的信息不会冲突，也不会被丢失或重复接收。
对于写操作，总线主控设备把地址和数据放到总线上，在允许的滞后、译码及建立时间的延迟之后，总线主控设备使MASTER上升，它表明这些数据可以被受控设备接收。于是该上升沿触发一个受控存储器，开始一个写周期，并把数据锁存于一个受控缓冲寄存器中。
对于读操作，在主控设备把地址放到总线上之后，MASTER信号的上升沿启动受控设备操作。在受控设备取出所要求的数据并把它放到总线之后，SLA VE信号变为高电平，表示该操作完成了，它触发主控设备把总线上的数据装入自己的缓冲器，在此期间SLA VE信号必须保持高电平，使数据稳定在数据总线上。当主控设备已经完成了数据的接收，就使MASTER变为低电平，表示己接收了数据，而后SLA VE降低，表示受控设备已经知道主控设备得到了数据，整个读操作结束，又可以开始一个新的操作。
在全互锁协定中阴影区表示的意义和同步协定中相同，建立时间至少要足以允许地址译码和缓冲器被选通。保持时间没有表示出来，然而它是存在的。通常保持时间是通过在WRITE完成之后或对于READ是在总线上出现数据之后，延迟SLA VE信号一个保持时间而被加进受控设备的。而主控接收到受控信号的转变之后，使它的动作推迟一个保持时间也同样可以把保持时间加到主控设备上。
全互锁异步协定的优点主要可靠性以及在处理通过较长总线连接且具有各种不同响应时间的设备时的高效率。
⒊半同步总线
因为异步总线的传输延迟严重地限制了最高的频带宽度，因此，总线设计师结合同步和异步总线的优点设计出混合式的总线，即半同步总线，半同步总线的定时信号如图所示。
这种总线有两个控制信号，即由主控来的CLOCK和受控来的WAIT信号，它们起着异步总线MASTER和SLA VE的作用，但传输延迟是异步总线的一半，这是因为成功的握手只需要一个来回行程。对于快速设备，这种总线本质上是由时钟信号单独控制的同步总线。如果受控设备快得足以在一个时钟周期内作出响应的话，那么它就不发WAIT信号。这时的半同步总线像同步总线一样地工作。如果受控设备不能在一个周期内作出响应，则它就使WAIT信号变高，而主控设备暂停。只要WAIT信号高电平有效，其后的时钟周期就会知道主控设备处于空闲状态，当受控设备能响应时．它使WAIT信号变低，而主控设备运用标准同步协定的定时信号接收受控设备的回答。这样，半同步总线就具有同步总线的速度和异步总线的适应性。
9.2 PC总线
PC总线又称为在板局部总线。即只是单板机上的I/O扩展总线，不支持多主CPU的并行处理，不存在多CPU共享资源，不存在也不需要总线仲裁。PC机采用开放式的结构，即在底板上设置一些标准扩展插槽(Slot)，要扩充PC机的功能，只要设计符合插槽标准的适配器板，然后将板插入插槽即可。
9.3 ISA总线
ISA是工业标准体系结构(Industrial Standard Architecture)的缩写，是一种在原始IBM PC引入的8位总线结构，1984年在IBM PC/AT中将其扩展到16位。ISA是现代个人计算机的基础，是目前市场上大多数PC系统采用的主要体系结构。
1．8位ISA总线
主要用在早期的IBM PC/XT计算机的底板上，共有8个插槽。常称为IBM PC总线或PC/XT 总线。它具有62条“金手指”引脚，引脚间隔为2.54mm。总线信号功能列于下表。
2．16位ISA总线
1984年IBM公司推出286机（AT机）时，将原来8位的ISA总线扩展为16位的ISA总线，它保持原来8位ISA总线的62个引脚信号，以便原先的8位ISA总线适配器板可以插在AT机的
插槽上。同时为使数据总线扩展到16位，地址总线扩展到24位，而增加一个延伸的36引脚插槽。新增加的36个引脚功能列于下表。
在16位ISA总线中，新增加的信号说明如下。
? 地址线高位A20~A23，使原来的1M字节的寻址范围扩大到16M字节。同时，又增加了A17~A19
这3条地址线，这几条线与原来的8位总线的地址线是重复的。因为原先地址线是利用锁存器提供
的，锁存过程导致了传送速度降低。在AT微机中，为了提高速度，在36引脚插槽上定义了不采
用锁存的地址线A17~ A23。
? 高位数据线D8~D15。
? SBHE数据总线高字节允许信号。该信号与其它地址信号一起，实现对高字节、低字节或一
个字(高低字节)的操作。
? 增加了IRQ10~IRQ15中断请求输入信号。其中IRQ13指定给数值协处理器使用。另外，由于
16位ISA总线上增加了外部中断的数量，在底板上，是由两块中断控制器(Intel8259)级联实现中断
优先级管理的。
? 采用两块DMA控制器级联使用，其中主控级的DRQ0接从属级的请求信号(HRQ)。同时，不再采用DMA实现动态存储器刷新。故总线上的设备均可使用这7级DMA传送。除原8位ISA总线上的DMA请求信号外，其余的DRQ0，DRQ5~DRQ7均定义在引脚为36的插槽上。与此相对应地，
DMA 控制器提供的响应信号0DACK ，5DACK ~7DACK 也定义在该插槽上。
AT 总线新增加的36个引脚功能
? 定义了新的SMEMR 和SMEMW ，它们与前面8位ISA 总线上的MEMR 和MEMW 不同的是后者只在存储器的寻址范围小于1MB 时才有效，而前者在整个16MB 范围内均有效。
? 新增MASTER 。利用该信号，可以使总线插板上设备变为总线主控器，用来控制总线上的各种操作。
? 16CS MEM 是存储器的16位片选信号。如果总线上的某一存储器卡要传送16位数据，则必须产生1个有效的(低电平)
16CS MEM 信号，该信号加到系统板上，通知主板实现
16位数据传送。此
信号由A 17~ A 23高地址译码产生，利用三态门或集电极开路门进行驱动。
?
16OCS /I 为接口的
16位片选信号，它由接口地址译码信号产生，低电平有效，用来通知主板
进行16位接口数据传送。该信号由三态门或集电极开路门输出，以便实现“线或”。
许多制造商纷纷开发这种基于16位ISA 总线的兼容机，因而形成当时的工业标准体系结构ISA 。16位ISA 总线能实现15位数据传送，寻址能力达16MB ，工作频率为8MHz 。数据传输率最高可达8MB/s 。
随后Intel 公司推出80386CPU ，数据总线由16位增至32位。内部结构也发生飞跃性进步。CPU 处理能力大大提高了。通过总线与存储器、显示器、I/O 设备传送数据速度就显得很慢了。为了解决低性能总线与高性能CPU 之间的矛盾，IBM 公司率先在他们设计的一台386微机上，设计
了一种完全不同于ISA 总线的微通道体系结构，即MCA 总线体系结构，并且其与ISA 总线不相兼容。
MCA 微通道结构总线，也称为PS/2总线，它分为16位和32位两种。16位的MCA 总线与ISA 总线处理能力基本相同，只是在总线上增加了一些辅助扩展功能而已。而32位MCA 则是一种全新的系统总线结构，它支持186针插接器的适配器板，系统总线上的数据宽度为32位，可同时传送4字节数据。有32位地址线，提供4GB 的内存寻址能力。此外，MCA 还提供一些ISA 总线所没有的功能，如地址线均匀分布而减少电磁干扰，增加了数据的可靠性；有自己的处理器，并能通过分享总线控制权而独立于主CPU 进行自身的工作，从而减轻主CPU 的负担；还有能自动关闭出现功能错误的适配器的能力等。因此这种总线能充分利用386，486CPU 的强大处理能力，使PC 机的整体性能得到很大提高。 9.4 EISA 扩展的工业标准结构总线
1988年9月COMPAQ 公司联合HP ，AST ，AT&T ，TANDY ，NEC 等9家计算机公司，宣布研制一种新的总线标准，这种总线不仅具有MCA 的功能，而且与ISA 结构完全兼容。这就是扩展的工业标准体系结构EISA(Extended Induslrial Standard Architecture)总线。
为做完全兼容，EISA 总线插座把EISA 总线的所有信号分成深度不同的上、下两层。上面一层包含ISA 的全部信号，信号的排列、信号引脚间的距离以及信号的定义规约与ISA 完全一致。下层包含全部新增加的EISA 信号，这些信号在横向位置上与ISA 信号线错开。为保证ISA 标准的适配器板只能和上层ISA 信号相连接，在下层的某些位置设置了几个卡键，用来阻止ISA 适配器板滑入到深处的EISA 层；而在EISA 的适配器板相应卡键的位置上，则制作了大小相匹配的凹槽，从而保证EISA 标准的适配器板能畅通无阻地插到深处层，和上下两层信号相连接。
为构成EISA 总线而增加到ISA 总线上的主要信号线有：
? 0BE ~3BE 字节允许信号。这4个信号分别用来表示32位数据总线上哪个字节与当前总线周期有关。它们与80386或80486CPU 上的0BE ~3BE 功能相同。
? IO /M 访问存储器或I/O 接口指示。用该信号的不同电平，来区分EISA 总线上是访问内存还是访问I/O 接口周期。
? START 起始信号。它有效表明EISA 总线周期开始。
? CMD 定时控制信号。在EISA 总线周期中提供定时控制。 ? LA 2~LA 31地址总线。这些信号在底板上没有锁存，可以实现高速传送，它们与0BE ~3BE 一起，共同对4GB 的寻址空间进行寻址。
? D 16~D 31高16位的数据总线。它们与原ISA 总线上定义的D 0~D 15共同构成32位数据总线。使EISA 总线具备传送32位数据的能力。
? n MACK 总线认可信号。n 为相应插槽号。利用该信号来表示第n 个总线主控器已获总线控制权。
? MIREQ n主控器请求信号。当总线主控器希望获得总线时，发出此信号，用以请求得到总线控制权。当然，该信号必须纳入总线裁决机构进行仲裁。
? MSBURST该信号用来指明一个主控器有能力完成一次猝发传送周期。
? SLBURST该信号用来指明一个受控器有能力接受一次猝发传送周期。
? EX32，EX16指示受控器是一块EISA标准的板子，并能支持32位或16位周期。若一个周期开始，这两个信号都无效，则总线变成ISA总线兼容方式。
? EXRDY该信号用来指示一个EISA受控器准备结束一个周期。
EISA总线的数据传输速率可达33MB/s，以这样高的速度进行32位的猝发传输。因此很适合高速局域网、快速大容量磁盘及高分辨率图形显示，其内存寻址能力达4GB。EISA还可支持总线主控，可以直接控制总线进行对内存和I/O设备的访问而不涉及主CPU。
9.5 VESA总线
随着80486和Pentium等高性能CPU的问世，因其内部处理速度大大提高了，再加上集成高速缓存和数字协处理器FPU，高速的CPU和内存访问同慢速I/O操作成为PC技术中的瓶颈。多媒体的出现，对于图形和高速显示提出能更快速传送大量信息的要求。而这些问题ISA和EISA总线都无法解决。为此，PC机领域出现两种比较优秀的局部总线，即VESA(视频电子标准协会)的VESA BUS和PCI。具有局部总线的PC体系结构如图示。
VESA总线是1992年8月由VESA(视频电子标准协会)公布的基于80486CPU的32位局部总线。VESA总线支持16MHz到66MHz的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到64位。与CPU 同步工作时，总线传送速率最大为132MB/s，这对于需要快速响应的视频、内存及磁盘控制器等部件都可通过VESA局部总线连接到CPU上，使系统运行速度更快。但是VESA总线是一种在CPU 总线基础上扩展而成的。这种总线使I/O速度可随CPU的速度不断加快而加快。它是与CPU类型相关的，因此开放性差，并且由于CPU总线负载能力有限。目前VESA总线扩展槽只支持3个设备。实际是VESA总线并不是新标准，所有VESA卡都占用一个ISA总线槽和一个VESA扩展槽。
9.6 PCI总线
1992年初，Intel联合IBM、Compaq、DEC、Apple等大公司创立了PCI局部总线标准。PCI 是“Peripheral Component Interconnect”的缩写，即外围元件互联。PCI总线支持33MHz的时钟频率，数据宽度为32位，可扩展到64位，数据传输率可达132MB/s~264MB/s。
PCI总线通常称为夹层总线（Mezzanine Bus），因为在传统的总线结构上多加了一层。PCI旁路了标准I/O总线，使用系统总线来提高总线时钟速率，获取CPU的数据通道的全部优势。PCI 规范确定了3种板的配置，每一种都是为一个特定的系统类型设计的，配有专门的电源需求。5v 规格适用于固定式计算机系统，3.3v规格适用于便携式机器，通用规格适用于能在两种系统中工作
的主板和板卡。表给出了5v规格PCI引脚安排。
作为另一个重要特性，事实上PCI已经成为Intel即插即用（PnP）规范的典范。这意味着PCI 卡上无跳线和开关，而代之以通过软件进行配置。
5vPCI总线引脚安排
9.7 系统总线
系统总线用来连接构成微型机系统的各插件板，它可以是多处理机系统中各CPU板之间的通信通道，也可以是用来扩展某块CPU板的局部资源，或为总线上所有CPU板扩展共享资源之间的
通信通道。微机系统中目前常用的系统总线主要有下列几种。
1．S-100总线
S-100总线首先在MITS公司的Altair微机系统中使用，但该总线有缺陷。1979年经过两次修改后成为新的S-100总线，并由国际标准会议定名为IEEE696。S-100总线是一种曾经应用很广泛的系统总线。按功能可分为8组，包括：16条数据线，24条地址线，8条状态线，5条控制输出线，6条控制输入线，6条DMA控制线，8条向量中断线和25条其它用途线。它采用100个引脚的插件板，每面50个引脚。
2．Multi bus I和Multi bus II
Multi bus I和Multi bus II简称为MB I和MB II。MB I系统总线是Intel公司1974年提出的用于SBC微型计算机系统的总线，所以又称SBC多总线。这是一种16位多处理机的标准计算机系统总线，并由国际标准化会议承认而定名为IEEE796。20世纪80年代末由于32位高速CPU的问世，1985年Intel公司推出适应32位微机的总线MB bus II(IEEE1296)，它是由16位的MB I扩展而来的。MB II具有自动配置系统的能力，数据传输率可达40MB/s(MB I数据传输率只有10MB/s)。3．STD bus
STD总线是美国PROLOG公司1978年推出的一种工业控制微型机的标准系统总线，STD bus 采用小板结构、高度模块化，具有一整套高可靠性措施，使该总线构成的工业控制机，可以长期可靠地工作于恶劣环境下。该总线结构简单，其中只有56条引脚并能支持多微处理系统，是一种小规模且性能很好的系统总线，被国际标准化会议定名为IEEE961。STD bus不仅是国际上流行的工业控制机标准总线，也是国内工业控制机首选的标准总线。早期STD bus使用在Z80CPU组成的系统上，是一种8位的总线。随着16位CPU的问世，STD总线生产集团推出16位的电路标准，并列入总线规范中，即地址和数据线采用复用技术，可以支持16位数据和24位地址。32位CPU出现后，8位和16位的STD bus已无法满足要求。1989美国的EAITECH公司开发出32位的STD32。4．VME bus
VME bus是1982年由Motorola公司推出的32位系统总线，尽管它比前几种总线晚推出几年，但它却是一种商业化、完全开放的32位系统总线，它主要用于MC68000系列工作站与高档微机系统中，被国际标准会议定名为IEEE1014。SUN、HP和日本电气等公司的工作站都采用VME bus，尤其是与LAN接口卡连接的环境。因它能支持多机和多主设备，数据传输率原来是24MB/s，经改进后最高数据传输率可达57MB/s。VME bus宣布不久，很快就获得工业总线的市场。5．FUTURE bus
FUTURE bus是由IEEE委员会设计的一种高性能的32位底板总线(并定名为IEEE896)。它是由MULTIbus标准延伸而来，应用于32位多处理器系统上，是目前传输率最快的总线，它的数据传输率高达135MB/s。
9.8 通信总线
通信总线又称外总线，它用于微型计算机之间、微型计算机与远程终端、微型机与外部设备以及微型计算机与测量仪器仪表之间的通信。这类总线不是微型计算机系统所特有的总线，而是利用电子工业或其它领域已有的总线标准。通信总线分为并行总线和串行总线。在计算机网络、微型机
自动测试系统、微型机工控系统中得到广泛的应用。典型的通信总线有。
一、IEEE 488总线
IEEE 488是一种并行的外总线，它以机架层叠式智能仪器为主要器件，构成开放式的积木测试系统，是工业上应用最广泛的通信总线之一。
1．IEEE 488总线使用的约定
? 数据传输速率≤1MB/s。
? 连接在总线上的设备(包括作为主控器的微型机)≤15个。
? 设备间的最大距离≤20 m。
? 整个系统的电缆总长度≤220 m，若电缆长度超过220 m，则会因延时而改变定时关系，从而造成工作不可靠。这种情况应附加调制解调器。
? 所有数据交换都必须是数字化的。
? 总线规定使用24线的组合插头座，并且采用负逻辑，即用小于+0.8v的电压表示逻辑“1”；用大于2v的电压表示逻辑“0”。
2．系统上设备的工作方式
IEEE 488总线接口结构如图所示。利用IEEE 488总线将微型计算机和其它若干设备连接在一起。可以采用串行连接，也可以采用星形连接。
在IEEE 488系统中的每一个设备可按如下3种方式工作。
?“听者”方式：从数据总线上接收数据，一个系统在同一时刻，可以有两个以上的“听者”在工作。可以充当“听者”功能的设备有：微型计算机、打印机、绘图仪等。
?“讲者”方式：向数据总线发送数据，一个系统可以有两个以上的“讲者”，但任一时刻只能有一个讲者在工作。具有“讲者”功能的设备有：微型计算机、磁带机、数字电压表、频谱分析仪等。
?“控制者”方式：是一种向其它设备发布命令的方式。
在IEEE 488总线上的各种设备可以具备不同的功能。有的设备如微型计算机可以同时具有控制者、听者、讲者3种功能。有的设备只具有收、发功能，而有的设备只具有接收功能，如打印机。在某一时刻系统只能有一个控制者，而当进行数据传送时，某一时刻只能有一个发送器发送数据，允许多个接收器接收数据，也就是可以进行一对多的数据传送。
3．IEEE 488总线信号定义说明
IEEE 488总线使用24线组合插头座，其各引脚定义列于表中。
IEEE 488的信号线除8条地线外，有以下3类信号线。
①D7~D0数据总线，除了用于传送数据外，还用于“听”、“讲”方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在D7~D0上可以传送数据、设备地址和命令。
②字节传送控制线，在IEEE 488总线上数据传送采用异步握手(挂钩)联络方式。即用DA V，
NRFD和NDAC这3根线进行握手联络。
IEEE 488总线各引脚定义
? DA V(Data Avaible)——数据有效线。当由发送器控制的数据总线上的数据有效时，发送器置DA V为低电平(逻辑1)，指示接收器可以从总线上接收数据。
? NRFC(Not Ready for Data)——未准备好接收数据线。只要连接在总线上被指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数据，接收器就置NRFD线为有效（低电平），示意发送器不要发出数据。当所有接收器都准备好时，NRFD变为高电平。
? NDAC（Not Data Accepted）——数据未接收完。当总线上被指定为接收器的设备，有任何一个尚未接收完数据，它就置NDAC线为低电平，示意发送器不要撤销当前数据。只有当所有接收器都接收完数据后，此信号才变为高电平。
③接口管理线
? IFC(Interface Clear)——接口清零线。该线的状态由控制器建立，并作用于所有设备。当它为有效低电平时，整个IEEE 488总线停止工作，发送器停止发送，接收器停止接收。使系统处于已知的初始状态。它类似于复位信号RESET。可用计算机的复位键来产生IFC信号。
? SRQ(Service Request)——服务请求线。它用来指出某个设备请求控制器的服务，所有设备的请求线是“线或”在一起的，因此任何一个设备都可以使这条线有效，来向控制器请求服务。但请求能否得到控制器的响应，完全由程序安排，当系统中有计算机时，SRQ是发向计算机的中断请求线。
? ATN(Attention Line)——监视线。它由控制器驱动，用它的不同状态对数据总线上的信息作出解释。
当ATN＝“1”时，表示数据线上传送的是地址或命令，这时只有控制器能发送信息，其它设备都只能接收信息。
当ATN＝“0”时，表示数据总线上传送的是数据。
? EOI(End or Identify)——结束或识别线。与ATN线一起指示是数据传送结束，还是用来识别
一个具体设备。当ATN＝“0”时，进行数据传送，当传送最后一个字节使EOI＝“1”时，表示数据传送结束。当ATN＝“1”，若EOI＝“1”时，则表示数据总线上是设备识别信息，即可得到请求服务的设备编码。
? REN(Remote Enable)——远程控制线。该信号为低电平时，系统处于远程控制状态，设备面板开关，按键均不起作用；若该信号为高电平，则远程控制不起作用，本地面板控制开关，按键起作用。
4．IEEE 488总线传送数据时序
IEEE 488总线上数据传送采用异步方式，即每传送一个字节数据都要利用DA V，NRFD和NDAC这3条信号线进行握手联络。数据传送的时序图如图所示。
从时序图可见，总线上每传送一个字节数据，就有一次DA V，NRFD和NDAC 3线握手过程。
目前在自动测试系统中IEEE 488总线虽仍然广泛使用，但由于它的数据总线只有8位宽，系统的最高传输速率只有1MB/s，体积也较大。因此往往不能适应现代科技和生产对测试系统的需要。
二、VXI总线标准
1987年7月推出的VXI总线标准是一种模块化仪器总线，它吸取VME计算机系统总线的高速通信和IEEE 488总线易于组成测试系统的优点，而且集中了智能仪器、个人仪器和自动测试仪器的很多特长。具有小型便携、高速数据传输、模块化结构、软件标准化高、兼容性强、可扩性好和器件可重复使用等优点。组建系统灵活方便，能充分利用计算机的效能，易于利用数字信号处理的新原理和新方法以及构成虚拟仪器的优点，并便于接入计算机网构成信息采集、传输和处理的一体化网络。VXI技术把计算机技术、数字接口技术和仪器测量技术有机的结合起来。这种总线推出后，在世界上得到迅速的推广。VXI被IEEE确定为正式标准IEEE1155。
采用VXI总线构成系统具有如下特点：
? 系统最多可以包含256个器件(或称装置)，每个器件都具有唯一的逻辑地址单元。
? 一个模块是一个VXI器件，但也允许灵活处理。
? 对VXI总线的控制分两种，一种是主机箱的外部控制者；另一种是嵌入主机箱的内部控制者。此外系统还有资源管理和零槽功能模块。前者负责系统的配置和管理系统的正常工作，后者主要给系统提供公共资源。
? VXI总线中地址线有16位、24位、32位3种，数据线32位，在数据线上数据的传输速率可达40MB/s，当在相邻模块间用本地总线传输时，速率更可大幅度提高。此外VXI总线还定义了多种控制线、中断线、时钟线、触发线、识别线和模拟线等。
? 在VXI总线规范文本中，对主机箱及模块的机械规程、供电、冷却、电磁兼容、系统控制、资源管理和通信规程等都做了明确规定。
三、SCSI总线
此外，目前微机中普遍使用的SCSI总线也引起人们的重视。SCSI是Small compute system interface的缩写，即小型计算机系统接口。它用于计算机与磁带机、软磁盘机、硬磁盘机、CD-ROM、可重写光盘、扫描仪、通信设备和打印机等外围设备的连接。目前广泛用于微型计算机中主机与硬磁盘和光盘如CD-ROM的连接，成为最重要、最有潜力的新总线标准。SCSI总线有如下主要特点：? SCSI是一种低成本的通用多功能的计算机与外部设备并行外部总线，可以采用异步传送，当采用异步传送8位的数据时，传送速率可达1.5MB/s。也可以采用同步传送，速率达5MB/s。其下一代SCSI-2(fast SCSI)速率为10MB/s；Ultra SCSI传输速率为20MB/s；Ultra-Wide SCSI(即数据为32位宽)传送速率高达40MB/s。
? SCSI的启动设备(命令别的设备操作的设备)和目标设备(接受请求操作的设备)通过高级命令进行通信，不涉及外设的物理层如磁头、磁道、扇区等物理参数，所以不管是与磁盘或CD-ROM 接口，都不必修改硬件和软件，所以是一种连接很方便的通用接口，它也是一种智能接口，对于多媒体集成接口此标准更显重要。
? 当采用单端驱动器和单端接收器时，允许电缆长达6m，若采用差动驱动器和差动接收器时，允许电缆可长达25m。总线上最多可挂接8台总线设备（包括适配器和控制器）。但在任何时刻只允许两个总线设备进行通信。目前数据宽度有8位和32位两种。
此外还有RS232C和RS422/485等。
现场总线技术及其应用研究 中文摘要: 现场总线技术自70年代诞生至今，由于它在多方面的优越性，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。本文从多个方面介绍了现场总线技术的种类、现状、应用领域及前景。 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，当时主要考虑将操作室的现场信号和到控制仪器的控制信号由一组总线以数字信号形式传送，不必每个信号都用一组信号线。随着仪表智能化和通讯数字化技术的发展，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，由全数字现场控制系统代替数字与模拟分散型控制系统已成为工业化控制系统发展的必然趋势。 现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS 三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 关键词：现场总线技术、自动控制、发展趋势
第一章绪论 现场总线（Fieldbus）是80年代末、90年代初国际上发展形成的，用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经受到世界范围的关注，成为自动化技术发展的热点，并将导致自动化系统结构与设备的深刻变革。 现场总线控制系统（FCS）是顺应智能现场仪表而发展起来的。它的初衷是用数字通讯代替4－20mA模拟传输技术，但随着现场总线技术与智能仪表管控一体化（仪表调校、控制组态、诊断、报警、记录）的发展，在控制领域内引起了一场前所未有的革命。控制专家们纷纷预言：FCS将成为21世纪控制系统的主流。 第二章现场总线技术概述 2.1现场总线的定义： 目前，公认的现场总线技术概念描述如下：现场总线是安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线。其中，"生产过程"包括断续生产过程和连续生产过程两类。或者，现场总线是以单个分散的、数字化、智能化的测量和控制设备作为网络节点，用总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制功能的网络系统与控制系统。 2.2 现场总线技术产生的意义 （1）现场总线（Fieldbus）技术是实现现场级控制设备数字化通信的一种工业现场层网络通信技术；是一次工业现场级设备通信的数字化革命。现场总线技术可使用一条通信电缆将现场设备（智能化、带有通信接口）连接，用数字化通信代替4-20mA/24VDC信号，完成现场设备控制、监测、远程参数化等功能。 （2）传统的现场级自动化监控系统采用一对一连线的、4-20mA/24VDC信号，信息量有限，难以实现设备之间及系统与外界之间的信息交换，使自控系统成为工厂中的"信息孤岛"，严重制约了企业信息集成及企业综合自动化的实现。 （3）基于现场总线的自动化监控系统采用计算机数字化通信技术，使自控系统与设备加入工厂信息网络，构成企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 第三章现场总线的种类 从20世纪90年代以后，现场总线技术得到了迅猛发展，出现了群雄并起、百家争鸣的局面。目前已开发出有40多种现场总线，如Interbus、Bitbus、DeviceNet、MODbus、Arcnet、
Lonworks 总线及其应用
2008-2-27 17:03:00 来源：
一、现场总线 现场总线是 20 世纪 80 年代中期在国际上发展起来的。 随着微处理器与计算机功能的不断增强和价 格的降低，计算机与计算机网络系统得到迅速发展。现场总线可实现整个企业的信息集成，实施综合自 动化，形成工厂底层网络，完成现场自动化设备之间的多点数字通信，实现底层现场设备之间以及生产 现场与外界的信息交换。现场总线是应用在生产现场、在微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点 数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 迄今为止，比较成熟的并且比较有影响力的现场总线则有以下几种类型： 1.FF，2.Profibus，3.CAN，4.Lonworks，5.Devicenet，6.Interbus，7.WorldFIP，8.Swiftnet，9.P-net， https://www.doczj.com/doc/ed15447200.html,-link，11.AS-i，12.controllnet。 由于现场总线系统打破了传统控制系统采用的按控制回路要求， 设备一对一的分别进行连线的结构 形式。把原先 DCS 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块放入现场设备，加上现场设备具有 通信能力，因而控制系统功能能够不依赖控制室中的计算机或控制仪表，直接在现场完成，实现了彻底 的分散控制。 现场总线系统在技术上具有以下特点： (1)系统具有开放性和互用性 通信协议遵从相同的标准，设备之间可以实现信息交换，用户可按自己的需要，把不同供应商的产 品组成开放互连的系统。 系统间、 设备间可以进行信息交换， 不同生产厂家的性能类似的设备可以互换。 (2)系统功能自治性 系统将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，现场设备可以完成 自动控制的基本功能，并可以随时诊断设备的运行状况。 (3)系统具有分散性 现场总线构成的是一种全分散的控制系统结构，简化了系统结构，提高了可靠性。 (4)系统具有对环境的适应性 现场总线支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采 用两线制实现供电和通信，并可以满足安全防爆的要求。 由于现场总线结构简化，不再需要 DCS 系统的信号调理、转换隔离等功能单元及其复杂的接线， 节省了硬件数量和投资。简单的连线设计，节省了安装费用。设备具有自诊断与简单故障处理能力，减 少了维护工作量。设备的互换性、智能化、数字化提高了系统的准确性和可靠性。还具有设计简单，易 于重构等优点。 下面本文对 Lonworks 总线和其技术特点及原理进行详细阐述： 1. Lonworks 总线及 Lonworks 系统特点 Lonworks 是由美国 Echelon 公司于 20 世纪 90 年代初推出的现场总线， 它采用 ISO/OSI 模型的全部 7 层通讯协议， 这是在现场总线中唯一提供全部服务的现场总线， 在工业控制系统中可同时应用在 Sensor Bus、Device Bus、Field Bus 等任何一层总线中。它除了具有上面说提到的现场总线的公共的特点外， 另外，在一个 Lonworks 控制网络中，智能控制设备(节点)使用同一个通信协议与网络中的其它节点通
现场总线技术综述 一.概述 现场总线控制系统技术是20 世纪80 年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统（FCS）的出现引起了传统的PLC 和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理。更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信设备转变成为基于网络选择设备。尤其是20世纪90 年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet 和Intranet 的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出其传统控制系统无可替代的优越性。现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。 1.现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：（1）布线简单（2）开放性（3）实时性（4）可靠性2.现场总线的优点 由于现场总线以上的特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统的设计，安装，投运到正常生产运行以及检修维护，都体现出优越性。 1.节省硬件数量与投资， 2.节省安装费用 3.节省维护开销 4.用户具有高度的系统集成主动权 5.提高了系统的准确性与可靠性 3.现场总线的应用领域 目前现场总线技术的应用主要集中在冶金、电力、水处理、乳品饮料、烟草、水泥、石化、矿山以及OEM用户等各个行业，同时还有道路无人监控、楼宇自动化、智能家居等新技术领域。
二．现场总线的标准 1.IEC61158的制定 1984年IEC提出现场总线国际标准的草案。1993年才通过了物理层的标准IEC1158-2,并且在数据链路层的投票过程中几经反复。 发展61158现场总线的本意是“排他的和联合的”，各自独立的“现场总线”将给用户带来许多头疼的技术问题，牺牲的是用户的利益。在现场总线领域里，德国派（ISP，Interoperable System Project,可互操作系统规划,是一个以Profibus 为基础制定的现场总线国际组织)和法国派（WORLD FIP）的对持十分激烈，互不相让，以至于IEC无法通过国际标准。1994年6月在国际上要求联合强烈的呼声和用户的压力下，ISP 和World FIP成立了FF(Fieldbus Foundation,现场总线基金会), 推出了FF现场总线。IEC投票的文本就是以FF为蓝本的方案。这是现场总线发展的主流方向。 由于FF的目标是致力于建立统一的国际标准，它的成立实质上意味着工业界将摒弃ISP（含PROFIBUS）和WORLD FIP。它的成立导致了德国派ISP 立即解散；法国派（WORLD FIP）已经明确表示不反对IEC的方案，并且可以友好地与IEC方案互联，甚至提出了与FF“无缝连接”方案；而剩下的德国派PROFIBUS因为与FF的方案和技术途径不同，过渡将是非常困难，因此强烈反对IEC方案以保住市场份额。但是PROFIBUS提出的技术理由仅仅是一些支节问题，于是一些评论认为它是出于商业利益的驱动去反对FF，国际上的现场总线之争已经演变成为PROFIBUS的德国派与以FF为代表的“联合派”竞争。有趣的是工业国家的大公司往往“脚踏几条船”加入各种现场总线以获得更多的商业 利益，如最能说明问题的是最主要的反对者西门子公司（PROFIBUS主要成员）也参加了FF。这种具有特殊意义事实已经说明了PROFIBUS要与FF对抗在技术上处于明显的劣势。 在现场总线国际标准IEC61158中，采用了一带七的类型，即： 类型1 原IEC61158技术报告（即FF －H1） 类型2 Control Net（美国Rockwell）公司支持 类型3 Profibus（德国SIEMENS公司支持） 类型4 P-Net（丹麦Process Data公司支持）
总线技术论文 1．引言 1.1 计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场，发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS 现场总线、PROFIBUS现场总线、MODBUS、PHEONIX公司的INTERBUS、AS－INTERFACE总线等。 现场总线是现场仪表与控制室系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，主要用于工厂低层设备(传感器及传动装置等)的数据通信。现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.2 现场总线结构模型 现场总线的模型结构在低层(1、2层)是基本相同的，在上层各现场总线之间的功能有所不同。 IEC定义为3层，即采用ISO (国际标准化组织) 的OSI所规定的7层中的3层，分别为物理层、链路层、应用层。 ISA/ SP50委员会增加了用户层，因此现场总线模型已统一为4层，即物理层、链路层、应用层和用户层。 1.3 现场总线主要特点 1) 系统可靠性高； 2) 实现开放式互连网络； 3) 安装与接线费用低； 4) 调节性能提高； 5) 系统组态简单。 1.4现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优，而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的推广更加容易。
现场总线技术在电力自动化中的应用 1、概述 现场总线（Fieldbus）是当前自动化领域的热门话题，被誉为自动化领域的计算机局域网。信息技术的飞速发展，引起了自动化系统结构的变革，随着工业电网的日益复杂，人们对电网的安全要求也越来越高，现场总线控制技术作为一门新兴的控制技术必将取代过去的控制方式而应用在电力自动化中。 2、现场总线 现场总线是80年代末、90年代初国际上形成的，用于生产现场、在微机化测量控制设备之间的实现双向串行多节点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。 现场总线系统FCS称为第五代控制系统，人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。现场总线控制系统FCS作为新一代控制系统，一方面，突破了DSC系统采用通信专用网络的局限，采用了基于公开化、标准化的解决方案，克服了封闭系统所造成的缺陷；另一方面把DCS的集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底下放到现场。可以说，开放性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征。
2.1 特点 现场总线技术是计算机，网络通讯、超大规模集成电路、仪表和测试、过程控制和生产管理等现代高科技迅猛发展的综合产物，因此现场总线的内涵现在已远远不是指这一根通讯线或一种通讯标准。现场总线的控制系统在精度、可靠性、经济性等许多方面都要比传统的控制系统要优越得多，其主要特点如下。 A 系统的开放性。 传统的控制系统是个自我封闭的系统，一般只能通过工作站的串口或并口对外通讯。在ＦＣＳ中, 工作站同时靠挂于现场总线和局域网两层网络，通过后者可以与其它计算机系统或网络进行高速信息交换，以实现资源共享。另外，现场总线的技术标准是对所有制造商和用户公开的，没有专利许可要求，实行技术共享。它可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。用户可按自己的需要和对象把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。 B 可操作性与互用性 不同厂家生产的DCS产品不能互换，要想更新技术和设备，只能全部更换。FCS可实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通，可实行点对点，一点对多点的数字通信。不同生产厂家的性能类似的设备可进行互换而实现互用。
现场总线综述 设计题目：现场总线技术的现状及其发展前景学院名称：电子与信息工程学院 专业：电气工程及其自动化 姓名：+++ 班级：电气112 班 学号：11401170236 指导教师：邱雪娜 2014 年11 月17 日
现场总线技术的现状及其发展前景 +++ （宁波工程学院，电子与信息工程学院，浙江宁波 315000） 摘要：现场总线技术是自动化领域里的一项新技术。本文阐述了现场总线技术的产生与发展及各类现场总线技术的历史、现状及特点,最后展望了该技术的未来发展趋势。 关键词：现场总线；产生与发展；特点；发展趋势 Present situation and development prospect of Fieldbus Technology LI Gensheng （School of Electron and Information Engineering, Ningbo University of Technology, Ningbo 315000 , China） Abstract: The fieldbus technology is a new technology in automatization. This paper expounds the origin and development of fieldbus technology and all kinds of history, present situation and characteristics of field bus technology, the future development trend of this technology are discussed. Key words：f ieldbus; generation and development; characteristic; the development trend 引言 现场总线控制系统技术自70年代诞生至今，由于它在减少系统线缆，简化系统安装、维护和管理，降低系统的投资和运行成本，增强系统性能等方面的优越性引起人们的广泛注意，得到大范围的推广，导致了自动控制领域的一场革命。随着计算机技术的发展，现场总线技术不断向数字化、微型化、个性化，专用化发展。现场总线技术的市场不断扩大，前景广阔。 1 现场总线的定义与特点 1.1现场总线技术的定义 从名词定义来讲，现场总线是用于现场电器、现场仪表及现场设备与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统。而现场总线标准规定某个控制系统中一定数量的现场设备之间如何交换数据。数据的传输介质可以是电线电缆、光缆、电话线、无线电等等。通俗地讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，从PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需用两根线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这根线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然而然地称为了总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。 1.2现场总线的特点 现场总线技术实际上是采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号传输和连接方式的方法，它依次实现了控制层和现场总线设备层之间的数据传输，同时在保证传输实时
现场总线技术的发展与应用 摘要：现场总线作为一种开放的、全数字化、双向、多站的通信系统，近年来得到了迅猛的发展和应用。为此本文阐述了现场总线的发展和多现场总线技术的应用。关键字：现场总线自动化控制系统 1概述 在计算机自动控制系统急速发展的今天，特别是考虑到现场总线已经普遍地渗透到自动控制的各个领域的现实，现场总线必将成为电工自动控制领域主要的发展方向之一。现场总线技术一直是国际上各大公司激烈竞争的领域；并且国外大公司已经在大力拓展中国市场， 发展我国的现场总线产品已经刻不容缓。现场总线对自动化技术的影响意义深远。当今可以认为现场总线是提高自动化系统整体水平的基础技术，对国民经济影响重大。因此，要在自动化领域中推广应用和发展现场总线。 现场总线是近年来自动化领域中发展很快的互连通信网络，具有协议简单开放、容错能力强、实时性高、安全性好、成本低、适于频繁交换等特点。目前，国际上各种各样的现场总线有几百种之多，统一的国际标准尚未建立。较著名的 有基金会现场总线（FF）、HART现场总线、CAN现场总线、LONWORKS现场总线、PROFIBUS 现场总线、MODBUS、PHEONIG 公司的INTERBUS、AS —INTERFACE 总线等。 自动化控制系统就是通信网络把众多的带有通信接口的控制设备、检测元件、执行器件与主计算机连接起来，由计算机进行智能化管理，实现集中数据处理、集中监控、集中分析和集中调度的新型生产过程控制系统。
从目前国内外自动化控制系统所应用的现场总线来看，主要有PROFIBUS、MODBUS、LONWORKS、FF、HART、CAN等现场总线。以上系统基本上都是采用单一的现场总线技术，即整个自动化控制系统中只采用一种现场总线，整个系统构造比较单一。 现场总线已不仅仅是一个新技术领域或新技术问题，在研究它的同时，我们发现它已经改变了我们的观念；如何去看待现场总线，要比研究它的技术细节更为重要。 1.1现场总线是一个巨大的商业机会 一项权威报告声称现场总线的应用将使控制系统的成本下降67 %;巨大的商业利益直接导致产生一个巨大的市场，并且促使传统市场萎缩，从而引发技术进步。这些对于我们行业来说都很重要，因为我们正处在新旧市场交替的关口。 1.2.现场总线是一场技术革命 现场总线带来了观念的变化，我们以往开发新产品，往往只注意产品本身的性能指标，对于新产品与其它相关产品的关联就考虑比较少一点。这样对于电工行业这样一个比较保守的行业来说，新产品就不那么容易地被用户接收。而现场总线产品却恰恰相反，它是一个由用户利益驱动的市场，用户对新产品应用的积极性比生产商更高。然而，现场总线新产品的开发也与传统产品不同；它是从系统构成的技术角度来看问题，它注重的是系统整体性能的提高，不强求局部最优， 而是整体的配合。这种配合在主控计算机软件运行下能使控制系统应用新的理论来发挥最大的效能；这一点是传统产品很难做到的。现场总线的“负跨越（指在技术水平提高的同时，掌握和应用这项新技术的难度却降低了）”的特性使它的
第九章 串行总线扩展技术 后参考答案（9） 1、C I 2总线的优点是什么？ 答：IIC 总线的优点：（1）具有多主机系统所需的包括总线裁决（2）高低速器件同步功能的高性能串行总线。 2、C I 2总线的起始信号和终止信号是如何定义的？ 答：SCL 线为高电平期间，SDA 线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL 线为高电平期间，SDA 线由低电平向高电平的变化表示终止信号‘ 3、C I 2总线的数据传送方向如何控制？ 答：IIC 总线的数据传送方向由寻址字节的第8位来控制的，第8位为“0”时，表示主机向从机写数据，为“1”时表示主机由从机读数据。 4、常用的C I 2总线接口器件有哪些？ 答：常用的IIC 总线接口期间有EEPROM 、A/D 转换器、D/A 转换器、LED 及LCD 驱动器、日历时钟电路等。 5、C I 2总线的寻址方式如何？ 答：IIC 总线的寻址方式有三种： （1）主机向从机发送数据，数据传送方向在整个传送过程中不变； （2）主机在第一个字节后，立即由从机读数据 （3）在传送过程中，当需要改变传送方向时，起始信号和从机地址都被重复产生一次，但两次读/写方向正好反向。 6、C I 2总线的数据传送时，应答是如何进行的？ 答：由于某种原因从机不对从机寻址信号应答时（如从机正在进行实时的处理工作而无法接收总线上的数据），它必须将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。 如果从机对主机进行了应答，当在数据从送一段时间后无法继续接收更多的数据，从机可以通过对无法接收的第一个数据字节的“非应答”通知主机，主机则应发出终止信号以结束数据的继续发送。 当主机接收数据时，它收到最后一个数据字节后，必须向从机发出一个结束传送的信号。这个信号时由对从机的“非应答”来实现的。然后，从机释放SDA 线，以允许主机产生终止信号。 7、有哪些单片机具备C I 2总线接口？ 答：由一些品种的片上配置了IIC 总线接口，如Philips 的80c552. 8、具备C I 2总线接口的PROM E 2 芯片有哪几咱型号？容量如何？寻址方法如何？ 答：带IIC 总线接口的EEPROM 芯片常用的有：Philips 公司的PCF8582、ATMEL 公司的AT24C 系列和NS 公司的NM24C 系列。容量范围为：128字节~2K 字节。
第 第十一章
DMA技术 术
一、直接数据通道传送 二 常用DMAC芯片— Intel 二、常用 I t l 8237 三、IBM PC/XT中的 DMA 控制逻辑 四、应用举例
一、直接数据通道传送（直接存储器存取）
1、DMA方式传送过程
DMA 可以实现： 内存与I/O之间； 内存与内存之间； I/O 与 I/O 之间 的数据传送。
DAM方式的特点： 在DMAC的控制下，外设直接和存储器（也可外设与外设，存储器与存储 器之间）进行数据传送 而不必经过CPU ，传送速度基本取决于外设与存储器 器之间）进行数据传送，而不必经过 传送速度基本取决于外设与存储器 的速度，从而传送效率大大提高。 如磁盘与存储器之间的传输速度每秒高达几兆字节 这是采用中断方式 如磁盘与存储器之间的传输速度每秒高达几兆字节，这是采用中断方式 （用CPU执行指令传输数据）所实现不了的。
2、DMA控制器（DMAC) 的功能
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 9. 接收CPU发出的读写信号——初始化； 接收外设发来的DMA请求； 向CPU发出总线请求信号； 接收CPU发出的总线请求允许信号； 向 向外设发出 DMA请求允许信号； 许信 发出地址信息，能对存储器寻址及修改地址指针； 能发出读/写等控制信号； 写等控制信号 能提供数据的传输数量； 能撤销总线请求信号 使CPU恢复正常工作。 能撤销总线请求信号，使 恢复正常工作
控制总线
3、DMAC 的基本组成
总线请求 总线请求允许
字节计数器 地址寄存器
暂存寄存器 请求寄存器 屏蔽寄存器 命令寄存器
DMA请求 DMA请求允许
读 写 地址总线 数据总线
模式寄存器 状态寄存器
时序与控制电路 判 优 电 路
模式寄存器：表示DMA的工作模式：单次传送；数据块传送；DMA校验等。 令 I/O的传送还是其他传送（存储器与存储器之间）； 传 传 命令寄存器：表示完成存储器与 DMA请求信号高电平还是低电平有效等。 请求寄存器：DMAC通常可允许多路DMA请求，请求寄存器寄存各路的DMA请求。
OPC Server技术及其在现场总线系统 中的应用 专题报告书 题目：OPC Server技术在现场总线系统中的应用 指导教师： 班级： 学号： 姓名：丁 日期：2013年6月5日 1.OPC Server概念及技术基础 OPC Server概念:OPC是OLE for Process Control的缩写。顾名思义，OPC是一种利用微软的COM/DCOM技术来达成自动化控制的协定. 技术基础: 微软的COM/DCOM技术 2.现场总线技术的应用促进了哪些领域的变革（技术特点及应用优势等） 目前国际上有40多种现场总线, 每种总线大都有其相应的促进的领域，比如FF、PROFIBUS-PA促进了石油、化工、医药、冶金等行业的过程控制领域的发展；LonWorks、PROFIBUS-FMS、DevieceNet促进了楼宇、交通运输、农业等领域的发展；DeviceNet、PROFIBUS-DP促进了加工制造业的发展，而这些划分也不是绝对的，每种现场总线都力图将其应用领域扩大，彼此渗透。 3.以…技术为代表的现场总线技术发展趋势 从现场总线技术本身来分析，它有两个明显的发展趋势：一是寻求统一 的现场总线国际标准；二是Industrial Ethernet走向工业控制网络；统 一、开放的TCP/IP Ethernet是20多年来发展最成功的网络技术，过去一 直认为，Ethernet是为IT领域应用而开发的，它与工业网络在实时性、环 境适应性、总线馈电等许多方面的要求存在差距，在工业自动化领域只能得 到有限应用。事实上，这些问题正在迅速得到解决，国内对EPA技术（Ethernet for Process Automation）也取得了很大的进展。随着 FF HSE的成功开发以及PROFInet的推广应用，可以预见Ethernet技术将 会十分迅速地进入工业控制系统的各级网络。 4.总结
8:20:02下午9/12/201915 现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场 总线的概念一般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数 字化、双向串行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答：1．现场通信网络；2．现场设备互联；3．互操作性；4．分散功能块；5．通信线供电；6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化；2．全分布；3．双向传输；4．自诊断；5．节省布线及控制室空间；6．多功能仪表；7．开放性；8．互操作性；9．智 能化与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底
层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。 （1）变送器常用的变送器有温度、压力、流量、物位和分析五大类，它既有检测、变换和补偿功能，又有PID控制和运算功能。 （2）执行器常用的执行器有电动和气动两大类。执行器的基本功能是控制信号的驱动和执行，还内含调节阀输出特性补偿、PID控制和 运算功能，另外有阀门特性自动校验和自诊断功能。 （3）服务器和网桥服务器下接H1和H2，上接局域网LAN（Local Area Network）；网桥上接H2，下接H1。 （4）辅助设备辅助设备有H1/气压转换器、H1/电流转换器、电流/H1转换器、安全栅、总线电源、便携式编程器等。 （5）监控设备监控设备主要有工程师站、操作员站和计算机站，工程师站提供现场总线控制系统组态，操作员站实现工艺操作与监视， 计算机站用于优化控制和建模。
现场总线技术与应用做题及答案 什么是现场总线？ 答：根据国际电工委员会IEC（International Electrotechnical Commision）标准和现场基金会FF(Fieldbus Foundation)的定义，现场总线的概念一 般为：一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串 行、多节点的底层通信总线。 现场总线的本质含义表现在哪些方面？ 答： 1．现场通信网络； 2．现场设备互联； 3．互操作性； 4．分散功能块； 5．通信线供电； 6．开放式互联网络。 现场总线有哪些优点？ 答：1．全数字化； 2．全分布； 3．双向传输； 4．自诊断； 5．节省布线及控制室空间； 6．多功能仪表； 7．开放性； 8．互操作性； 9．智能化 与自治性 现场总线有哪几种典型类型？它们各有什么特点？ 答：常用的现场总线有5种类型，它们的特点如下表所示。
现场总线系统（FCS）与传统的集散型控制系统（DCS）相比较，有哪些特点？ 答：1．数字式通信方式取代设备级的模拟量（如4~20mA，0~5V等信号）和开关量信号。 2．在车间级与设备级通信的数字化网络。 3．现场总线是工厂自动化过程中现场级通信的一次数字化革命。 4．现场总线使自控系统与设备加入工厂信息网络，成为企业信息网络底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。 5．在CIMS系统中，现场总线是工厂计算机网络到现场级设备的延伸，是支撑现场级与车间级信息集成的技术基础。 现场设备有哪些部分组成？它们的各自作用是什么？ 答：现场设备或现场仪表是指变送器、执行器、服务器和网桥、辅助设备以及监控设备等。这些设备可通过双绞线、同轴电缆、光缆和电源线等传输线 进行互联。
摘要 现场总线FF（Field Bus）的概念起源于70年代，现场总线已经发展成为集计算机网络、通信技术、现场控制、生产管理等内容为一体的现场总线控制系统FCS（Field-bus Control System）。它将通信线一直延伸到生产现场生产设备，用于过程和制造自动化的现场设备或现场仪表互连的现场通信网络，将传统的DCS三层网络结构变成两层网络结构，降低了成本，提高了可靠性，实现了控制管理一体化的结构体系。 本文介绍了CAN总线技术，以及CAN总线在以摩托罗拉16位单片机MC9S12为中央控制器的某汽车仪表系统中的应用，并对该系统总体结构及其中CAN通信模块的软硬件设计作了说明。 关键词：现场总线，PROFIBUS-DP，CAN总线，MC9S12，汽车，仪表
Abstract Fieldbus FF (Field Bus) concept originated in the 70's, Fieldbus has developed into computer networks, communication technology, field control, production management, etc. as one of the field bus control system FCS (Field-bus Control System). Communication line will extend to the production site has been producing equipment for process and manufacturing automation equipment or field instrument field-site communication network interconnection, the traditional DCS network structure into a two-tier network architecture, reduce costs, Improve the reliability, control and management to achieve the integration of architecture. This paper introduces the CAN Bus technology as well as the application of CAN Bus in MOTOROLA-16-bit single chip MC9S12 central controller for a car instrument system. It also explains the system in the overall structure and the design of the software and hardware CAN communication modules. Keyword：Field Bus, CAN Bus ,Car instrument
现场总线技术的发展及应用 专业：控制理论与控制工程学号：132030032 随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，20世纪80年代中期产生了现场总线。根据国际电工委员会IEC1158定义，现场总线是“安装在生产过程区域的现场设备/仪表与控制室内的自动控制装置/系统之间的一种串行、数字式、多点通信的数据总线”现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使之数字化、智能化，采用可进行简单连接的双绞线等介质将位于现场的各种智能设备及各种控制设备连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议进行数据传输与信息交换。它突破了DCS相对封闭的限制，将测控任务分散到现场设备中，上位计算机只负责监控以及一些复杂的优化和先进控制的功能。以现场总线技术为基础形成了一种新型的网络集成式全开放控制系统—现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)，它适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化的发展方向，成为全球工业自动化领域的研究热点。 1. 现场总线的体系结构 现有各种现场总线的协议体系大多参照了国际标准化组织(ISO)的开放系统互联协议(OSI)七层模型，实现了其中的物理层、数据链路层和应用层，有些总线还按照自己的需要进行了适当的扩充。以现场总线基金会FF制定的现场总线标准为例，它的体系结构包括了物理层、数据链路层和应用层，另外又在应用层上增加了一层用户层。 （1）物理层 该层规定了现场总线的传输介质、传输速率、最大传输距离、拓扑结构及其信号类型等。以FF现场总线为例，其传输介质为双绞线、同轴电缆、光纤和无线电等；传输速率有低速的H1现场总线和高速的H2现场总线。H1的传输速率为31 kbps或25 kbps，传输距离为200~1 900 m，总线最多可连接4台中继器。H2的传输速率为1Mbps/750 m或2.5 Mbps/500 m。H1每段最多节点数为32个，H2每段最多节点数为124个。 （2）数据链路层 该层FF规定所有连接到同一物理通道的应用进程都是通过数据链路层的实时管理来协调的，采用集中式的管理方式减少了实时通信的时延，该层将设备
第11章存储系统及存储器接口技术 习题 11.1 什么是计算机主存？什么是计算机辅存？计算机的主存和辅存有什么区别？ 【参考答案】计算机主存也是内存，内存可以被CPU直接访问，由RAM和ROM 组成，能快速进行读写操作。用于存放正在运行的程序和数据，它速度快但成本高。 计算机辅存不能被CPU直接访问，用于存放那些暂时不用的程序和数据，辅存一般是容量大、速度较慢、价格低的磁表面存储器和光存储器等。 主存具有速度快、价格高、容量小的特点，负责直接与CPU交换指令和数据。辅存速度慢、价格低、容量大，可以用来保存程序和数据。 11.2 半导体存储器有哪些优点？ 【参考答案】半导体存储器(semi-conductor memory)是一种以半导体电路作为存储媒体的存储器。按其制造工艺可分为：双极晶体管存储器和MOS晶体管存储器。按其存储原理可分为：静态和动态两种。其优点是：体积小、存储速度快、存储密度高、与逻辑电路接口容易。主要用作高速缓冲存储器、主存储器、只读存储器、堆栈存储器等。半导体存储器的两个主要技术指标是：存储容量和存取时间。 11.3 RAM与CPU的连接主要有哪几部分？ 【参考答案】存储器与CPU的连接实际上就是存储器与三总线中相关信号线的连接。 1）数据总线的连接 数据线的连接构成数据总线所需的位数。需要考虑CPU数据总线宽度和存储芯片数据线数量是否匹配，如果不匹配，则需要进行存储位数的扩展，以满足系统数据总线宽度的要求。 2）地址总线的连接 一般来说，存储芯片的容量不能直接满足微机系统的存储容量要求，需要进行存储单元数的扩展，即采用多片或多组（位扩展后的组）构成微机的存储器。在构成存储器系统时，若存储芯片的字数不够，则需用若干芯片组成容量更大的存储器，称为字数扩展。 3）控制总线的连接 控制信号的连接主要是存储器读信号MEMR#和存储器写信号MEMW#。存储芯片
自动化学院 基于CAN总线的网络控制系统设计 CAN(控制器局域网是德国Boseh公司于1983年为汽车应用而开发的一种能有效支持分布式控制和实时控制的串行通讯网络，属于现场总线(FieldBuS)的范畴。1993年n月，150正式颁布了控制器局域网CAN国际标准(工5011898)，CAN 总线的通讯介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维。通讯距离与波特率有关，最大通讯距离可达1队m，最大通讯波特率可达IMbpS。CAN总线仲裁用11位(CAN2.OA协议)和29位(CAN2.OB协议)标识和非破坏性位仲裁总线结构机制，可以确定数据块的优先级，保证在网络节点冲突时最高优先级点不需要冲突等待。CAN结构模型取150/051模型的第1、2、7层协议，即物理层、数据链层和应用层。CAN总线采用了多主竞争式总线结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线以及广播通信的特点。CAN总线上任意节点可在任意时刻主动地向网络上其他节点发送信息而不分主次，因此可在各节点之间实现自由通信。CAN总线协议已被国际标准化组织认证，技术比较成熟，控制的芯片己经商品化，性价比高，特别适用于分布式测控系统之间的数据通讯。 3.1.2CAN总线特点 CAN总线特点如下: (1)CAN总线插卡可以任意插在PC、AT、XT兼容机上，方便地构成分布式监 控系统。 (2)CAN可以以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻向网络 上其它节点发送信息，而不分主从，通讯方式灵活，利用这一特点也可以方便地构成(容错)系统。 (3)CAN网络上节点可分成不同的有限等级，可以满足不同的实时要求。CAN 采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点
《现场总线及其应用第2版主编郭琼课后习题答案》 机电职业技术学院电气工程系 作者：卡尔二毛第一章： 1.过程控制系统的发展经历了那几代控制系统？ 答：共5代。1.基地式仪表控制系统2.模拟式仪表控制系统3.直接式数字控制系统（DDC）4.集散控制系统（DCS）5.现场总线控制系统（FCS） 2.阐述DDC控制系统的结构及工作过程？ 答：结构由：计算机控制系统和生产过程的输入、输出设备组成。 工作过程：计算机通过过程输入通道对生产现场的变量进行巡回检测，然后根据变量，按照一定的控制规律进行运算，最后将运算结果通过输出通道输出，并作用于执行器，使被控变量符合系统要求性能指标。 3.计算机在DDC控制系统中起什么作用？ 答：完成对生产过程的自动控制、运行参数监视等。 4.DDC控制系统的输入、输出通道各起什么作用？ 答：输入通道作用：用于向计算机输入生产过程的模拟信号、开关量信号或数字信号。 输出通道作用：用于将计算机的运算结果输出并作用于控制对象。 5.计算机的软件包括哪两大类？各起什么作用？ 答：用户软件和系统软件。用户软件供用户使用处理一些相关工作；系统软件是用户软件的操作平台，具有开发性。 6.什么是集散控制系统？其基本设计思想是什么？ 答：集散控制系统：由过程控制级和过程监控级组成的、以通信网络为纽带的多级计算机控制系统。核心思想：集中管理、分散控制。 7.简述集散控制系统的层次结构及各层次所起的作用？ 答：层次结构：分散过程控制级、集中操作监控级、综合信息管理级； 分散过程控制级作用：完成生产过程的数据采集、闭环调节控制和顺序控制等功能。 集中操作监控级作用：了解系统操作、组态、工艺流程图显示、监控过程对象和控制装置的运行情况，并可通过通信网络向过程级设备发出控制和干预指令。 综合信息管理级作用：监视企业各部门的运行情况，实现生产管理和经营管理等功能。 8.生产过程包括哪些装置？ 答：PLC、智能调节器、现场控制站和其他测控装置。