巴士，英文稱(chēng)為“巴士”，是我們的中文“巴士”。這是一個(gè)非常生動(dòng)的例子。公共汽車(chē)走一定的路線(xiàn)。我們中的任何人都可以乘公共汽車(chē)去公交路線(xiàn)的任何一個(gè)車(chē)站。如果我們把自己比作電子信號，那就是為什么我們用英語(yǔ)把它們叫做“公共汽車(chē)”而不是“汽車(chē)”。當然，從專(zhuān)業(yè)的角度來(lái)看，總線(xiàn)是描述電子信號傳輸線(xiàn)、信號線(xiàn)集合以及子系統之間信息傳輸的公共通道的結構形式。通過(guò)總線(xiàn)，實(shí)現了整個(gè)系統各組成部分之間的信息傳輸、交換、共享和邏輯控制。例如，在計算機系統中，它是CPU、內存、輸入和輸出設備傳輸信息的公共通道。主機各部件由主機連接，外部設備由相應的接口電路連接，再由總線(xiàn)連接。

現代網(wǎng)絡(luò )信息的發(fā)展，特別是對于成本和空間而言，總線(xiàn)傳輸替代點(diǎn)對點(diǎn)傳輸是目前發(fā)展的熱點(diǎn)，它的出現將給信息傳輸上提供了最大的方便和最有效的技術(shù)解決方案。

系統總線(xiàn)的基本組成

數據總線(xiàn)：傳送數據信息

地址總線(xiàn)：傳送地址信息

控制總線(xiàn)：傳送控制信息(完成總線(xiàn)操作功能)

電源線(xiàn)：為系統提供電源信號

總線(xiàn)的功能

1、數據傳輸功能

數據傳輸功能是總線(xiàn)的基本功能，用總線(xiàn)傳輸率來(lái)表示，即每秒傳輸的字節數，單位是Mbps(兆字節每秒)。

2、多設備支持功能

多個(gè)設備使用一條總線(xiàn)，首先是總線(xiàn)占用權的問(wèn)題，哪一個(gè)主設備申請占用總線(xiàn)，由總線(xiàn)仲裁器確定。

3、中斷

中斷是計算機對緊急事務(wù)響應的機制。當外部設備與主設備之間進(jìn)行服務(wù)約定時(shí)，中斷是實(shí)現服務(wù)約定的聯(lián)絡(luò )信號。

4、錯誤處理

錯誤處理包括奇偶校驗錯、系統錯、電池失效等錯誤檢測處理，以及提供相應的保護對策。

總線(xiàn)的數據傳輸流程

1、申請占用總線(xiàn)

需要使用總線(xiàn)的總線(xiàn)主設備(如CPU、DMA控制器等)向總線(xiàn)仲裁機構提出占用總線(xiàn)的請求，經(jīng)總線(xiàn)仲裁機構判定，若滿(mǎn)足響應條件，則發(fā)出響應信號，并把下一個(gè)總線(xiàn)傳送周期的總線(xiàn)控制權授予申請者。

2、尋址

獲得總線(xiàn)控制權的總線(xiàn)主設備，通過(guò)地址總線(xiàn)發(fā)出本次要訪(fǎng)問(wèn)的存儲器和I/O端口的地址，經(jīng)地址譯碼選中被訪(fǎng)問(wèn)的模塊并開(kāi)始啟動(dòng)數據轉換。

3、傳送數據

總線(xiàn)主設備也叫主模塊，被訪(fǎng)問(wèn)的設備叫從模塊。主模塊和從模塊之間的操作是由主模塊控制在兩個(gè)從模塊之間通過(guò)數據總線(xiàn)進(jìn)行數據傳送。

4、結束

主、從模塊的信息均從總線(xiàn)上撤除，讓出總線(xiàn)，以便其它主模塊使用。

微機總線(xiàn)的種類(lèi)

片內總線(xiàn)

它是位于大規模、超大規模集成芯片內部各單元電路之間的總線(xiàn)，作為這些單元電路之間的信息通路。如CPU內部ALU、寄存器組、控制器等部件之間的總線(xiàn)。

局部總線(xiàn)(也稱(chēng)內部總線(xiàn))

通常指微機主板上各部件之間的信息通路。由于是一塊電路板內部的總線(xiàn)，故又稱(chēng)在板局部總線(xiàn)。較典型的局部總線(xiàn)如：IBM-PC總線(xiàn)，ISA總線(xiàn)，EISA總線(xiàn)，VL和PCI總線(xiàn)等。

系統總線(xiàn)(也稱(chēng)外部總線(xiàn))

是指微機底板上的總線(xiàn)，用來(lái)構成微機系統的各插件板、多處理器系統各CPU模塊之間的信道。較典型的系統總線(xiàn)如：STD-BUS，MULTI-BUS，VME等。

通信總線(xiàn)

它是微機系統與系統之間、微機系統與其它儀器儀表或設備之間的信息通路。這種總線(xiàn)往往不是計算機專(zhuān)有的，而是借用電子工業(yè)其它領(lǐng)域已有的總線(xiàn)標準并加以應用形成的。流行的通信總線(xiàn)如：EIA-RS-232C、RS-422A、RS-485，IEEE-488，VXI等總線(xiàn)標準。

各總線(xiàn)間的關(guān)系

使用總線(xiàn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

1、簡(jiǎn)化軟、硬件設計：由于總線(xiàn)定義非常嚴格，任何廠(chǎng)家或個(gè)人都必須按其標準制作插件板，有了規范就給用戶(hù)在硬件設計上帶來(lái)了很大的方便，簡(jiǎn)化了設計過(guò)程。

2、簡(jiǎn)化系統結構：采用標準總線(xiàn)，只要將各功能模塊(板)掛在總線(xiàn)上就可以方便的構成微機的硬件系統。

3、便于系統的擴充：對于采用標準總線(xiàn)構成的微機系統，只要按總線(xiàn)標準和用戶(hù)擴充要求設計或直接購買(mǎi)插件板插到總線(xiàn)插槽上就達到了擴充的目的。

4、便于系統的更新：隨著(zhù)電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新的器件不斷涌現，微機系統也要不斷更新，在采用標準總線(xiàn)的插件板上用新的器件取代原來(lái)的器件就可以很方便地提高系統性能，而不必做很大改動(dòng)。

總線(xiàn)技術(shù)的分類(lèi)

總線(xiàn)分類(lèi)的方式有很多，如被分為外部和內部總線(xiàn)、系統總線(xiàn)和非系統總線(xiàn)等等。

1、按功能分

最常見(jiàn)的是從功能上來(lái)對數據總線(xiàn)進(jìn)行劃分，可以分為地址總線(xiàn)(address bus)、數據總線(xiàn)(data bus)和控制總線(xiàn)(control bus)。在有的系統中，數據總線(xiàn)和地址總線(xiàn)可以在地址鎖存器控制下被共享，也即復用。

地址總線(xiàn)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)傳送地址的。在設計過(guò)程中，見(jiàn)得最多的應該是從CPU地址總線(xiàn)來(lái)選用外部存儲器的存儲地址。地址總線(xiàn)的位數往往決定了存儲器存儲空間的大小，比如地址總線(xiàn)為16位，則其最大可存儲空間為216(64KB)。

數據總線(xiàn)是用于傳送數據信息，它又有單向傳輸和雙向傳輸數據總線(xiàn)之分，雙向傳輸數據總線(xiàn)通常采用雙向三態(tài)形式的總線(xiàn)。數據總線(xiàn)的位數通常與微處理的字長(cháng)相一致。例如Intel 8086微處理器字長(cháng)16位，其數據總線(xiàn)寬度也是16位。在實(shí)際工作中，數據總線(xiàn)上傳送的并不一定是完全意義上的數據。

控制總線(xiàn)是用于傳送控制信號和時(shí)序信號。如有時(shí)微處理器對外部存儲器進(jìn)行操作時(shí)要先通過(guò)控制總線(xiàn)發(fā)出讀/寫(xiě)信號、片選信號和讀入中斷響應信號等。控制總線(xiàn)一般是雙向的，其傳送方向由具體控制信號而定，其位數也要根據系統的實(shí)際控制需要而定。

2、按傳輸方式分

按照數據傳輸的方式劃分，總線(xiàn)可以被分為串行總線(xiàn)和并行總線(xiàn)(基于各種總線(xiàn)技術(shù)設計電路圖集錦)。從原理來(lái)看，并行傳輸方式其實(shí)優(yōu)于串行傳輸方式，但其成本上會(huì )有所增加。通俗地講，并行傳輸的通路猶如一條多車(chē)道公路，而串行傳輸則是只允許一輛汽車(chē)通過(guò)單線(xiàn)公路。目前常見(jiàn)的串行總線(xiàn)有SPI、I2C、USB、IEEE1394、RS232、CAN等;而并行總線(xiàn)相對來(lái)說(shuō)種類(lèi)要少，常見(jiàn)的如IEEE1284、ISA、PCI等。

3、按時(shí)鐘信號方式分

按照時(shí)鐘信號是否獨立，可以分為同步總線(xiàn)和異步總線(xiàn)。同步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號獨立于數據，也就是說(shuō)要用一根單獨的線(xiàn)來(lái)作為時(shí)鐘信號線(xiàn);而異步總線(xiàn)的時(shí)鐘信號是從數據中提取出來(lái)的，通常利用數據信號的邊沿來(lái)作為時(shí)鐘同步信號。

總線(xiàn)傳輸的基本原理

依據前面對總線(xiàn)的定義可知總線(xiàn)的基本作用就是用來(lái)傳輸信號，為了各子系統的信息能有效及時(shí)的被傳送，為了不至于彼此間的信號相互干擾和避免物理空間上過(guò)于擁擠，其最好的辦法就是采用多路復用技術(shù)，也就是說(shuō)總線(xiàn)傳輸的基本原理就是多路復用技術(shù)。所謂多路復用就是指多個(gè)用戶(hù)共享公用信道的一種機制，目前最常見(jiàn)的主要有時(shí)分多路復用、頻分多路復用和碼分多路復用等。

時(shí)分多路復用(TDMA)

時(shí)分復用是將信道按時(shí)間加以分割成多個(gè)時(shí)間段，不同來(lái)源的信號會(huì )要求在不同的時(shí)間段內得到響應，彼此信號的傳輸時(shí)間在時(shí)間坐標軸上是不會(huì )重疊。

頻分多路復用(FDMA)

頻分復用就是把信道的可用頻帶劃分成若干互不交疊的頻段，每路信號經(jīng)過(guò)頻率調制后的頻譜占用其中的一個(gè)頻段，以此來(lái)實(shí)現多路不同頻率的信號在同一信道中傳輸。而當接收端接收到信號后將采用適當的帶通濾波器和頻率解調器等來(lái)恢復原來(lái)的信號。

碼分多路復用(CDMA)

碼分多路復用是所被傳輸的信號都會(huì )有各自特定的標識碼或地址碼，接收端將會(huì )根據不同的標識碼或地址碼來(lái)區分公共信道上的傳輸信息，只有標識碼或地址碼完全一致的情況下傳輸信息才會(huì )被接收。

總線(xiàn)主要技術(shù)指標

評價(jià)總線(xiàn)的主要技術(shù)指標是總線(xiàn)的帶寬(即傳輸速率)、數據位的寬度(位寬)、工作頻率和傳輸數據的可靠性、穩定性等。

帶寬(傳輸速率)、位寬和工作頻率

總線(xiàn)的帶寬指的是單位時(shí)間內總線(xiàn)上傳送的數據量，即每鈔傳送MB的最大數據傳輸率。總線(xiàn)的位寬指的是總線(xiàn)能同時(shí)傳送的二進(jìn)制數據的位數，或數據總線(xiàn)的位數，即32位、64位等總線(xiàn)寬度的概念;總線(xiàn)的位寬越寬，數據傳輸速率越大，總線(xiàn)的帶寬就越寬。總線(xiàn)的工作時(shí)鐘頻率以MHz為單位，它與傳輸的介質(zhì)、信號的幅度大小和傳輸距離有關(guān)。在同樣硬件條件下，我們采用差分信號傳輸時(shí)的頻率常常會(huì )比單邊信號高得多，這是因為差分信號的的幅度只有單邊信號的一半而已。

總線(xiàn)的帶寬、位寬和工作頻率，這三者密切相關(guān)，它們之間的關(guān)系：

傳輸數據的可靠性

可靠性是評定總線(xiàn)最關(guān)鍵的參數，沒(méi)有可靠性，傳輸的數據都是錯誤的信息，便就失去了總線(xiàn)的實(shí)際意義。為了提高總線(xiàn)的可靠性，通常采用的措施有：

1、采用數據幀發(fā)送前發(fā)送器對總線(xiàn)進(jìn)行偵聽(tīng)，只有偵聽(tīng)到總線(xiàn)處于空閑狀態(tài)下時(shí)才可向總線(xiàn)傳送數據幀，這樣避免了不同節點(diǎn)的數據沖突。

2、采用雙絞線(xiàn)差分信號來(lái)傳送數據，以降低單線(xiàn)的電壓升降幅度，減小信號的邊沿產(chǎn)生的高次諧波。

3、適當的讓數據的邊沿具有一定的斜坡。

4、增加匹配電阻和電容等來(lái)減少總線(xiàn)上信號的發(fā)射和平衡總線(xiàn)上的分布電容等。

5、采用合適的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構和屏蔽技術(shù)等來(lái)減少受其他信號的干擾。

幾種典型的總線(xiàn)技術(shù)及特點(diǎn)

STD系統總線(xiàn)

1、模塊化的小板結構、開(kāi)放式的靈活組態(tài)

STD總線(xiàn)使得微機系統被劃分成若干模塊，并制作成標準的功能模板(插件卡)。用戶(hù)可根據需要選擇功能模板組成自己的微機，插件卡與外設之間可用其他方式連接，因此可以靈活方便地構成適應不同要求的微機系統。

2、高可靠性、高抗干擾能力和高信號質(zhì)量

STD總線(xiàn)優(yōu)良的物理特性使之具有抗惡劣環(huán)境的能力。其模塊化小尺寸結構使其具有抗沖擊和振動(dòng)的能力，也可以減少自身發(fā)熱產(chǎn)生的問(wèn)題。由于STD總線(xiàn)采用印刷電路板邊緣做接插件，可防止插件卡反插，引腳彎曲或折斷。同時(shí)STD總線(xiàn)的結構可使信號流有序地從總線(xiàn)接口流向用戶(hù)接口，提高了信號的質(zhì)量。

3、兼容的結構、配套的產(chǎn)品和齊全的功能

STD總線(xiàn)的兼容式結構可以使8位的STD產(chǎn)品與新標準的16位或32位STD產(chǎn)品一起工作。STD總線(xiàn)還支持多處理器系統。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展和STD產(chǎn)品的推廣和應用，其標準插件板的功能不斷增強，配套產(chǎn)品越來(lái)越豐富，給使用帶來(lái)極大方便。

RS-232C通信總線(xiàn)

RS-232C是一種串行通信總線(xiàn)標準，也是數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)之間的接口標準，是1969年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì )(EIA)從CCITT遠程通信標準中導出的一個(gè)標準。當初制定這一標準的目的是為了使不同廠(chǎng)家生產(chǎn)的設備能達到接插的兼容性，即無(wú)論哪一家生產(chǎn)的設備，只要具有RS-232C標準接口，則不需要任何轉換電路就可以互相接插起來(lái)，但這個(gè)標準只保證硬件兼容而不保證軟件兼容。

RS-232C標準包括機械指標和電氣指標，其中機械指標規定：RS-232C標準接口通向外部的連接器(插針和插座)是一個(gè)“D”型保護殼25針插頭。

RS-232C的主要特點(diǎn)

1、信號線(xiàn)少：RS-232C總線(xiàn)共有25根線(xiàn)，它包括有主副兩個(gè)通道，用它可進(jìn)行雙工通信。實(shí)際應用中，多數只用主信號通道(即第一通道)，并只使用其中幾個(gè)信號(通常3~9根線(xiàn))。

2、傳輸距離遠(相對于并行)：由于RS-232C采用串行傳輸方式，并將TTL電平轉換成了RS-232C電平，在基帶傳輸時(shí)，距離可達30m。若是采用光電隔離20A電流環(huán)傳送，其傳輸距離可達1000m 。當然，如果在串行接口加上調制解調器，利用有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)或光纖進(jìn)行傳送，其距離會(huì )更遠。

3、可供選擇的傳輸速率多：RS-232C規定的標準傳送速率有：50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600，19200波特。可以靈活地使用于不同速率的設備。

4、抗干擾能力強：RS-232C采用負邏輯，空載時(shí)以+3~+25V之間任意電壓表示邏輯“0”，以-3~-25V之間任意電壓表示邏輯“1”，且它是無(wú)間隔不歸零電平傳送，從而大大提高了抗干擾能力。

RS-422A總線(xiàn)

RS-422A采用平衡輸出的發(fā)送器，差分輸入的接收器。發(fā)送器有兩根輸出線(xiàn)，當一條線(xiàn)向高電平跳變的同時(shí)，另一條輸出線(xiàn)向低電平跳變，線(xiàn)之間的電壓極性因此翻轉過(guò)來(lái)。在RS-422A線(xiàn)路中發(fā)送信號要用兩條線(xiàn)，接收信號也要用兩條線(xiàn)，對于雙工通信，至少要有4根線(xiàn)。由于RS-422A線(xiàn)路是完全平衡的，一般情況下，RS-422A線(xiàn)路不使用公共地線(xiàn)。這使得通信雙方由于地電位不同而對通信線(xiàn)路產(chǎn)生的干擾減至最小。雙方地電位不同產(chǎn)生的信號成為共模干擾會(huì )被差分接收器濾波掉，而這種干擾卻能使RS-232C的線(xiàn)路產(chǎn)生錯誤。

RS-485總線(xiàn)

RS-485總線(xiàn)使用接口電路進(jìn)行全雙工通信，需要兩對線(xiàn)或4條線(xiàn)，使線(xiàn)路成本增加。RS-485適用于收發(fā)雙方共用一對線(xiàn)進(jìn)行通信，也適用于多個(gè)點(diǎn)之間共用一對線(xiàn)路進(jìn)行總線(xiàn)方式聯(lián)網(wǎng)，通信只是半雙工的。

由于共用一條線(xiàn)路，任何時(shí)刻，只允許有一個(gè)發(fā)送器發(fā)送數據，其它發(fā)送器必須處于關(guān)閉(高阻)狀態(tài)，這是通過(guò)發(fā)送器芯片上的發(fā)送允許端控制的。例如，當該端為高電平時(shí)，發(fā)送器可以發(fā)送數據，而為低電平時(shí)，發(fā)送器的兩個(gè)輸出端都呈現高阻狀態(tài)，好象從線(xiàn)路上脫開(kāi)一樣。