第 11章 总线与接口标准教学目的和要求通过本章的学习,使学生掌握微机 总线 和 接口标准 的 基本概念,掌握主要 总线及主要 接口 的 性能指标 和 特点 。 熟悉 RS-
232C串行通信接口标准,为今后开发 RS-
232C串行通信奠定良好的基础 。 了解 PCI
总线 和通用外设接口标准 USB的基本知识重点
总线 与 接口标准 的基本概念
PCI总线 等几种典型总线
RS-232C串行通信接口及通用外设接口标 准 USB的基础知识总线与接口标准难点
PCI总线 结构
USB的系统组成、传输类型、交换的包格式
其他总线的组成与原理总线与接口标准
11.1 总线和接口标准的基本概念
11.1.1总线的基本概念与分类一,基本概念
⒈ 总线总线 是指一组进行互连和传输信息的信号线，
这组信号线一般都包括 地址线,数据线,控制线,
电源线 等几种信号线。 微型机系统所使用的芯片内部、电路插件板元器件之间、系统各插件板之间、系统与系统之间的连线，都由各自的总线把各部分组织起来，从而组成一个能彼此传输信息和对信息进行加工处理的整体总线标准 是指国际工业界正式公布或推荐的把各种不同的模块组成 微 机系统时必须遵守的规范 。 具体来讲,它是指芯片之间,插件板之间及微机系统之间,通过总线进行连接和传输信息时,应遵守的一些协议和规范
⒉ 总线标准总线标准一般包括硬件和软件两方面的内容 。 硬件方面 主要有总线的信号线定义,时钟频率,系统结构,仲裁及配置,电气规范,机械规范等方面的内容,
软件方面 主要有总线协议,驱动程序和管理程序等 。 总线标准为 微型机 系统中各模块的互连提供了一个统一的标准,
为接口的软,硬件设计者和开发应用者提供了方便
（ 1） 总线标准的最重要特点是公用性 。 具有相同总线的不同功能的模块都可以挂接到总线上,共享总线,扩充性能好
（ 2） 信号一般以并行方式传输,传输速率快
（ 3） 一般在微机主板上以多个扩展插槽形式提供
（ 4） 所定义的信号线种类齐全 。 一般都有分离的数据线,地址线和控制线
⒊ 总线标准的一般特点二、总线的分类 (5类 )
⒈ 片内总线片内总线 也称为 CPU总线，它是位于微处理器内部的总线，是 ALU及各种寄存器等功能单元之间的通路
⒉ 元件级总线元件级总线 也称为片间总线。该总线限制在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的信号线。片间总线通常包括地址线、数据线和控制线等，是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。一般指 CPU引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号线二、总线的分类 (5类 )(续一）
⒊ 通信总线通信总线 也叫外部总线，是微机系统之间或微机系统与通信设备之间进行通信的一组信号线。
如串行通信采用的 RS-232-C,RS-485总线，微机与智能仪器之间通信采用的 IEEE488,VXI总线以及最近流行和正在迅速发展的用于微机与外部设备之间进行通信的 USB通用串行总线等。这些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，常称为接口标准二、总线的分类 (5类 )(续二）
⒋ 系统总线系统总线 也叫板级总线或标准总线，它主要用于微机系统内部各插件板之间进行连接和传输信息，是微机系统最重要的一种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式。
如 ISA总线构成了 IBM PC/AT微机系统二、总线的分类 (5类 )(续三）
⒌ 局部总线局部总线 是介于 CPU总线和系统总线之间的一级总线,是目前高档微机中常采用的一种重要总线 。 它的两侧分别由桥芯片连接,分别面向 CPU总线和系统总线,
但局部总线离 CPU总线更近一些 。 采用局部总线的优点在于一些高速外设通过局部总线和 CPU总线直接连接,
而不必象早期的微机中那样将高速外设和慢速外设统统挂在较慢的系统总线上,从而可以显著提高数据传输的速率和充分发挥 CPU高速的优势二、总线的分类 (5类 )(续四）
二、总线的分类 (5类 )(续五）
局部总线又可分专用局部总线,VL总线（ 486机中采用）,PCI总线 3种。其中前两种已很少用或不用，目前微机系统中的局部总线主要是指 PCI总线，它是一种先进的局部总线标准
11.1.2接口标准与接口标准的分类一,基本概念
⒈ 接口所谓 接口 就是微处理器与外围设备之间的连接电路，它是两者之间进行信息交换时的必要通路，不同的外设有不同的输入 /输出接口电路。例如，键盘输入有键盘接口电路,CRT
显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打印输出接口电路等等接口标准 是指外设接口的 规范 和 定义,
它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、
传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等方面
⒉ 接口标准
（ 1） 接口标准的最大特点是专用性,一般情况下是一种接口只连接一类设备,不能混用
（ 2） 一般在机箱外,以插头或插座形式提供
（ 3） 信号传输形式既有并行传输又有串行传输
（ 4）定义信号线较少，且种类不多
⒊ 接口标准的一般特点
“7”号和,9”号位置都是 USB接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是 2.0版，理论传输速率可达 480MB/s。
目前许多上设都采用这种设备接口，如 Modem、打印机、
扫描仪、数码相机等。它的优点就是数据传输速率高、支持即插即用、支持热拨插、无需专用电源、支持多设备无
PC独立连接等
,8”,IEEE 1394接口,1.6GB/s的传输速率。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等
,10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为,RJ-
45接口,。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接二、接口标准的分类接口标准的分类方法也较多，根据所连设备的性质及功能，一般分为以下 5种图形显示接口标准传统串并行接口标准外存设备接口标准通用外设接口标准测试仪器接口标准
⒈ 图形显示接口标准支持图形显示卡的接口标准。如高速显示的新型接口标准 AGP
⒉ 传统串并行接口标准它是微机系统中进行串行和并行输入输出的端口。如 RS-232-C,RS-485,I2C,IEEE1284）
等接口标准
⒊ 外存设备接口标准支持硬盘、光盘,CD-ROM和磁带等存储介质的接口标准，如 IDE和 SCSI接口标准
⒋ 通用外设接口标准支持多种新型外设的通用型接口标准。如
USB,IEEE1394等，如前所述，它们常被叫做外设总线是因为这些接口标准已经具备了总线的一些特征，还具有一些网络特性
⒌ 测试仪器接口标准提供和一些测试仪器仪表相连接的接口标准。如 IEEE-488和 VXI接口标准
11.1.3总线的组成及性能指标一、总线的组成总线 按信号类型或功能一般可分为以下 五种
⒈ 数据总线数据总线 一般为 双向三态,用来传输数据，数据总线的宽度（ 位数 ）反映了总线传输数据的速率
⒉ 地址总线地址总线 一般为 单向三态,用来传输地址信息，
地址线的位数决定了微机系统的寻址范围控制总线 用来传输 控制 或 状态信号 。它根据使用条件不同，有的为 单向,有的为 双向传输,有的是 三态,
有的是 非三态 。控制总线代表了总线的控制能力
⒋ 电源和地线电源 和 地线 是总线中不可缺少的，它决定了总线使用的电源种类，地线分布及用法
⒌ 备用线备用线 主要是留作功能扩充和用户的特殊要求使用
⒊ 控制总线二、总线的性能指标
⒈ 总线宽度总线宽度 是指一次可以同时传输数据的 位数,
单位为位 (bit)
⒉ 总线频率它是指总线在每秒钟内能传输数据的 次数,
单位为 MHz。如 ISA的总线频率为 8MHz，而 PCI
总线有 33.3MHz,66.6MHz两种总线频率传输速率 指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为 MB/s。三者的关系是：
传输速率 =总线宽度 /8× 总线频率总线宽度越宽,总线频率越高,则总线传输速率越快例 【 11-1】 PCI总线频率为 33.3MHz,总线宽度 32
位,则：
传输速率 =32b/8× 33.3 MHz =133.2MB/s
⒊ 传输速率
11.2 几种典型总线及接口标准在微机系统中，通常由多种总线构成。
如 386主板板上常有 ISA 总线和 EISA总线，
486主板上常有 ISA 总线和 VESA总线，
Pentium主板上常有 ISA 总线和 PCI总线，
PⅡ,PⅢ 主板常有 ISA 总线,PCI总线和
AGP总线，而 PⅣ 主板上常有用 PCI总线和
AGP总线，或称 AGP接口标准等。微机系统的一种总线层次结构图如图 11－ 1所示微机系统的一种总线层次结构图
11.2.1 PC/XT总线和 ISA总线
PC/XT总线是最早的 PC机的系统总线，是 IBM公司于 1981年推出的基于准
16位机 PC/XT的总线，也称 PC总线，
PC/XT总线支持 8位数据传输和 20位地址寻址空间一,ISA总线的主要特点
⒈ ISA总线是 16位的总线,可以只用低 8位数据线：当作 8位数据线使用时,只用其前 62个引脚,此时,它有 8位数据线,20位地址线；当作 16位数据线使用时,用到全部 98个引脚,
此时,它有 16位数据线,24位地址线
⒉ ISA总线的最高工作 频率为 8MHz,数据宽度为 16位,由公式 （ 11-1） 计算可得数据传输速率为 16MB/s。地址线 24条，可寻址 16MB的内存空间一,ISA总线的主要特点（续）
⒊ ISA总线共有 15个外部中断输入端,
其中 保留 3个 没有用 。 另外还有 7个 DMA
通道
⒋ ISA总线是开放式总线结构，具备了一定的 多主控功能,即允许有多个主控模块分时共享总线二,ISA总线信号及 ISA插座
ISA总线 98根线分成 7类地址线数据线总线周期控制线总线控制线中断信号线
DMA信号线电源线
ISA插座和信号分布图
⑴ SA0? SA19 和 LA17?LA 23 (O) SA0? SA19为地址总线 0? 19位,是可锁存的地址信号,LA17? LA23
为地址总线 17? 23位,是非锁存信号 。 地址信号用于寻址存储器和 I/O设备 。 SA0? SA19加上 LA17?
LA23,允许寻址多达 16MB存储空间
⑵ AEN 地址允许信号,输出 。 此信号用来在 DMA期间禁止 I/O端口的地址译码 。 AEN信号有效,表示
DMA控制器正在控制系统总线,进行 DMA传输 。 此时 CPU放放弃了总线控制权,用 AEN信号来禁止 I/O
端口的地址译码
1.地址线
⑶ BALE 地址锁存允许信号,输出 。 它由总线控制器 8288提供,可用 BALE信号的下降沿将系统总线上的地址信号 SA0? SA19锁存
⑷ SBHE I/O线,数据总线高字节允许信号 。
SBHE有效,表示数据总线上传输的是高字节数据 （ SD8? SD15）
2.数据线
SD0~SD7和 SD8~ SD15，双向。 SD0
是最低有效位,SD15是最高有效位。
CPU既可以按字节传输，也可按字传输
⑴ MEMR* 存储器读信号
(2)MEMW* 存储器写信号
SMEMR*,SMEMW* 存储器读写控制
(用于 A0?A19寻址的 1M内存空间的访问）
(3)IOW* I/O写命令
(4)IOR* I/O读命令
(5)MEMCS16*,I/OCS16*,存储器和 I/O
16位片选信号
(6) OWS*，输入，零等待状态信号
3.控制线
⑺ I/O CHRDY，输入,I/O通道就绪信号
⒋ 总线控制线
⑴ MASTER*,输入,主控设备信号
⑵ IOCHCK*,I/O通道检验信号,输入
⑶ RESET DRV,系统复位驱动信号,输出
⑷ CLK,总线系统时钟,输出 。
⑸ OSC,振荡器信号,输出,由晶振产生
⑹ REFRESH*,I/O线，刷新信号
⒌ 中断信号线
IRQ3~ IRQ 7,IRQ9~IRQ12,IRQ14~IRQ15，
输入上述中断请求线用于 I/O设备向 CPU发出中断请求信号。 IRQ9优先级最高，其次是 IRQ10~ IRQ 12，
IRQ14~ IRQ 15，最低是 IRQ3~IRQ7。 另外
IRQ0~ IRQ 2,IRQ8和 IRQ13用于系统板上。当
IRQ线上由低变高时，产生一个中断请求
⒍ DMA信号线
⑴ DRQ0~ DRQ3,DRQ5~ DRQ7,输入
⑵ DACK0*~ DACK3*,DAK5* ~ DAK7*,
输出,DMA响应信号,用来响应 DMA请求 。 低电平有效
⑶ T/C,计数结束信号,输出 。 在任何一个
DMA通道的终点计数计满时发出此脉冲共有 4组：
＋ 12V＋ 5％
－ 12V＋ 10％
＋ 5V＋ 5％
－ 5V＋ 10％
4个地 (GND )
⒎ 电源信号线三,ISA总线周期
ISA支持 八种 类型的总线周期存储器读存储器写
I/O端口读
I/O端口写中断响应
DMA传输刷新仲裁周期了解和掌握 ISA总线周期的时序，特别是 I/O端口读和 I/O端口写总线周期，对于开发接口电路是非常重要的
11.2.2 PCI总线
PCI总线 (Peripheral Component
Interconnct Special Interest Group)，即外围部件互联专业组,简称 PCISIG。 是由 Intel、
IBM,Compaq,AST,HP,Apple,DEC等
100多家公司于 1991年共同推出的一种局部总线，广泛应用于当前高档微机、工作站及笔记本电脑中
PCI局部总线的结构示意图
PCI总线引线示意图地址和数据
AD31~AD0
C/BE#3~BE#0
接口控制
FRAME#
TRDY#
IRTY#
STOP#
DEVSEL#
IDSEL
REQ#
GNT#
PERR#
SERR#
CLK
RST#
64位扩充PAR64
REQ64#
ACK64#
INTA#
INTB#
INTC#
INTD#
TD1
TD0
TCK
TMS
TRST#
出错仲裁系统
AD63~AD32
C/BE#7~BE#4
LOCK# 接口控制中断
JTAG
PAR
PCI卡一,PCI总线的特点与 ISA等总线相比,PCI总线具有如下的特点
⒈ 传输速率高
⒉ 允许多总线共存
⒊ PCI总线不依赖于某一具体的微处理器，它支持多种微处理器和将来发展的微处理器
⒋ 总线数据 宽度 32位 或 64位
⒌ 支持 64位 寻址
⒍ 5V和 3.3V两种电源供电
⒎ 自动识别与配置外设，方便用户使用
11.2.3 AGP总线
AGP加速图形端口于 1996年 8月提出的一种新型视频接口标准，它是专门为 3D加速而设置的加速图形端口，允许 3D图形数据越过 PCI总线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了
PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题
AGP应该是一种接口标准，因为它是一种点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没有别的设备能够使用 AGP，但是，我们习惯上也称其为 AGP总线一,AGP总线的结构采用 AGP总线的系统结构图二,AGP总线的特点设计 AGP的目的是为了实现高性能的 3D图像，提高显示的速度，因此采用了一些先进技术
⒈ 双时钟技术
⒉ 流水线技术进行读写内存
⒊ DIME(Direct Memory Excute)技术
⒋ 当 CPU访问系统 RAM时,AGP显示卡同时可以访问
AGP RAM，两种总线同时传输数据
⒌ 多路信号分离技术
⒍ 显示系统不占用 PCI总线三,AGP的工作模式
AGP支持 3种工作模式,× 1,× 2和 × 4模式。
3种工作模式的图形性能是依次提高的。目前微机的 BIOS中基本上都是采用 × 4模式模式 工作频率（ MHz） 数据传输率（ MB/s） 传输触发方式
× 1 66 266 上升沿
× 2 133 532 上升沿和下降沿
× 4 266 1064 上升沿和下降沿四,AGP与 PCI的比较性能指标 PCI AGP
方式带宽
（ MB/S） 133 533
总线时钟（ MHZ） 33 66
数据线宽度（位） 32 32
数据传输 同步 同步插槽 最多 5个 1个内存优先存取 不支持 支持信号线数量 49 65
11.3 RS-232C串行通信接口标准
RS - 232C是数据终端设备（ DTE）和数据通信设备（ DCE）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为 EIA— RS— 232C标准
（ Electoronic Industrial Associate
Recommended Standard — 232C）
11.3.1 RS-232C串行通信接口标准的信号线
RS— 232C标准的信号线共 25根，其中只定义了 22根。这 22根信号线又分为主、辅两个信道，
大多数微机串行通信系统中都只使用主信道的信号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使用其中的 9根信号线。这就是为什么我们在微机的机箱上看到的串行通信接口（如 COM1、
COM2）只有 9根的原因脚号信号名 缩写名 方向与功能说明
3 发送数据 TxD DTE→ DCE终端发送串行数据
2 接收数据 RxD DTE← DCE终端接收串行数据
7 请求发送 RTS DTE→ DCE终端请求通信设备切换到发送方向
8 清除发送 CTS DTE← DCE设备已切换到发送方向
6 数传机就绪 DSR DTE← DCE通信设备就绪，设备可用
5 信号地 SG 无方向信号地，所有信号公共地
1 数据载体检出 DCD DTE← DCE通信设备正在接收通信链路的信号
4 数据终端就绪 DTR DTE→ DCE终端设备就绪，设备可用
9 振铃指示器 RI DTE← DCE通信设备通知终端，通信链路有振铃串行通信接口标准的信号线
11.3.2 RS-232C串行通信接口标准的电气特性
RS-232C串行通信 接口标准 中,对于发送端，规定 － 5V～－ 15V表示逻辑,1”
（ MARK信号），用 ＋ 5V～＋ 15V表示逻辑,0”（ SPACE信号），内阻为几百欧姆，
可以带 2500pF的电容负载。负载开路时电压不得超过 ± 25V。对于接收端，电压低于 － 3表示逻辑,1”，高于 ＋ 3表示逻辑,0”
232C接口采用 EIA电平
高电平为＋ 3V～＋ 15V 逻辑,0”
低电平为－ 3V～－ 15V 逻辑,1”
实际常用 ± 12V或 ± 15V
标准 TTL电平
高电平：＋ 2V～＋ 5V
低电平,0V～ 0.8V
相互转换
11.3.3 RS-232C电平与 TTL电平的转换
MAX232引脚图
MAX232的用法
1,在 C1+和 C1-两端,C2+和 C2-两端,V+和地两端,V-和地两端分别接一个 0.1μf(105)电容
2,可以将两路 RS-232C电平转换成两路 TTL电平 。 分别从 R1IN和 R2IN输入,对应从 T1OUT和
T2OUT输出 。 注意,输入和输出的逻辑值保持一致,如输入 -5V,即逻辑 1,输出也是逻辑 1,TTL
电平为高电平,即 3.6V左右
3,可以将两路 TTL电平转换成两路 RS-232C电平,分别从 T1IN和 T2IN输入,对应从 R1OUT和
R2OUT输出 。 同样输入和输出的逻辑值保持一致
11.3.4 RS-232C的 机械特性
RS-232C的 机械特性 规定：微机的 RS-232C接口通向外部的连接器是一种标准的,D”型插针
11.4 通用串行总线 USB
USB（ Universal Serial Bus） 通用串行总线是由 Compaq,Digital Equipment,Intel、
Microsoft,IBM,NEC及 Northern Telecom
等 7家公司联合开发的一种流行的外设接口标准
1996年 2月公布了 USB 1.0版本，传输速率有低速 1.5Mbps和高速 12Mbps两种模式。 USB 2.0已于 2000年 4月 27日由 Compaq,HP,Intel、
Lucent,Micrsoft,NEC,Philips正式对外发布，
作为新一代 USB标准,USB 2.0兼容所有 USB 1.0
外部设备及电缆线等，传输速率达 480Mbps。
USB 2.0不仅使 USB大大提速，而且使更多的设备可以经 USB连接到 PC
11.4.1 USB的性能特点传输速度快连接简单快捷通用连接器无须外接电源扩充外设能力强一、传输速度快
USB 1.0 提供了两种速度,USB低速
1.5Mbps,低速的 USB支持低速设备,
例如,调制解调器,键盘,鼠标,优盘,
硬盘,光驱,网卡,扫描仪,数码相机等； USB全速 12Mbps,USB全速的数据传输速度比 RS-232C串口的 9600bps
快 1000多倍,它用于大范围的多媒体设备 。 而 USB 2.0的数据传输速度可以高达 480Mbps
二、连接简单快捷
USB连接简单快捷，可以进行 热插拔 。
即设备连到 USB时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源三、通用连接器
USB用一种通用的连接器可以连接多种类型的外设，其外型为 4针插头四、无须外接电源由 USB总线提供电源到外部设备,
USB能提供 +5V/500mA的电源,供低功耗 USB设备如 USB键盘,USB鼠标,
优盘等作电源使用；但需高功耗的 USB
设备,如扫描仪等仍需自带电源； USB还采用 APM （ Advanced Power
Management） 技术,可以有效地节省电源功耗五、扩充外设能力强
USB采用星形层式结构和 Hub技术，
允许一个 USB主控机可以 连接多达 127
个外设,用户不用担心要连接的设备数目会受到限制。两个外设间的 距离可达 5
米,扩充方便
11.4.2 USB的物理接口和电气特性一、接口信号线二、电气特性
D+,D-线电气特性：
无驱动,高速 VD+ ＞ 2.7V,VD-＜ 0.8V,低速反之；
有驱动,高速 VD+ ＞ 2.0V,VD-＜ 2.0V,低速反之收发器,对地电源 电压为 4.75~5.25V，设备吸入的最大电流值为 500mA,D+,D-上不加电压
USB设备,高速在 D+上加 3.0~3.6V电压,低速反之三,USB设备及其描述器
⒈ USB设备
USB设备分成 Hub设备 和 功能设备 两种
⒉ 管道管道是从逻辑概念上来描述信息传输的通道
⒊ 端点
⒋ USB描述器
（ 1）设置描述器 （ 2）设备描述器 （ 3）端点描述器 （ 4）接口描述器
11.4.3 USB系统组成及拓扑结构一,USB系统的组成
USB的软硬件
USB主控制器 /根集线器
USB集线器 (USB Hub)
USB设备
USB设备驱动程序
USB驱动程序
USB主控制器驱动程序二,USB系统拓扑结构
11.4.4 USB的传输类型一,USB的数据流类型
USB支持控制信号流实时数据流块数据流中断数据流等 4种数据类型
1,控制信号流,控制信号流的作用是当 USB设备一旦加入系统时,USB系统软件与设备之间建立起控制信号流来发送控制信号，这种数据不允许出错或丢失
2,实时数据流,实时数据流用于传输连续的固定速率的数据,它所需要的带宽与所传输数据的采样率有关 。 因为实时数据流要求有固定的速率和低延时,在 USB系统中,专门对此操作进行了设计,尽量保证有较大的缓冲区,并确保有低的误码率
3,块数据流,通常用于发送大量数据
4,中断数据流,用于传输少量随机输入信号 。 它包括事件通知信号,输入字符或坐标等信息二,USB的传输类型与 USB数据流类型对应,USB有 4种基本的传输类型,
批传输中断传输等时传输控制传输
⒈ 批传输批传输可以是单向,也可以是双向 。 它用于传输大批数据,这种数据传输的时间性不强,但要确保数据的正确性 。 在包的传输过程中,出现错误,则需重新传输 。
其典型的应用是扫描仪,打印机中断传输是单向的,且仅输入到主机,它用于不固定的,少量的数据传输 。 当设备需要主机为其服务时,向主机发送此类信息以通知主机,像键盘,鼠标之类的输入设备采用这方式 。 USB的中断传输是 Polling（ 查询 ） 类型 。 主机要频繁地请求端点输入 。 USB设备在全速情况下,其端点
Polling周期为 1 ～ 255ms ； 对 于 低 速 情 况,
Polling周期为 10～ 255ms。 因此,最快的 Polling
频率是 1KHz。 在信息的传输过程中,如果出现错误,则需将在下一个 Polling中重新传输
⒉ 中断传输等时传输也称同步传输,可以单向也可以双向,用于传输连续性,实时的数据 。
这种方式的特点是要求传输速率固定,时间性强,忽略传输错误,即传输中出错也不重传 。 因为这样会影响传输速率 。 传输的最大数据包是 1024B/ms。 视频设备,数字声音设备和数字相机采用这种方式
⒊ 等时传输控制传输是双向的,它的传输有 2～ 3个阶段,Setup阶段,Data阶段 （ 可以没有 ）
和 Status阶段 。 在 Setup阶段,主机命令给设备；在 Data阶段,传输的是 Setup阶段所设定的数据； Status阶段,设备返回握手信号给主机
⒋ 控制传输
11.4.5 USB包的类型与格式一,USB包的类型
USB总线的数据传输包含一个或多个 交换 （ Transaction ）,而交换是由 包
（ Packet） 组成的,因此包是组成 USB交换的基本单位
PID类型 PID名称 PID[3:0] 描述
Token OUT 0001b 具有 PID,类型检查,设备地址,端点号和 CRC域的宿主到功能设备的发送包
IN 1001b 功能设备到宿主的接收包,具有和发送包一样的域
SOF 0101b 帧开始包
SETUP 1101b 主机发给设备的设置包,用于控制传输的设置 。
Data DATA0 0011b 数据包 0
DATA1 1011b 数据包 1
DATA2 0111b 在微帧中高速,高带宽的等时交换的数据包
MDATA 1111b 为分离的高速和高带宽等时交换中的数据包
Handsha
ke
ACK 0010b 接收设备发的接受数据正确的应答包
NAK 1010b 接收设备无法接受数据或没有数据返回个宿主
STALL 1110b 设备已经被挂起,需要主机插手解决故障
NYET 0110b 接收器无应答
Special PRE 1100b (Token)预告包,预告下面将以低速方式和低速设备通信
ERR 1100b (Handshake)分离交换错误的握手信号
SPLIT 1000b 高速分离交换标志
PING 0100b 为批或控制端点传输而设置的高速流控制探测
Reserved 0000b 保留
PID类型 PID名称 PID[3:0] 描述其中包的分类编码由 PID表示。 8位 PID中只有高 4位用于包的分类编码，低 4位作校验用，
其含义如图 11-12 PID域的格式所示二,USB包的格式
1.标志包
(1) 帧开始包 (SOF)
SYNC PID FRAME NUMBER CRC
8位 8位 11位 5位编码数据 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1
标志包 由帧 开始包 和 接受 (或发送、设置 )包 组成。
发送方,主机 (每隔 1ms一次 )
(2) 接受包 (IN)
SYCN PID ADDR ENDP CRC
8位 8位 7位 4位 5位接受交换包括了全部 4种传输类型。接受交换,
根 Hub广播接受包?目标设备返回数据包?
根 Hub发握手包（等时传输无握手包）
(3)发送包 (OUT)
发送交换,
根 Hub广播发送包?根 Hub发数据包?目标设备发握手包（批传输才有握手包）
接受交换包括了除等时传输外的其他 3种传输类型
(4)设置包 (SETUP)
控制传输开始由主机发设置包，后面可能由一个或多个 IN或 OUT交换，或只包含一个端点传到主机的状态
2、数据包
DATA CRCSYNC PID
8位
USB 1.1数据包格式
8位 0~1023位 16位
SYNC PID DATA CRC
8位
USB 2.0数据包格式
8位 0~8192位 16位发送方,主机或设备
SYCN PID
8位 8位
3.握手包发送方,主机或设备,即数据接受方。
只由 SYNC和 PID组成
主机希望与低速设备进行低速传输时发此包
低速设备只支持控制传输与中断传输
与低速设备交换数据只有 8字节发送方,主机
4.特殊包
11.4.6 USB的应用更多的 USB产品还在不断地问世。基于 USB2.0
标准的 USB硬盘、扫描仪和数码相机、数码摄像机等需大数据量传输的新产品也已投入使用，其数据传输速度已高达 480Mb/s；还出现了 USB转接设备，提供 USB接口到其他接口的转换，这样，
非 USB接口的外设就能间接地使用接 USB接口，
如 USB到 PS/2,USB到 PCI,USB到 SCSI等；新的专用测量仪器也与 PC机 USB接口，如频谱测试仪通过专用 USB电缆与 PC机 USB接口，实现 PC机接收频谱测试仪测试的数据对于笔记本电脑来讲，使用 USB接口可使笔记本电脑的外设连接变得方便简单，机箱上提供多个 USB接口,USB光驱,USB软驱等作为配件，使用时只需插上 USB接口即可,极大地方便了用户使用。而且系统结构简单，可以使更高主频的微处理器用于笔记本电脑中习题 11
11.2 11.3 11.4 11.8
11.9 11.10
232C串行通信接口标准,为今后开发 RS-
232C串行通信奠定良好的基础 。 了解 PCI
总线 和通用外设接口标准 USB的基本知识重点
总线 与 接口标准 的基本概念
PCI总线 等几种典型总线
RS-232C串行通信接口及通用外设接口标 准 USB的基础知识总线与接口标准难点
PCI总线 结构
USB的系统组成、传输类型、交换的包格式
其他总线的组成与原理总线与接口标准
11.1 总线和接口标准的基本概念
11.1.1总线的基本概念与分类一,基本概念
⒈ 总线总线 是指一组进行互连和传输信息的信号线，
这组信号线一般都包括 地址线,数据线,控制线,
电源线 等几种信号线。 微型机系统所使用的芯片内部、电路插件板元器件之间、系统各插件板之间、系统与系统之间的连线，都由各自的总线把各部分组织起来，从而组成一个能彼此传输信息和对信息进行加工处理的整体总线标准 是指国际工业界正式公布或推荐的把各种不同的模块组成 微 机系统时必须遵守的规范 。 具体来讲,它是指芯片之间,插件板之间及微机系统之间,通过总线进行连接和传输信息时,应遵守的一些协议和规范
⒉ 总线标准总线标准一般包括硬件和软件两方面的内容 。 硬件方面 主要有总线的信号线定义,时钟频率,系统结构,仲裁及配置,电气规范,机械规范等方面的内容,
软件方面 主要有总线协议,驱动程序和管理程序等 。 总线标准为 微型机 系统中各模块的互连提供了一个统一的标准,
为接口的软,硬件设计者和开发应用者提供了方便
（ 1） 总线标准的最重要特点是公用性 。 具有相同总线的不同功能的模块都可以挂接到总线上,共享总线,扩充性能好
（ 2） 信号一般以并行方式传输,传输速率快
（ 3） 一般在微机主板上以多个扩展插槽形式提供
（ 4） 所定义的信号线种类齐全 。 一般都有分离的数据线,地址线和控制线
⒊ 总线标准的一般特点二、总线的分类 (5类 )
⒈ 片内总线片内总线 也称为 CPU总线，它是位于微处理器内部的总线，是 ALU及各种寄存器等功能单元之间的通路
⒉ 元件级总线元件级总线 也称为片间总线。该总线限制在一块电路板内，它是实现板内各元器件相互连接的信号线。片间总线通常包括地址线、数据线和控制线等，是各种总线中速度最快、效益最高、功能最直接的总线。一般指 CPU引脚没有经过组合、驱动隔离，而被直接引用的信号线二、总线的分类 (5类 )(续一）
⒊ 通信总线通信总线 也叫外部总线，是微机系统之间或微机系统与通信设备之间进行通信的一组信号线。
如串行通信采用的 RS-232-C,RS-485总线，微机与智能仪器之间通信采用的 IEEE488,VXI总线以及最近流行和正在迅速发展的用于微机与外部设备之间进行通信的 USB通用串行总线等。这些通信总线的特点更符合接口标准的特点，因此，常称为接口标准二、总线的分类 (5类 )(续二）
⒋ 系统总线系统总线 也叫板级总线或标准总线，它主要用于微机系统内部各插件板之间进行连接和传输信息，是微机系统最重要的一种总线，一般在主板上做成扩展插槽形式。
如 ISA总线构成了 IBM PC/AT微机系统二、总线的分类 (5类 )(续三）
⒌ 局部总线局部总线 是介于 CPU总线和系统总线之间的一级总线,是目前高档微机中常采用的一种重要总线 。 它的两侧分别由桥芯片连接,分别面向 CPU总线和系统总线,
但局部总线离 CPU总线更近一些 。 采用局部总线的优点在于一些高速外设通过局部总线和 CPU总线直接连接,
而不必象早期的微机中那样将高速外设和慢速外设统统挂在较慢的系统总线上,从而可以显著提高数据传输的速率和充分发挥 CPU高速的优势二、总线的分类 (5类 )(续四）
二、总线的分类 (5类 )(续五）
局部总线又可分专用局部总线,VL总线（ 486机中采用）,PCI总线 3种。其中前两种已很少用或不用，目前微机系统中的局部总线主要是指 PCI总线，它是一种先进的局部总线标准
11.1.2接口标准与接口标准的分类一,基本概念
⒈ 接口所谓 接口 就是微处理器与外围设备之间的连接电路，它是两者之间进行信息交换时的必要通路，不同的外设有不同的输入 /输出接口电路。例如，键盘输入有键盘接口电路,CRT
显示器有显示器输出接口电路，打印机也有打印输出接口电路等等接口标准 是指外设接口的 规范 和 定义,
它涉及外设接口的信号线定义、传输速率、
传输方向、拓朴结构、电气和机械特性等方面
⒉ 接口标准
（ 1） 接口标准的最大特点是专用性,一般情况下是一种接口只连接一类设备,不能混用
（ 2） 一般在机箱外,以插头或插座形式提供
（ 3） 信号传输形式既有并行传输又有串行传输
（ 4）定义信号线较少，且种类不多
⒊ 接口标准的一般特点
“7”号和,9”号位置都是 USB接口。它也是一种串行接口，目前最新的标准是 2.0版，理论传输速率可达 480MB/s。
目前许多上设都采用这种设备接口，如 Modem、打印机、
扫描仪、数码相机等。它的优点就是数据传输速率高、支持即插即用、支持热拨插、无需专用电源、支持多设备无
PC独立连接等
,8”,IEEE 1394接口,1.6GB/s的传输速率。即插即用、热拨插。使用费比较高，目前仍受到许多限制，只是在一些高档设备中应用普遍，如数码相机、高档扫描仪等
,10”号位置是指双绞以太网线接口，也称之为,RJ-
45接口,。这要主板集成了网卡才会提供的，它是用于网络连接的双绞网线与主板中集成的网卡进行连接二、接口标准的分类接口标准的分类方法也较多，根据所连设备的性质及功能，一般分为以下 5种图形显示接口标准传统串并行接口标准外存设备接口标准通用外设接口标准测试仪器接口标准
⒈ 图形显示接口标准支持图形显示卡的接口标准。如高速显示的新型接口标准 AGP
⒉ 传统串并行接口标准它是微机系统中进行串行和并行输入输出的端口。如 RS-232-C,RS-485,I2C,IEEE1284）
等接口标准
⒊ 外存设备接口标准支持硬盘、光盘,CD-ROM和磁带等存储介质的接口标准，如 IDE和 SCSI接口标准
⒋ 通用外设接口标准支持多种新型外设的通用型接口标准。如
USB,IEEE1394等，如前所述，它们常被叫做外设总线是因为这些接口标准已经具备了总线的一些特征，还具有一些网络特性
⒌ 测试仪器接口标准提供和一些测试仪器仪表相连接的接口标准。如 IEEE-488和 VXI接口标准
11.1.3总线的组成及性能指标一、总线的组成总线 按信号类型或功能一般可分为以下 五种
⒈ 数据总线数据总线 一般为 双向三态,用来传输数据，数据总线的宽度（ 位数 ）反映了总线传输数据的速率
⒉ 地址总线地址总线 一般为 单向三态,用来传输地址信息，
地址线的位数决定了微机系统的寻址范围控制总线 用来传输 控制 或 状态信号 。它根据使用条件不同，有的为 单向,有的为 双向传输,有的是 三态,
有的是 非三态 。控制总线代表了总线的控制能力
⒋ 电源和地线电源 和 地线 是总线中不可缺少的，它决定了总线使用的电源种类，地线分布及用法
⒌ 备用线备用线 主要是留作功能扩充和用户的特殊要求使用
⒊ 控制总线二、总线的性能指标
⒈ 总线宽度总线宽度 是指一次可以同时传输数据的 位数,
单位为位 (bit)
⒉ 总线频率它是指总线在每秒钟内能传输数据的 次数,
单位为 MHz。如 ISA的总线频率为 8MHz，而 PCI
总线有 33.3MHz,66.6MHz两种总线频率传输速率 指总线在每秒钟内能传输的最多字节数，单位为 MB/s。三者的关系是：
传输速率 =总线宽度 /8× 总线频率总线宽度越宽,总线频率越高,则总线传输速率越快例 【 11-1】 PCI总线频率为 33.3MHz,总线宽度 32
位,则：
传输速率 =32b/8× 33.3 MHz =133.2MB/s
⒊ 传输速率
11.2 几种典型总线及接口标准在微机系统中，通常由多种总线构成。
如 386主板板上常有 ISA 总线和 EISA总线，
486主板上常有 ISA 总线和 VESA总线，
Pentium主板上常有 ISA 总线和 PCI总线，
PⅡ,PⅢ 主板常有 ISA 总线,PCI总线和
AGP总线，而 PⅣ 主板上常有用 PCI总线和
AGP总线，或称 AGP接口标准等。微机系统的一种总线层次结构图如图 11－ 1所示微机系统的一种总线层次结构图
11.2.1 PC/XT总线和 ISA总线
PC/XT总线是最早的 PC机的系统总线，是 IBM公司于 1981年推出的基于准
16位机 PC/XT的总线，也称 PC总线，
PC/XT总线支持 8位数据传输和 20位地址寻址空间一,ISA总线的主要特点
⒈ ISA总线是 16位的总线,可以只用低 8位数据线：当作 8位数据线使用时,只用其前 62个引脚,此时,它有 8位数据线,20位地址线；当作 16位数据线使用时,用到全部 98个引脚,
此时,它有 16位数据线,24位地址线
⒉ ISA总线的最高工作 频率为 8MHz,数据宽度为 16位,由公式 （ 11-1） 计算可得数据传输速率为 16MB/s。地址线 24条，可寻址 16MB的内存空间一,ISA总线的主要特点（续）
⒊ ISA总线共有 15个外部中断输入端,
其中 保留 3个 没有用 。 另外还有 7个 DMA
通道
⒋ ISA总线是开放式总线结构，具备了一定的 多主控功能,即允许有多个主控模块分时共享总线二,ISA总线信号及 ISA插座
ISA总线 98根线分成 7类地址线数据线总线周期控制线总线控制线中断信号线
DMA信号线电源线
ISA插座和信号分布图
⑴ SA0? SA19 和 LA17?LA 23 (O) SA0? SA19为地址总线 0? 19位,是可锁存的地址信号,LA17? LA23
为地址总线 17? 23位,是非锁存信号 。 地址信号用于寻址存储器和 I/O设备 。 SA0? SA19加上 LA17?
LA23,允许寻址多达 16MB存储空间
⑵ AEN 地址允许信号,输出 。 此信号用来在 DMA期间禁止 I/O端口的地址译码 。 AEN信号有效,表示
DMA控制器正在控制系统总线,进行 DMA传输 。 此时 CPU放放弃了总线控制权,用 AEN信号来禁止 I/O
端口的地址译码
1.地址线
⑶ BALE 地址锁存允许信号,输出 。 它由总线控制器 8288提供,可用 BALE信号的下降沿将系统总线上的地址信号 SA0? SA19锁存
⑷ SBHE I/O线,数据总线高字节允许信号 。
SBHE有效,表示数据总线上传输的是高字节数据 （ SD8? SD15）
2.数据线
SD0~SD7和 SD8~ SD15，双向。 SD0
是最低有效位,SD15是最高有效位。
CPU既可以按字节传输，也可按字传输
⑴ MEMR* 存储器读信号
(2)MEMW* 存储器写信号
SMEMR*,SMEMW* 存储器读写控制
(用于 A0?A19寻址的 1M内存空间的访问）
(3)IOW* I/O写命令
(4)IOR* I/O读命令
(5)MEMCS16*,I/OCS16*,存储器和 I/O
16位片选信号
(6) OWS*，输入，零等待状态信号
3.控制线
⑺ I/O CHRDY，输入,I/O通道就绪信号
⒋ 总线控制线
⑴ MASTER*,输入,主控设备信号
⑵ IOCHCK*,I/O通道检验信号,输入
⑶ RESET DRV,系统复位驱动信号,输出
⑷ CLK,总线系统时钟,输出 。
⑸ OSC,振荡器信号,输出,由晶振产生
⑹ REFRESH*,I/O线，刷新信号
⒌ 中断信号线
IRQ3~ IRQ 7,IRQ9~IRQ12,IRQ14~IRQ15，
输入上述中断请求线用于 I/O设备向 CPU发出中断请求信号。 IRQ9优先级最高，其次是 IRQ10~ IRQ 12，
IRQ14~ IRQ 15，最低是 IRQ3~IRQ7。 另外
IRQ0~ IRQ 2,IRQ8和 IRQ13用于系统板上。当
IRQ线上由低变高时，产生一个中断请求
⒍ DMA信号线
⑴ DRQ0~ DRQ3,DRQ5~ DRQ7,输入
⑵ DACK0*~ DACK3*,DAK5* ~ DAK7*,
输出,DMA响应信号,用来响应 DMA请求 。 低电平有效
⑶ T/C,计数结束信号,输出 。 在任何一个
DMA通道的终点计数计满时发出此脉冲共有 4组：
＋ 12V＋ 5％
－ 12V＋ 10％
＋ 5V＋ 5％
－ 5V＋ 10％
4个地 (GND )
⒎ 电源信号线三,ISA总线周期
ISA支持 八种 类型的总线周期存储器读存储器写
I/O端口读
I/O端口写中断响应
DMA传输刷新仲裁周期了解和掌握 ISA总线周期的时序，特别是 I/O端口读和 I/O端口写总线周期，对于开发接口电路是非常重要的
11.2.2 PCI总线
PCI总线 (Peripheral Component
Interconnct Special Interest Group)，即外围部件互联专业组,简称 PCISIG。 是由 Intel、
IBM,Compaq,AST,HP,Apple,DEC等
100多家公司于 1991年共同推出的一种局部总线，广泛应用于当前高档微机、工作站及笔记本电脑中
PCI局部总线的结构示意图
PCI总线引线示意图地址和数据
AD31~AD0
C/BE#3~BE#0
接口控制
FRAME#
TRDY#
IRTY#
STOP#
DEVSEL#
IDSEL
REQ#
GNT#
PERR#
SERR#
CLK
RST#
64位扩充PAR64
REQ64#
ACK64#
INTA#
INTB#
INTC#
INTD#
TD1
TD0
TCK
TMS
TRST#
出错仲裁系统
AD63~AD32
C/BE#7~BE#4
LOCK# 接口控制中断
JTAG
PAR
PCI卡一,PCI总线的特点与 ISA等总线相比,PCI总线具有如下的特点
⒈ 传输速率高
⒉ 允许多总线共存
⒊ PCI总线不依赖于某一具体的微处理器，它支持多种微处理器和将来发展的微处理器
⒋ 总线数据 宽度 32位 或 64位
⒌ 支持 64位 寻址
⒍ 5V和 3.3V两种电源供电
⒎ 自动识别与配置外设，方便用户使用
11.2.3 AGP总线
AGP加速图形端口于 1996年 8月提出的一种新型视频接口标准，它是专门为 3D加速而设置的加速图形端口，允许 3D图形数据越过 PCI总线，把主存和显存直接连接起来，从而解决了
PCI总线设计中对于超高速系统的瓶颈问题
AGP应该是一种接口标准，因为它是一种点对点的连接端口，除图形控制器专用外，没有别的设备能够使用 AGP，但是，我们习惯上也称其为 AGP总线一,AGP总线的结构采用 AGP总线的系统结构图二,AGP总线的特点设计 AGP的目的是为了实现高性能的 3D图像，提高显示的速度，因此采用了一些先进技术
⒈ 双时钟技术
⒉ 流水线技术进行读写内存
⒊ DIME(Direct Memory Excute)技术
⒋ 当 CPU访问系统 RAM时,AGP显示卡同时可以访问
AGP RAM，两种总线同时传输数据
⒌ 多路信号分离技术
⒍ 显示系统不占用 PCI总线三,AGP的工作模式
AGP支持 3种工作模式,× 1,× 2和 × 4模式。
3种工作模式的图形性能是依次提高的。目前微机的 BIOS中基本上都是采用 × 4模式模式 工作频率（ MHz） 数据传输率（ MB/s） 传输触发方式
× 1 66 266 上升沿
× 2 133 532 上升沿和下降沿
× 4 266 1064 上升沿和下降沿四,AGP与 PCI的比较性能指标 PCI AGP
方式带宽
（ MB/S） 133 533
总线时钟（ MHZ） 33 66
数据线宽度（位） 32 32
数据传输 同步 同步插槽 最多 5个 1个内存优先存取 不支持 支持信号线数量 49 65
11.3 RS-232C串行通信接口标准
RS - 232C是数据终端设备（ DTE）和数据通信设备（ DCE）之间的接口标准，是在微机接口应用中常用的一种串行通信总线标准，全称为 EIA— RS— 232C标准
（ Electoronic Industrial Associate
Recommended Standard — 232C）
11.3.1 RS-232C串行通信接口标准的信号线
RS— 232C标准的信号线共 25根，其中只定义了 22根。这 22根信号线又分为主、辅两个信道，
大多数微机串行通信系统中都只使用主信道的信号线。在通信中，即便是只使用主信道，也并非主信道的所有信号都要连接，一般情况下只需使用其中的 9根信号线。这就是为什么我们在微机的机箱上看到的串行通信接口（如 COM1、
COM2）只有 9根的原因脚号信号名 缩写名 方向与功能说明
3 发送数据 TxD DTE→ DCE终端发送串行数据
2 接收数据 RxD DTE← DCE终端接收串行数据
7 请求发送 RTS DTE→ DCE终端请求通信设备切换到发送方向
8 清除发送 CTS DTE← DCE设备已切换到发送方向
6 数传机就绪 DSR DTE← DCE通信设备就绪，设备可用
5 信号地 SG 无方向信号地，所有信号公共地
1 数据载体检出 DCD DTE← DCE通信设备正在接收通信链路的信号
4 数据终端就绪 DTR DTE→ DCE终端设备就绪，设备可用
9 振铃指示器 RI DTE← DCE通信设备通知终端，通信链路有振铃串行通信接口标准的信号线
11.3.2 RS-232C串行通信接口标准的电气特性
RS-232C串行通信 接口标准 中,对于发送端，规定 － 5V～－ 15V表示逻辑,1”
（ MARK信号），用 ＋ 5V～＋ 15V表示逻辑,0”（ SPACE信号），内阻为几百欧姆，
可以带 2500pF的电容负载。负载开路时电压不得超过 ± 25V。对于接收端，电压低于 － 3表示逻辑,1”，高于 ＋ 3表示逻辑,0”
232C接口采用 EIA电平
高电平为＋ 3V～＋ 15V 逻辑,0”
低电平为－ 3V～－ 15V 逻辑,1”
实际常用 ± 12V或 ± 15V
标准 TTL电平
高电平：＋ 2V～＋ 5V
低电平,0V～ 0.8V
相互转换
11.3.3 RS-232C电平与 TTL电平的转换
MAX232引脚图
MAX232的用法
1,在 C1+和 C1-两端,C2+和 C2-两端,V+和地两端,V-和地两端分别接一个 0.1μf(105)电容
2,可以将两路 RS-232C电平转换成两路 TTL电平 。 分别从 R1IN和 R2IN输入,对应从 T1OUT和
T2OUT输出 。 注意,输入和输出的逻辑值保持一致,如输入 -5V,即逻辑 1,输出也是逻辑 1,TTL
电平为高电平,即 3.6V左右
3,可以将两路 TTL电平转换成两路 RS-232C电平,分别从 T1IN和 T2IN输入,对应从 R1OUT和
R2OUT输出 。 同样输入和输出的逻辑值保持一致
11.3.4 RS-232C的 机械特性
RS-232C的 机械特性 规定：微机的 RS-232C接口通向外部的连接器是一种标准的,D”型插针
11.4 通用串行总线 USB
USB（ Universal Serial Bus） 通用串行总线是由 Compaq,Digital Equipment,Intel、
Microsoft,IBM,NEC及 Northern Telecom
等 7家公司联合开发的一种流行的外设接口标准
1996年 2月公布了 USB 1.0版本，传输速率有低速 1.5Mbps和高速 12Mbps两种模式。 USB 2.0已于 2000年 4月 27日由 Compaq,HP,Intel、
Lucent,Micrsoft,NEC,Philips正式对外发布，
作为新一代 USB标准,USB 2.0兼容所有 USB 1.0
外部设备及电缆线等，传输速率达 480Mbps。
USB 2.0不仅使 USB大大提速，而且使更多的设备可以经 USB连接到 PC
11.4.1 USB的性能特点传输速度快连接简单快捷通用连接器无须外接电源扩充外设能力强一、传输速度快
USB 1.0 提供了两种速度,USB低速
1.5Mbps,低速的 USB支持低速设备,
例如,调制解调器,键盘,鼠标,优盘,
硬盘,光驱,网卡,扫描仪,数码相机等； USB全速 12Mbps,USB全速的数据传输速度比 RS-232C串口的 9600bps
快 1000多倍,它用于大范围的多媒体设备 。 而 USB 2.0的数据传输速度可以高达 480Mbps
二、连接简单快捷
USB连接简单快捷，可以进行 热插拔 。
即设备连到 USB时，不必打开机箱，也不必关闭主机电源三、通用连接器
USB用一种通用的连接器可以连接多种类型的外设，其外型为 4针插头四、无须外接电源由 USB总线提供电源到外部设备,
USB能提供 +5V/500mA的电源,供低功耗 USB设备如 USB键盘,USB鼠标,
优盘等作电源使用；但需高功耗的 USB
设备,如扫描仪等仍需自带电源； USB还采用 APM （ Advanced Power
Management） 技术,可以有效地节省电源功耗五、扩充外设能力强
USB采用星形层式结构和 Hub技术，
允许一个 USB主控机可以 连接多达 127
个外设,用户不用担心要连接的设备数目会受到限制。两个外设间的 距离可达 5
米,扩充方便
11.4.2 USB的物理接口和电气特性一、接口信号线二、电气特性
D+,D-线电气特性：
无驱动,高速 VD+ ＞ 2.7V,VD-＜ 0.8V,低速反之；
有驱动,高速 VD+ ＞ 2.0V,VD-＜ 2.0V,低速反之收发器,对地电源 电压为 4.75~5.25V，设备吸入的最大电流值为 500mA,D+,D-上不加电压
USB设备,高速在 D+上加 3.0~3.6V电压,低速反之三,USB设备及其描述器
⒈ USB设备
USB设备分成 Hub设备 和 功能设备 两种
⒉ 管道管道是从逻辑概念上来描述信息传输的通道
⒊ 端点
⒋ USB描述器
（ 1）设置描述器 （ 2）设备描述器 （ 3）端点描述器 （ 4）接口描述器
11.4.3 USB系统组成及拓扑结构一,USB系统的组成
USB的软硬件
USB主控制器 /根集线器
USB集线器 (USB Hub)
USB设备
USB设备驱动程序
USB驱动程序
USB主控制器驱动程序二,USB系统拓扑结构
11.4.4 USB的传输类型一,USB的数据流类型
USB支持控制信号流实时数据流块数据流中断数据流等 4种数据类型
1,控制信号流,控制信号流的作用是当 USB设备一旦加入系统时,USB系统软件与设备之间建立起控制信号流来发送控制信号，这种数据不允许出错或丢失
2,实时数据流,实时数据流用于传输连续的固定速率的数据,它所需要的带宽与所传输数据的采样率有关 。 因为实时数据流要求有固定的速率和低延时,在 USB系统中,专门对此操作进行了设计,尽量保证有较大的缓冲区,并确保有低的误码率
3,块数据流,通常用于发送大量数据
4,中断数据流,用于传输少量随机输入信号 。 它包括事件通知信号,输入字符或坐标等信息二,USB的传输类型与 USB数据流类型对应,USB有 4种基本的传输类型,
批传输中断传输等时传输控制传输
⒈ 批传输批传输可以是单向,也可以是双向 。 它用于传输大批数据,这种数据传输的时间性不强,但要确保数据的正确性 。 在包的传输过程中,出现错误,则需重新传输 。
其典型的应用是扫描仪,打印机中断传输是单向的,且仅输入到主机,它用于不固定的,少量的数据传输 。 当设备需要主机为其服务时,向主机发送此类信息以通知主机,像键盘,鼠标之类的输入设备采用这方式 。 USB的中断传输是 Polling（ 查询 ） 类型 。 主机要频繁地请求端点输入 。 USB设备在全速情况下,其端点
Polling周期为 1 ～ 255ms ； 对 于 低 速 情 况,
Polling周期为 10～ 255ms。 因此,最快的 Polling
频率是 1KHz。 在信息的传输过程中,如果出现错误,则需将在下一个 Polling中重新传输
⒉ 中断传输等时传输也称同步传输,可以单向也可以双向,用于传输连续性,实时的数据 。
这种方式的特点是要求传输速率固定,时间性强,忽略传输错误,即传输中出错也不重传 。 因为这样会影响传输速率 。 传输的最大数据包是 1024B/ms。 视频设备,数字声音设备和数字相机采用这种方式
⒊ 等时传输控制传输是双向的,它的传输有 2～ 3个阶段,Setup阶段,Data阶段 （ 可以没有 ）
和 Status阶段 。 在 Setup阶段,主机命令给设备；在 Data阶段,传输的是 Setup阶段所设定的数据； Status阶段,设备返回握手信号给主机
⒋ 控制传输
11.4.5 USB包的类型与格式一,USB包的类型
USB总线的数据传输包含一个或多个 交换 （ Transaction ）,而交换是由 包
（ Packet） 组成的,因此包是组成 USB交换的基本单位
PID类型 PID名称 PID[3:0] 描述
Token OUT 0001b 具有 PID,类型检查,设备地址,端点号和 CRC域的宿主到功能设备的发送包
IN 1001b 功能设备到宿主的接收包,具有和发送包一样的域
SOF 0101b 帧开始包
SETUP 1101b 主机发给设备的设置包,用于控制传输的设置 。
Data DATA0 0011b 数据包 0
DATA1 1011b 数据包 1
DATA2 0111b 在微帧中高速,高带宽的等时交换的数据包
MDATA 1111b 为分离的高速和高带宽等时交换中的数据包
Handsha
ke
ACK 0010b 接收设备发的接受数据正确的应答包
NAK 1010b 接收设备无法接受数据或没有数据返回个宿主
STALL 1110b 设备已经被挂起,需要主机插手解决故障
NYET 0110b 接收器无应答
Special PRE 1100b (Token)预告包,预告下面将以低速方式和低速设备通信
ERR 1100b (Handshake)分离交换错误的握手信号
SPLIT 1000b 高速分离交换标志
PING 0100b 为批或控制端点传输而设置的高速流控制探测
Reserved 0000b 保留
PID类型 PID名称 PID[3:0] 描述其中包的分类编码由 PID表示。 8位 PID中只有高 4位用于包的分类编码，低 4位作校验用，
其含义如图 11-12 PID域的格式所示二,USB包的格式
1.标志包
(1) 帧开始包 (SOF)
SYNC PID FRAME NUMBER CRC
8位 8位 11位 5位编码数据 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 1
标志包 由帧 开始包 和 接受 (或发送、设置 )包 组成。
发送方,主机 (每隔 1ms一次 )
(2) 接受包 (IN)
SYCN PID ADDR ENDP CRC
8位 8位 7位 4位 5位接受交换包括了全部 4种传输类型。接受交换,
根 Hub广播接受包?目标设备返回数据包?
根 Hub发握手包（等时传输无握手包）
(3)发送包 (OUT)
发送交换,
根 Hub广播发送包?根 Hub发数据包?目标设备发握手包（批传输才有握手包）
接受交换包括了除等时传输外的其他 3种传输类型
(4)设置包 (SETUP)
控制传输开始由主机发设置包，后面可能由一个或多个 IN或 OUT交换，或只包含一个端点传到主机的状态
2、数据包
DATA CRCSYNC PID
8位
USB 1.1数据包格式
8位 0~1023位 16位
SYNC PID DATA CRC
8位
USB 2.0数据包格式
8位 0~8192位 16位发送方,主机或设备
SYCN PID
8位 8位
3.握手包发送方,主机或设备,即数据接受方。
只由 SYNC和 PID组成
主机希望与低速设备进行低速传输时发此包
低速设备只支持控制传输与中断传输
与低速设备交换数据只有 8字节发送方,主机
4.特殊包
11.4.6 USB的应用更多的 USB产品还在不断地问世。基于 USB2.0
标准的 USB硬盘、扫描仪和数码相机、数码摄像机等需大数据量传输的新产品也已投入使用，其数据传输速度已高达 480Mb/s；还出现了 USB转接设备，提供 USB接口到其他接口的转换，这样，
非 USB接口的外设就能间接地使用接 USB接口，
如 USB到 PS/2,USB到 PCI,USB到 SCSI等；新的专用测量仪器也与 PC机 USB接口，如频谱测试仪通过专用 USB电缆与 PC机 USB接口，实现 PC机接收频谱测试仪测试的数据对于笔记本电脑来讲，使用 USB接口可使笔记本电脑的外设连接变得方便简单，机箱上提供多个 USB接口,USB光驱,USB软驱等作为配件，使用时只需插上 USB接口即可,极大地方便了用户使用。而且系统结构简单，可以使更高主频的微处理器用于笔记本电脑中习题 11
11.2 11.3 11.4 11.8
11.9 11.10
