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常用物理接口
常用物理接口
常见的几种通信物理接口
CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现,前者被称为I/O接口,而后者则被称为存储器接口。
存储器通常在CPU的同步控制下工作,接口电路比较简单;而I/O设备品种繁多,其相应的接口电路也各不相同,因此,习惯上说到接口只是指I/O接口。
一、I/O接口分类
I/O接口的功能是负责实现CPU通过系统总线把I/O电路和外围设备联系在一起,按照电路和设备的复杂程度,I/O接口的硬件主要分为两大类:
1、I/O接口芯片
这些芯片大都是集成电路,通过CPU输入不同的命令和参数,并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作,常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口等。
2、I/O接口控制卡
有若干个集成电路按一定的逻辑组成为一个部件,或者直接与CPU同在主板上,或是一个插件插在系统总线插槽上。
按照接口的连接对象来分,又可以将他们分为串行接口、并行接口、键盘接口和磁盘接口等。
二、常见接口
1、RS232
个人计算机上的通讯接口之一,由电子工业协会(ElectronicIndustriesAssociation,EIA)所制定的异步传输标准接口。
通常RS232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。
EIARS232C是由美国电子工业协会EIA(ElectronicIndustryAssociation)在1969年颁布的一种串行物理接口标准。
RS(RecommendedStandard)是英文“推荐标准”的缩写,232为标识号,C表示修改次数。
RS232C总线标准设有25条信号线,包括一个主通道和一个辅助通道。
在多数情况下主要使用主通道,对于一般双工通信,仅需几条信号线就可实现,如一条发送线、一条接收线及一条地线。
RS232C标准规定的数据传输速率为每秒150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。
RS232C标准规定,驱动器允许有2500pF的电容负载,通信距离将受此电容限制,例如,采用150pF/m的通信电缆时,最大通信距离为15m;若每米电缆的电容量减小,通信距离可以增加。
传输距离短的另一原因是RS232属单端信号传送,存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题,因此一般用于20m以内的通信。
串行通信接口标准经过使用和发展,目前已经有几种。
但都是在RS232标准的基础上经过改进而形成的。
它适合于数据传输速率在0~20000b/s范围内的通信。
这个标准对串行通信接口的有关问题,如信号线功能、电器特性都作了明确规定。
由于通行设备厂商都生产与RS232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用。
EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线的功能都作了规定。
在TXD和RXD上:
逻辑1(MARK)=-3V~-15V
逻辑0(SPACE)=+3~+15V
在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上:
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
以上规定说明了RS232C标准对逻辑电平的定义。
对于数据(信息码):
逻辑“1”(传号)的电平低于-3V,逻辑“0”(空号)的电平高于+3V;对于控制信号;接通状态(ON)即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的绝对值大于3V时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V之间的电压无意义,低于-15V或高于+15V的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在±(3~15)V之间。
连接器:
由于RS232C并未定义连接器的物理特性,因此,出现了DB-25、DB-15[1]和DB-9各种类型的连接器,其引脚的定义也各不相同。
下面分别介绍两种连接器。
(1)DB-25:
RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。
实际上还有一根信号地线,共5根线。
由于接收器采用高输入阻抗和发送驱动器比RS232拥有更强的驱动能力,因此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RS422支持点对多点的双向通信。
接收器输入阻抗为4k,故发送端的最大负载能力是10×4k+100Ω(终接电阻)。
RS422的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)来完成。
RS422的最大传输距离为4000英尺(约1219米),最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s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1Mb/s。
RS422需要一个终接电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。
在短距离传输时可以不接终接电阻,即一般在300米以下不需要终接电阻。
终接电阻接在传输电缆的最远端。
4、USB
USB是英文UniversalSerialBUS(通用串行总线)的缩写,而其中文简称为“通串线”,是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。
是应用在PC领域的接口技术。
USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。
USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的。
不过直到近期,它才得到广泛地应用。
从1994年11月11日发表了USBV0.7版本以后,USB版本经历了多年的发展,到现在已经发展为2.0版本,成为目前电脑中的标准扩展接口。
目前主板中主要是采用USB1.1和USB2.0,各USB版本间能很好的兼容。
USB使用4-Pin插头作为标准插头,采用菊花链的形式可以把所有的外设连接起来,最多可以连接127个外部设备,并且不会损失带宽。
USB需要主机硬件、操作系统和外设三个方面的支持才能工作。
目前的主板一般都采用支持USB功能的控制芯片组,主板上也安装有USB接口插座,而且除了背板的插座之外,主板上还预留有USB插针,可以通过连线接到机箱前面作为前置USB接口以方便使用。
而且USB接口还可以通过专门的USB连机线实现双机互连,并可以通过Hub扩展出更多的接口。
USB具有传输速度快(USB1.1是12Mbps,USB2.0是480Mbps,USB3.0是5Gbps),使用方便,支持热插拔,连接灵活,独立供电等优点,可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3机、手机、数码相机、移动硬盘、外置光驱或软驱、USB网卡、ADSLModem、CableModem等,几乎所有的外部设备。
USB自从1996年推出后,已成功替代串口和并口,并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。
USB是一种统一的传输规范,但是接口有许多种,最常见的就是电脑上用的那种扁平的,这叫做A型口,里面有4根连线,分为公母接口,一般线上带的是公口,机器上带的是母口。
接下来就是在数码产品上最常见的接口了,由于数码产品体积所限,所以通常用的是MiniB型接口,但是MiniB型接口也有许多种类。
MiniB型5Pin接口可以说是目前最常见的一种接口了,这种接口由于防误插性能出众,体积也比较小巧,所以正在赢得越来越多的厂商青睐,现在这种接口广泛出现在读卡器、MP3、数码相机以及移动硬盘上。
除了前面我们提到的最常见的MiniB型5Pin的接口以外,MiniB型也有其他的接口,其中的一些也比较常见。
比如MiniB型4Pin、MiniB型4PinFlat接口、MiniB型8Pin接口和MiniB型8PinRound接口等。
标准USB接口
标准USB连接器接点序号
功能(主机)
功能(设备)
1
VBUS(4.75-5.25V)
VBUS(4.4-5.25V)
2
D-
D-
3
D+
D+
4
接地
接地
USB信号使用分别标记D+和D-的双绞线传输,它们各自使用半双工的差分信号并协同工作,以抵消长导线的电磁干扰。
5、IEEE1394
IEEE1394,俗称火线接口(FireWire),是由苹果公司领导的开发联盟开发的一种高速度传送接口,数据传输率一般为800Mbps,主要用于视频的采集,在INTEL高端主板与数码摄像机(DV)上可见。
火线(FireWire)是苹果公司的商标。
Sony的产品称这种接口为iLink。
目前较为典型的新一代总线有SCSI、FiberChannel、SSA和USB。
将其作一比较就可以看出,SCSI、FiberChannel、SSA主要是着眼于磁盘等计算机存储设备的;USB则以低速的键盘、鼠标等为对象;而IEEE1394以其包含了上述所有特性而具有划时代的意义。
1394版本
1.IEEE1394a-2000(FireWire400)
和IEEE1394-1995几乎相同,改良数个地方之后制定的新规格。
为了和后述的IEEE1394b分别,因此称为“FireWire400”。
在工业上使用的时候,有时就单纯称呼为“.a”。
1394A所能支持理论上最长的线长度为4.5米。
2.IEEE1394b-2002(FireWire800)
FireWire800即为在理论上可达到800Mbps的高速规格,兼容于IEEE1394a,但是接头的形状从IEEE1394a的6Pin变成9Pin,因此需要经由转接线连接。
在工业上使用的时候,有时就单纯称呼为“.b”。
3.IEEE1394c-2006(FireWireS800T)
使用的是CAT-5e的缆线。
FireWireS800T公布于2007年6月8日,提供了一个重大的技术改进,新的接头规格和RJ45相同,并使用CAT-5(5类双绞线)和相同的自动协议,可以使用相同的端口来连接任何IEEE1394设备或IEEE802.3(1000BASE-T以太网双绞线)的设备。
4.S1600和S3200
IEEE1394的推广团体1394TradeAssociation,在2007年12月宣布,将可以在2008年底使用新的扩张规格S1600(理论值达到1.6Gbps)和S3200模式(理论值达3.2Gbps)。
这个扩张规格使用FireWire800现在使用的9Pin接头和缆线,而且将会完全兼容于FireWire400和FireWire800的设备。
这是为了迎战USB3.0规格所作的准备。
IEEE1394的特点可以归结如下:
(1)高速率
IEEE1394-1995中规定速率为100Mbit/s到400Mbit/s。
IEEE1394b中更高的速度是800Mbit/s到3.2Gbit/s。
其实400Mbps就几乎可以满足所有的要求。
现在通常可能达到的物理流LSI速度是200Mbps。
另外,实际传输的数据一般都要经过压缩处理,并不是直接传输原始视频数据。
因此可以说,200Mbps已经是能够满足实际需要的速度。
但对多路数字视频信号传输来说,传输速率总是越高越好、永无止境。
(2)实时性
IEEE1394的特点是利用等时性传输来保证实时性。
在这一点上,SSA,FiberChannel及UltraSCSI也都与IEEE1394具有同样的性能。
(3)采用细缆,便于安装
4根信号线与2根电源线构成的细缆使安装十分简单,而且价格也比较便宜。
但接点间距只有4.5米,似乎略显不足。
所以也有人在探讨延伸接点间距的方法
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