网络与总线：数字系统布线的清晰指南

罐与监控点间的导线称为总线或网络。二者区别更多是语义而非技术，实际中可互换使用。经验上，“总线”常指计算机设备机箱内连接数字组件的导线组；“网络”指物理分布更广的连接。

近年“总线”也用于描述长距离互联离散仪表传感器的网络（“Fieldbus”“Profibus”即例）。无论哪种，均指两个或更多数字设备连接以便数据通信的介质。

“Fieldbus”或“Profibus”等名称不仅涵盖总线/网络物理布线，还规定通信电压电平、时序（特别是串行传输）、连接器针脚定义及所有区分技术特性。换言之，提及某种总线/网络名称，实指一种通信标准，大致类比书面语言的规则与词汇。例如，两人要成为笔友，必须能用共同格式书写。

仅有能投递信件的邮政系统不够。若约定用法语通信，须遵守法语标准规定的字符集、词汇、拼写、语法。

同理，连接两个 Profibus 设备能通信，仅因 Profibus 标准规定了电压电平、时序等关键细节。仅在设备间拉几根线（尤其不同厂商设备）不足以构建工作系统。

为详细说明，设计我们自己的总线标准。以简陋水罐测量系统为例，五个开关检测不同液位，用（至少）五根线传输信号，奠定强大的BogusBus基础：

BogusBus 物理布线为发射端（开关）与接收端（指示灯）间七根线。发射端包含最左侧连接器（“—>>—”符号）左侧所有元件及布线。每个连接器符号代表一对互补公母头。总线布线为连接器对间七根线。

接收端及其所有布线在最右侧连接器右侧。五根网络线（标 1–5）传数据，两根（标 +V、-V）供直流电源。7 针连接器也有针脚标准，布局不对称防“反接”。

厂商要获“BogusBus 认证”，必须遵守 BogusBus 设计者规格（通常为另一公司，为特定任务设计总线后推广多用途）。如所有设备必须使用 BogusBus 24V 直流供电：发射端开关触点须额定切换该电压，指示灯须额定由该电压供电，连接器须承受所有电流。

布线也须合规：如灯 1–5 必接正确针脚，使 XYZ 厂商发射端 LS4 闭合时，ABC 厂商接收端灯 4 点亮，以此类推。因发射/接收端均含 24V 输出直流电源，所有认证厂商组合的电源必须能安全并联。

设想 XYZ 发射端 24V 电源负极接大地，ABC 接收端 24V 电源正极接大地。若两大地均“可靠”（如工业建筑金属结构间低电阻），两电源将短路！

BogusBus 纯属假设且极不实用的数字网络示例：分辨率极低、布线繁重、仅单向通信（发射到接收）。但作为教程例足以说明网络概念及选型运行考量。

职业中可能遇到多种总线/网络。各有应用、优劣。值得熟悉标识各种设计的“字母汤”：

短距离总线

PC/AT
早期 IBM 兼容机连接磁盘、声卡等外设到主板的总线。

PCI
个人电脑另一总线，不限 IBM 兼容机。比 PC/AT 快得多。典型传输率 100 MB/s（32 位）和 200 MB/s（64 位）。

PCMCIA
连接外设到笔记本电脑的总线，物理“占地”极小，但比其他流行 PC 总线慢得多。

VME
高性能总线（Motorola 协同设计，基于其早期 Versa-Bus 标准），用于构建通用工业/军用计算机，多内存、外设甚至微处理器卡可插入无源“机架”或“卡笼”以便定制系统设计。典型传输率 50 MB/s（64 位宽）。

VXI
实为 VME 总线扩展，VXI（VME eXtension for Instrumentation）包含标准 VME 总线及机架间卡的模拟信号连接器。

S-100
又称 Altair 总线，1976 年会议产物，意作为 Intel 8080 微处理器芯片接口。理念类似 VME，多功能卡插入无源“机架”便于定制系统。

MC6800
Motorola 对应 Intel 中心 S-100 总线，接口外设到流行 Motorola 6800 微处理器芯片。

STD
即 Simple-To-Design，另一无源“机架”类似 PC/AT 总线，适合基于 IBM 兼容硬件设计。8 位并行，适配较小（4.5×6.5 英寸）电路卡。

Multibus I 和 II
另一柔性定制计算机系统总线，Intel 设计。16 位并行。

CompactPCI
个人电脑 PCI 标准工业化改良，作为老旧 VME 总线高性能替代。总线时钟 66 MHz，传输率 200 MB/s（32 位）或 400 MB/s（64 位）。

Microchannel
IBM 为其命运多舛 PS/2 系列设计的总线，接口 PC 主板到外设。

IDE
主要连接个人电脑硬盘驱动器与相应外设卡。广泛用于当今 PC 硬盘和 CD-ROM 接口。

SCSI
替代（技术优于 IDE）的 PC 磁盘总线。SCSI 即 Small Computer System Interface。用于部分 IBM 兼容 PC、Macintosh（Apple）、许多中大型商业计算机。接口硬盘、CD-ROM、软驱、打印机、扫描仪、调制解调器等众多外设。原始标准速度达 1.5 MB/s。

GPIB (IEEE 488)
通用接口总线，亦称 HPIB 或 IEEE 488，意在将示波器、万用表等电子测试设备接口到个人电脑。8 位宽地址/数据“路径”加 8 根通信控制线。

Centronics 并行
广泛用于 PC 接口打印机和绘图仪。有时也接口其他外设，如外置 ZIP（100 MB 软盘）驱动器和磁带驱动器。

USB
通用串行总线，意在将键盘、调制解调器、鼠标等众多外部外设互联到个人电脑。长期用于 Mac PC，现装备于 IBM 兼容新机。

FireWire (IEEE 1394)
高速串行网络，可 100、200、400 Mbps 运行，具“热插拔”（带电增删设备）和灵活拓扑等特性。面向高性能 PC 接口。

Bluetooth
无线电通信网络，用于办公环境链接计算机设备。标准内设计数据安全条款。

长距离网络

20 mA 电流环
别与常见仪表 4-20 mA 模拟标准混淆，这是基于中断 20 mA（有时 60 mA）电流环表示二进制数据的数字通信网络。低阻抗给良好抗噪性，但易受布线故障（如断路）影响导致全网故障。

RS-232C
计算机系统最常用串行网络，常链接打印机、鼠标等外设到 PC。速度距离有限（典型 45 英尺、20 kbps，缩短距离可提速）。笔者曾用 6 英尺线可靠跑 100 kbps 以上。RS-232C 常简称为 RS-232（无“C”）。

RS-422A/RS-485
克服 RS-232C 距离和通用性限制的两种串行网络。广泛用于工业链接串行设备于电气“嘈杂”厂房环境。距离速度远超 RS-232C，典型半英里以上、接近 10 Mbps。

Ethernet (IEEE 802.3)
高速网络链接计算机和部分外设。“普通”以太网 10 Mbps，“快速”以太网 100 Mbps。慢速（10 Mbps）以太网在铜缆多种实现（粗同轴“10BASE5”、细同轴“10BASE2”、双绞线“10BASE-T”、无线、光纤“10BASE-F”）。快速以太网也有几种实现（双绞线 2 对“100BASE-TX”；4 对“100BASE-T4”；光纤“100BASE-FX”）。

Token ring
另一高速网络链接计算机设备，通信理念与以太网截然不同，允许更精确单节点响应时间，更强抗布线损坏能力。

FDDI
仅在光纤实现的极高速网络。

Modbus/Modbus Plus
Modicon 公司（大型 PLC 厂商）原始实现，链接远程 I/O 机架与 PLC 处理器。至今仍颇流行。

Profibus
Siemens 公司（另一大型 PLC 厂商）原始实现。

Foundation Fieldbus
专为允许多过程仪表（变送器、控制器、阀门定位器）与主机及彼此通信设计的高性能总线。未来可能取代 4-20 mA 模拟信号成为过程控制仪表互联标准手段。