仪表总线技术及应用第4章GPIB总线技术课件.ppt

仪表总线技术及应用仪表总线技术及应用第第4章章GPIB总线技术总线技术06 February 20234.1 概述4.2 GPIB总线的基本特性与总线结构4.3 基本接口功能4.4 GPIB总线系统中消息及其传递4.5 三线联络基本过程4.6 IEEE 488.2标准4.7 GPIB接口芯片及接口设计第第页页06 February 20234.1概述国际通用的仪器接口标准最初由美国国际通用的仪器接口标准最初由美国HPHP公司研制，称为公司研制，称为HP-IBHP-IB标准。标准。19751975年年IEEEIEEE在此基础上加以改进，将其规范化为在此基础上加以改进，将其规范化为IEEEIEEE488488标准予以推荐。标准予以推荐。19771977年年IECIEC又通过国际合作命名为又通过国际合作命名为IECIEC625625国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了HPHPIBIB，IEEEIEEE488488，GPIBGPIB，IECIECIBIB等多种称谓，但日渐普等多种称谓，但日渐普遍使用的名称是遍使用的名称是GPIBGPIB。通用接口通用接口总线总线（General Purpose Interface Bus,GPIB），主要用于），主要用于连连接和控制多个可接和控制多个可编编程程仪仪器，器，组组建自建自动动测试测试系系统统。第第页页06 February 2023HP 设计 HP-IB196519751987199019921993HP-IB成为IEEE488IEEE488.1-1987IEEE488.2SCPI被引入IEEE488修订IEEE488.2Standard Commands for Programmable Instruments4.1概述第第页页06 February 20234.2 GPIB总线的基本特性与总线结构 第第页页06 February 20234.2.1 基于GPIB总线的测试系统TCCK瞬态波形存储器测速放大器测速传感器压电测压传感器电荷放大器GPIB总线IEEE 488打印机绘图仪 I B M P C总 线键盘监示器图图4.1 武器参数测试分析系统武器参数测试分析系统 第第页页06 February 20234.2.1 基于GPIB总线的测试系统在一个在一个GP-IB标准接口总线系统标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有中，要进行有效的通信联络至少有“讲者讲者”、“听者听者”、“控者控者”三类仪器装置。三类仪器装置。讲者讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（是通过总线发送仪器消息的仪器装置（如测量仪器、数据采集器、计算如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一个机等），在一个 GP-IB系统中，可以设置多个讲者，系统中，可以设置多个讲者，但在某一时刻，只能有一但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。个讲者在起作用。听者听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。控者控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址或允许是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址或允许“讲者讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，使用总线等。控者通常由计算机担任，GP-IB系统不允许有两个或两个以系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。上的控者同时起作用。控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有三要素中的一个、两个或全部。三要素中的一个、两个或全部。GP-IB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。与控者的功能。第第页页06 February 2023GP-IBGP-IB标准接口系统的基本特性如下：标准接口系统的基本特性如下：（1）可连接的仪器数量。可连接的仪器数量。可以用一条总线互相连接若干台装置，可以用一条总线互相连接若干台装置，以组成一个自动测试系统。以组成一个自动测试系统。系统中装置的系统中装置的数目最多不超过数目最多不超过15台台，互连总线的互连总线的长度不超过长度不超过20m。（2）数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步传输方式，其最大传输速率不超过传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒兆字节每秒。（3）总线上传输的消息采用负逻辑。总线上传输的消息采用负逻辑。低电平（低电平（0.8V）为逻辑）为逻辑“1”，高电平（，高电平（2.0V）为逻辑）为逻辑“0”。（4）地址容量地址容量。单字节地址：。单字节地址：31个讲地址，个讲地址，31个听地址；双字个听地址；双字节地址：节地址：961个讲地址，个讲地址，961个听地址。个听地址。（5）一般适用于一般适用于电气干扰轻微的实验室电气干扰轻微的实验室和生产现场。和生产现场。4.2.2 GPIB的总线特征第第页页06 February 20234.2.3 GPIB总线信号图图4.2 GPIB总线系统总线系统GPIB总线电缆内共有总线电缆内共有16条信号线，按功能可分为以下三组：条信号线，按功能可分为以下三组：第第页页06 February 20234.2.3 GPIB总线信号管理总线（5根）挂钩总线（3根）数据总线（8根）仪器A(计算机)控者、讲者和听者功能IEC接口仪器B(激励源)听者功能IEC接口仪器C(数字万用表)讲者、听者功能IEC接口仪器D(打印机)听者职能IEC接口DUT被测设备EOIRENSROIFCATNNDAVNRFDDAVDIO1 DIO8图图4.3通通用用并并行行接接口口总总线线结结构构与与接接口口能能力力 8 8条双向数据总线（条双向数据总线（DIO1DIO1DIO8DIO8）作用：传递仪器消息和作用：传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、大部分接口消息，包括数据、命令和地址。由于这一标准没命令和地址。由于这一标准没有专门的地址总线和控制总线，有专门的地址总线和控制总线，因此必须用其余两组信号线来因此必须用其余两组信号线来区分数据总线上信息的类型。区分数据总线上信息的类型。3 3条数据挂钩联络线（条数据挂钩联络线（DAVDAV，NRFDNRFD和和NDACNDAC）作用：控制数据总线的时序，作用：控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这种传输技术奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术。称为三线挂钩技术。5 5条接口管理控制线（条接口管理控制线（ATNATN，IFCIFC，RENREN，EOIEOI和和SRQSRQ）作作用：控制用：控制GPGPIBIB总线接口的总线接口的状态状态第第页页06 February 2023GPIB的信号线除的信号线除8条地线外，有以下三类信号线：条地线外，有以下三类信号线：（1）DIO1DIO8，数据总线，双向，数据总线，双向 除了用于传送数据外，还用于除了用于传送数据外，还用于“听听”、“讲讲”方式的设方式的设置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在D7D0上可上可以传送数据、设备地址和命令。这是因为该总线没有设置地以传送数据、设备地址和命令。这是因为该总线没有设置地址线和命令线，这些信息要通过数据线上的编码来产生。址线和命令线，这些信息要通过数据线上的编码来产生。GPIB总线信号定义说明 第第页页06 February 2023（2）字字节节传传送送控控制制线线，在在IEEE 488总总线线上上数数据据传传送送采采用用异异步步握握手手（挂挂钩钩）联联络络方方式式，即即用用DAV、NRFD和和NDAC 3根根线线进进行握手联络行握手联络。DAV(Data Available)数数据据有有效效线线。当当由由发发送送器器控控制制的的数数据据总总线线上上的的数数据据有有效效时时，发发送送器器置置DAV为为低低电电平平，(逻逻辑辑1)，指指示接收器可以从总线上接收数据。示接收器可以从总线上接收数据。NRFD(not ready for data)未未准准备备好好接接收收数数据据线线，只只要要连连接接在在总总线线上上被被指指定定为为接接收收器器中中的的设设备备，尚尚有有一一个个未未准准备备好好接接收收数数据据，接接收收器器就就置置NRFD线线为为有有效效低低电电平平，示示意意发发送送器器不不要要发发出出数据。当所有接收器都准备好时，数据。当所有接收器都准备好时，NRFD变为高电平。变为高电平。NDAC(not data accepted)未接收完数据，未接收完数据，当总线上被指定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。器都接收完数据后，此信号才变为高电平。GPIB总线信号定义说明 第第页页06 February 2023（3）接接口口管管理理线线，包包括括接接口口清清零零线线、服服务务请请求求线线、监监视视线线、识识别别线线和远程控制线。和远程控制线。IFC(interface clear)接接口口清清零零线线。该该线线的的状状态态由由控控制制器器建建立立，并并作作用用于于所所有有设设备备。当当它它为为有有效效低低电电平平时时，整整个个IEEE 488总总线线停停止止工工作作，发发送送器器停停止止发发送送，接接收收器器停停止止接接收收。使使系系统统处处于于已已知知的的初初始始状状态态。它它类类似似于于复复位位信信号号RESET。可可用用计计算算机机的的复复位位键键来来产产生生IFC信信号。号。SRQ(service request)服服务务请请求求线线。它它用用来来指指出出某某个个设设备备请请求求控控制制器器的的服服务务，所所有有设设备备的的请请求求线线是是“线线或或”在在一一起起的的，因因此此任任何何一一个个设设备备都都可可以以使使这这条条线线有有效效，来来向向控控制制器器请请求求服服务务。但但请请求求能能否否得得到到控控制制器器的的响响应应，完完全全由由程程序序安安排排，当当系系统统中中有有计计算算机机时时，SRQ是是发向计算机的中断请求线。发向计算机的中断请求线。IEEE 488总线信号定义说明 第第页页06 February 2023ATN(attention line)监监视视线线。它它由由控控制制器器驱驱动动，用用它它的的不不同同状状态态对对数数据据总线上的信息作出解释。总线上的信息作出解释。当当ATN“1”时时，表表示示数数据据线线上上传传送送的的是是地地址址或或命命令令，这这时时只只有有控控制制器器能发送信息，其它设备都只能接收信息。能发送信息，其它设备都只能接收信息。当当ATN“0”时，表示数据总线上传送的是数据。时，表示数据总线上传送的是数据。EOI(end or identify)结结束束或或识识别别线线。该该线线与与ATN线线一一起起指指示示是是数数据据传传送送结结束束，还还是是用用来来识识别别一一个个具具体体设设备备。当当ATN“0”时时，这这是是进进行行数数据据传传送送，当当传传送送最最后后一一个个字字节节使使EOI“l”，表表示示数数据据传传送送结结束束，当当ATN“1”时时，若若EOI“l”，则则表表示示数数据据总总线线上上是是设设备备识识别别信信息，即可得到请求服务的设备编码。息，即可得到请求服务的设备编码。REN(remote enable)远远程程控控制制线线。该该信信号号为为低低电电平平时时，系系统统处处于于远远程程控控制制状状态态，设设备备面面板板开开关关、按按键键均均不不起起作作用用；若若该该信信号号为为高高电电平平，则则远程控制不起作用，本地面板控制开关、按键起作用。远程控制不起作用，本地面板控制开关、按键起作用。GPIB总线信号定义说明 第第页页06 February 20234.2.3 GPIB总线信号表表4.1 标标准准接接口口总总线线信信号号线线组别信号线名称信号线使用者消息类别备注数据输入/输出线DIO1DIO2DIO3DIO4DIO5DIO6DIO7DIO8控者或讲者远地多线消息包括通令UC指令AC地址AD副令SE状态字节器件消息1.控者利用诸DIO线发布接口消息时，采用ISO码（ASC码）。2.讲者利用诸DIO线传递器件消息时，其编码格式可由设计人员确定；但所用代码必须保证能与接口相容，并为有关器件识别。挂钩线DAN源方SH功能远地单线消息DAV=1，表示DIO线上所载数据有效；DAV=0，表示DIO线上所载数据无效NRFD受者AH功能NRFD=1，表示受者尚未准备好接收数据；NRFD=0，表示受者已接收到数据NDAC受者AH功能NDAC=1，表示受者尚未收到数据；NDAC=0，表示受者已收到了数据管理线ATN控者C功能ATN=1，表示DIO线上载的是接口消息；ATN=0，表示DIO线上载的是器件消息IFC控者C功能IFC=1，表示有关接口功能必须被清除；IFC=0，表示接口功能不被清除REN控者C功能REN=1，表示一切器件均处于远控状态；REN=0，表示一切器件处于本控状态。SRQ欲讲者SR功能EOI控者的C功能或讲者的T功能ATN=1、EOI=1，表示点名识别，这时EOI传递的是IDY消息；ATN=0、EOI=1，表示讲者已讲完了，这时EOI线传递的是END消息将将GPIB通用接口的通用接口的16条信号的名称、使条信号的名称、使用者、传递消息的类别归纳于表用者、传递消息的类别归纳于表4.1中中 第第页页06 February 20234.2.4 GPIB总线的连接器 目前，国际上流行两种接插件标准：即目前，国际上流行两种接插件标准：即25芯的芯的IEC 625针形连接器针形连接器和和24芯的芯的IEEE 488簧片形连接器，如图簧片形连接器，如图4.4所示。所示。图图4.4两种总线连接器两种总线连接器第第页页06 February 2023GPIB总线使用总线使用24线组合插头座，其各引脚定义见下表。线组合插头座，其各引脚定义见下表。第第页页06 February 20234.3 基本接口功能4.3.1 十大接口功能 接口功能的任务：接口功能的任务：完成系统中各仪器设备之间的通讯，确完成系统中各仪器设备之间的通讯，确保系统正常工作。保系统正常工作。GPIB标准把全部逻辑功能概括为十种接口功能：标准把全部逻辑功能概括为十种接口功能：一、前述的一、前述的控者功能（控者功能（C）、讲者功能（）、讲者功能（T）和和听者功能听者功能（L）是一个自动测试系统中必不可少的三种最基本的功能。是一个自动测试系统中必不可少的三种最基本的功能。二、为使系统可靠进行三线挂钩，又设置了二、为使系统可靠进行三线挂钩，又设置了源挂钩功能源挂钩功能（SH）和和受者挂钩功能（受者挂钩功能（AH）。）。第第页页06 February 20234.3 基本接口功能表表4.2 GPIB十大接口功能十大接口功能接口功能名称接口功能名称代代 号号作作 用用源挂源挂钩钩SH与与AH共同确保每条消息的异步共同确保每条消息的异步传递传递，从而使器件能，从而使器件能够够适当地适当地发发送多送多线线消息消息受者挂受者挂钩钩AH与与SH共同确保每条消息的异步共同确保每条消息的异步传递传递，从而使器件能，从而使器件能够够恰当地恰当地接接收收多多线线消息消息讲讲T或或TE当器件被当器件被寻寻址作址作为为“讲讲者者”时时，使器件具有通，使器件具有通过过接口向其接口向其他他器件器件发发送数据或与送数据或与SR共同响共同响应应串行点名串行点名时时序的能力序的能力听听L或或LE当器件被当器件被寻寻址址为为听者听者时时，使它具有通，使它具有通过过接口从另一个器件那里接口从另一个器件那里接接收收数据的能力数据的能力控控C使器件能使器件能够够向其向其他他器件器件发发送地址、通令和指令，控制系送地址、通令和指令，控制系统统的运的运行，并具有行，并具有进进行并行点名能力行并行点名能力服服务请务请求求SR使器件能使器件能够够向控者异步地提出服向控者异步地提出服务请务请求求并行并行查询查询PP使器件不必被使器件不必被寻寻址址为为“讲讲者者”，就能，就能对对“控者控者”的并行的并行查询时查询时序序做做出响出响应应远远地地/本地本地RL使器件能在两个使器件能在两个输输入消息源入消息源本地（由面板控制来的消息）和本地（由面板控制来的消息）和远远地（由接口来的消息）之地（由接口来的消息）之间选择间选择器件触器件触发发DT使器件能使器件能单单独或成群地开始独或成群地开始动动作作器件清除器件清除DC使器件能使器件能单单独或成群地回复到起始状独或成群地回复到起始状态态第第页页06 February 20234.3.2 器件功能仪器功能的任务仪器功能的任务：把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作，如调节频率、：把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作，如调节频率、调节信号电平、改变仪器的工作方式等等，这与常规仪器设备的功能基本相同，调节信号电平、改变仪器的工作方式等等，这与常规仪器设备的功能基本相同，不同测量仪器的仪器功能存在很大差异。不同测量仪器的仪器功能存在很大差异。4.3.3 接口功能的子集接口功能能 力作 用T或TE基本讲者使一台器件向另一台器件发送数据只讲使器件在没有控者的系统中工作如果是我的听地址，则不被寻址器件正在讲时又被寻址为听者时，则器件的讲受命即被撤消，以防止器件具有双重身份的可能性（扩大“讲者”）（同基本讲者，但扩大了寻址能力）串行查询向“控者”表明请示服务，并发出一个状态字节给控者L或LE基本听者使一台器件从另一台器件那里接收数据只听使器件在没有控者的系统中工作如果是我的讲地址，则不被寻址。器件正在听时又被寻址成为讲者时，则器件听受命即被撤消，以防止器件具有双重身份的可能性（扩大听者）（同基本听者，但扩大了寻址能力）SH无AH无表表4.3 接口功能的子集（接口功能的子集（1）第第页页06 February 20234.3.1 十大接口功能表表4.3 接口功能的子集（接口功能的子集（2）C系统控者作为系统的绝对控制者并可发出IFC或REN消息负责并发出接口清除使系统控者发IFC消息，从而使各种接口功能恢复到初始状态。发出能远地控制使系统控者将各器件置于远地控制响应服务请求使负责控者能响应器件发来的SRQ信号发出接口消息使负责控者能由其器件功能向总线发出多线接口消息接受控制使一台器件能从负责控者处接收对总线的控制权控制转移使一台负责控者能够将对总线的控制权传递给另一个器件（包括传给自身）并行查询使负责控者能够主动发起并行查询过程同步地接受控制（取控）使负责控者对总线进行同步取控，保证数据传递不受破坏SR无R/L基本的远地/本地控制使器件在本地/远地控制间进行转换本地封锁使本地封锁消息rtl不起作用PP基本的并行查询使器件能响应控者发起的并行查询，并向控者发回PPR消息并行查询组态使器件能接受控者实行的并行查询编组，得到分配给它的一条DIO线DC基本的器件清除使器件具有能响应DCL消息恢复到初始状态的能力选定的器件清除使受命的器件能响应SDC消息回到初始状态，从而使控者可以对选定的器件进行清除DT无第第页页06 February 20234.4 GPIB总线系统中消息及其传递总线消息的分类：总线消息的分类：按传递的途径来分，总线上传递的消息可分为按传递的途径来分，总线上传递的消息可分为本地消息本地消息和和远地消息远地消息两种。远地消息是经总线传递的消息，它可以是仪器消息也可以是接两种。远地消息是经总线传递的消息，它可以是仪器消息也可以是接口消息，用三个大写英文字母表示，如口消息，用三个大写英文字母表示，如MLA（我的听地址）。本地消（我的听地址）。本地消息是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息，息是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息，用三个小写英文字母用三个小写英文字母表示，如表示，如pon（电源开）。（电源开）。按使用信号线的数目来分，总线上传递的消息可又分为按使用信号线的数目来分，总线上传递的消息可又分为单线消息单线消息和和多线消息多线消息两种。用两条或两条以上信号线传递的消息称多线消息，例两种。用两条或两条以上信号线传递的消息称多线消息，例如各种通令、指令、地址数据等。通过一条信号线传输的消息称为单如各种通令、指令、地址数据等。通过一条信号线传输的消息称为单线消息，例如线消息，例如ATN，IFC等。等。按用途来分，总线上传递的消息可分为按用途来分，总线上传递的消息可分为接口消息接口消息和和仪器消息仪器消息两大类。两大类。4.4.1 消息分类第第页页06 February 20234.4.2 接口消息及其编码为确保接口的通用性，接口消息编码格式必须作出统一明确的规定。单线接为确保接口的通用性，接口消息编码格式必须作出统一明确的规定。单线接口消息通过一条信号线传输消息，无需编码。多线接口消息是通过口消息通过一条信号线传输消息，无需编码。多线接口消息是通过DIO线来传线来传输的消息，输的消息，需要统一编码。需要统一编码。类别名称代 号编码通令本地封锁器件清除串行查询可能串行查询不可能并行查询不组态LLODCLSPESPDPPU001 0001001 0100001 1000001 1001001 0101指令群执行触发进入本地并行点名组态有选择的器件清除GETGTLPPCSDC000 1000000 0001000 0101000 0100接受控制（取控）TCT000 1001地址听地址讲地址不听LADTADUNL01 L5L4L3L2L1L010T5T4T3T2T101 1 1 1 1 1或副令副地址副地址并行查询不可能并行查询可能SADPPDPPE11 S5S4S3S2S111 D5D4D3D2D1110 P4P3P2P1注：作为MLA而被接收，MLA为我的听地址；作为MTA或OTA而这被接收，MTA为我的讲地址，OTA为其他讲地址；作为MSA或OSA而这被接收，MSA为我的副地址，OSA为其他副地址表表4.4 多线接口消息分类多线接口消息分类第第页页06 February 20234.4.3 多地址使用情况在在实实际际应应用用中中，有有的的器器件件往往往往具具有有不不止止一一个个讲讲功功能能与与听听功功能能，例例如如，纸纸带带记记录录仪仪有有负负责责发发送送和和接接收收数数据据的的一一对对讲讲功功能能与与听听功功能能，还还另另设设一一听听功功能能来来专专门门接接收收程程控控指指令令。两两个个听听功功能能必必须须对对应应两两个个听听地地址址。这这样样做做的的优优点点是是不不仅仅有有利利于于器器件件功功能能的的设计，而且能简化程序的编制。设计，而且能简化程序的编制。1.第二主地址第二主地址图图4.5 具有两个听地址的设备具有两个听地址的设备2.扩展地址扩展地址图图4.6 设备用扩展寻址设备用扩展寻址第第页页06 February 20234.4.4 接口系统的消息传递图图4.7 器件内功能配置及消息传递途径器件内功能配置及消息传递途径图4.7概略地说明了一个器件内部功能的配置以及消息的传递途径。B区为器件功能区域，即所谓器件的次接口，它的功能是与器件的具体特性密切相关的。其任务在于把接收到的编码信息变换成器件的实际动作（如变换波段、调节频率、调节信号电平、改变器件本身的工作方式等）。A区为接口功能区域，在此区域，设计者必须严格遵照通用接口系统的各项有关规定，不能自行规定标准以外任何新的接口功能。第第页页06 February 20234.5 三线联络基本过程 GPIB标准接口系统每传递一个字节或一个多线接口消息，都要进行一次三线联络过程，只有这样才能确保消息正确、可靠、异步的传递。因此，在源者和受者之间频繁地进行信息交换的过程中，也就频繁地伴随着三线联络过程。4.5.1 三线联络的基本原则 三线联络的基本原则是：对于多线消息发送者，即源者而言，只有当接收者，即受者（听者）都做好了接收消息的准备，才能宣布送到数据线上的消息是有效的；只有所有受者都接收完以后才能撤消数据线上的消息。对于受者而言，只有确知数据线上的消息是自己应该接收的并且在源者宣布数据有效时才接收。第第页页06 February 20234.5.2 三线联络的基本过程图图4.8 三线联络过程流程图三线联络过程流程图图图4.9 三线联络波形图三线联络波形图第第页页06 February 2023GPIB总线传送数据时序总线传送数据时序 GPIB总线上数据传送采用总线上数据传送采用异步异步方式，即每传送一个字节方式，即每传送一个字节数据都要利用数据都要利用DAV，NRFD和和NDAC 3条信号线进行握手条信号线进行握手联络。数据传送的时序图如图所示。联络。数据传送的时序图如图所示。从时序图可见，总从时序图可见，总线上每传送一个字节数据，就有一次线上每传送一个字节数据，就有一次DAV，NRFD和和NDAC 3线握手过程。线握手过程。第第页页06 February 2023GPIB总线传送数据时序总线传送数据时序 原始状态讲者置原始状态讲者置DAV为高电平；听者置为高电平；听者置NRFD和和NDAC两线为低电平。两线为低电平。讲者测试讲者测试NRFD，NDAC两线的状态，若它们同时为低两线的状态，若它们同时为低电平时，则讲者将数据送上数据总线电平时，则讲者将数据送上数据总线D7D0。中虚线表示一个设备接着一个设备陆续做好了接收数据中虚线表示一个设备接着一个设备陆续做好了接收数据准备准备(如打印机如打印机“不忙不忙”)。所有接收设备都已准备就绪，所有接收设备都已准备就绪，NRFD变为高电平。变为高电平。当当NRFD为高电平，而且数据总线上的数据已稳定后。为高电平，而且数据总线上的数据已稳定后。讲者使讲者使DAV线变低，告诉听者数据总线上的数据有效。线变低，告诉听者数据总线上的数据有效。听者一旦识别到这点，便立即将听者一旦识别到这点，便立即将NRFD拉回低电平，这拉回低电平，这意味着在结束处理此数据之前不准备再接收另外的数据。意味着在结束处理此数据之前不准备再接收另外的数据。第第页页06 February 2023听听者者开开始始接接收收数数据据，最最早早接接收收完完数数据据的的听听者者欲欲使使NDAC变变高高(如如图图中中虚虚线线示示)。但但其其它它听听者者尚尚未未接接收收完完数数据据；故故NDAC线仍保持低电平。线仍保持低电平。只只有有当当所所有有的的听听者者都都接接收收完完毕毕此此字字节节数数据据后后，NDAC线线才变为高电平。才变为高电平。讲者确认讲者确认NDAC线变高后就升高线变高后就升高DAV线。线。讲者撤销数据总线上的数据。讲者撤销数据总线上的数据。听听者者确确认认DAV线线为为高高后后置置NDAC为为低低，以以便便开开始始传传送送另另一一数数据据字字节节。至至此此完完成成传传送送一一个个数数据据字字节节的的3线线握握手手联联络络全全过程。过程。以以后后按按图图定定时时关关系系重重复复进进行行。从从数数据据传传送送的的过过程程可可见见，GPIB总总线线上上数数据据传传送送是是按按异异步步方方式式进进行行的的,总总线线上上若若是是快快速速设设备备，则则数数据据传传送送就就快快，若若是是慢慢速速设设备备，则则数数据据传传送送就就慢慢。也也就就是是说说数数据据传传送送的的定定时时是是很很灵灵活活的的。这这意意味味着着可可以以将不同速度的设备同时挂在将不同速度的设备同时挂在GPIB总线上。总线上。GPIB总线传送数据时序总线传送数据时序第第页页06 February 2023GPIB总线传送数据时序总线传送数据时序第第页页06 February 20234.6 IEEE 488.2标准 GPIB接口总线的基础标准IEEE488.1主要规定了GPIB总线的硬件接口功能及数据传送的三线联络方式，保证了系统中各仪器间有正确的电气操作和机械连接，并提供传送数据的可靠方法。但IEEE 488.1对软件运行的统一标准要求，即代码格式，通信协议和公用命令方面并没有做出统一规定。各仪器制造商在遵循IEEE 488.1标准的条件下，可自行规定数据格式及通信协议，因此系统设计者为保证系统的正确运行，除了必须知道各种仪器本身的测量功能外，还必须了解系统中每个仪器器件的接口功能及各仪器制造商规定的控制指令的数据格式和通信协议。4.6.1 IEEE 488.2标准的主要内容p用功能子集的形式规定了器件在IEEE 488.2必须有IEEE 488.1讲者、听者、源挂钩、听者挂钩、器件清零和服务请求等接口功能作为最低要求的配置。p明确规定了程控和响应消息语法结构。p定义了包括出错处理在内的详细信息处理规程，确保可靠传递主控者发出的程控命令和仪器发生的响应信息。第第页页06 February 20234.6.1 IEEE 488.2标准的主要内容p定义了具有广泛用途的公用命令。p规定了标准的状态报告结构 p定义了系统地址分配和同步规程协议。4.6.2 IEEE 488.2器件功能命令集命令分类功能描述*IDN？系统数据识别查询*RST？内部操作复位*TST？内部操作自检查询*OPC同步操作完成*OPC？同步操作完成查询*WAI同步等待完成*CLS状态和事件清除状态*ESE状态和事件事件状态使能*ESE？状态和事件事件状态使能查询*ESR？状态和事件事件状态登入查询*SRE状态和事件服务请求使能*SRE？状态和事件服务请求使能查询*STB？状态和事件读状态字节查询注：*表示查询命令表表4.5 IEEE 488.2必须的公用命令必须的公用命令IEEE 488.2规定了一套代码和格式，提供给挂接在IEEE 488.1总线上的仪器器件使用，同时还定义了不限定于特定仪器的信息交换通信协议的统一标准和仪器使用的公用命令。p规定了标准的状态报告结构 p定义了系统地址分配和同步规程协议。第第页页06 February 20234.6.3 IEEE 488.2控制器描述控制序列选项类型发ATN-true命令SEND COMMAND必选发地址设置去送数据SEND SETUP必选发ATN-false数据SEND DATA BYTES必选送一程序消息SEND必选发地址设置去接收数据RECEIVE SETUP必选接收ATN-false数据RECEIVE/RESPONSE MESSAGE必选接收一响应消息RECEIVE必选脉冲驱动IFC线SEND IFC必选设置器件在DCASDEVICE CLEAR必选设置器件处于本地控制状态ENABLE LOCAL CONTROLS必选设置器件处于遥控状态ENABLE REMOTE必选设置遥控闭锁状态SET RWLS必选设置器件处于本地闭锁状态SEND LLO必选读IEEE 488.1的状态字节READ STATUS BYTE必选发群组执行触发（GET）消息TRIGGER必选传递控制权给另外的器件PASS CONTROL可选执行一个并查询PERFORM PARALLET POLL可选配置器件的并行查询响应PARALLEL POLL CONFIGURE可选停用器件的并行查询能力PARALLEL POLL UNCONFIGURE可选表表4.6 IEEE 488.2必选的和可选的控制序列必选的和可选的控制序列u控制序列控制序列 u控制器协议控制器协议 协议功能含义选项类型RESET复位系统必选FINDRQS发现器件请求服务可选ALLSPOLL串行查询所有器件必选PASSCTL传递控制权可选REQUESTCTL请求控制权可选FINDLSTN发现听者可选SETADD设置地址可选，但需要FINDLSTNTESTSYS自测试系统可选表表4.7 IEEE 488.2控制器协议控制器协议 第第页页06 February 20234.6.4 IEEE 488.2的状态报告模型图图4.10 IEEE 488.2状态报告模型状态报告模型lIEEE 488.2规定了标准化的状态报告，从这状态报告中，控制器能精确地知道如何从系统中的每台仪器获得状态信息。这状态报告模型建立在IEEE 488.2状态字节之上，提供更详细的状态信息说明。图4.10为一状态报告模型。第第页页06 February 20234.6.5 IEEE 488的性能扩展器件确定的消息公用命令和查询语法和数据结构远地接口消息总线系统元素Y系统元素XDCBAABCD仪器设计者及SCPIIEEE488.2标准IEEE488.1标准IEEE488.2标准仪器设计者及SCPI图图4.11 GPIB通用接口总线仪器标准的发展过程通用接口总线仪器标准的发展过程D层层 器件功能；器件功能；C层层 公共系统功能；公共系统功能；B层层 消息功能；消息功能；A层层 接口功能。接口功能。在GPIB总线的发展中，从IEEE 488.1标准定义了硬件接口功能及数据传送的三线挂钩方式，到IEEE 488.2标准增加规定了GPIB控制和通信软件中的数据结构、语法规则和控制语句。这在很大程度上解决了使用GPIB控制时所遇到的软件标准问题。IEEE 488.1、IEEE 488.2和SCPI标准的发展过程和其性能范围如图4.11所示：第第页页06 February 20234.7 GPIB接口芯片及接口设计 4.7.1 GPIB接口芯片GPIB接口芯片分为以下两种类型：n芯片必须与微处理器配合使用，经过编程才能形成各种接口功能。因此这类芯片又称为可编程GPIB接口芯片。属于这类接口芯片的主要有Motorola公司的MC-68488、Intel公司的8291/8292、Texas Instruments公司的TMS-9914、NEC公司的PD7210等。n芯片不需要微处理器的支持，它的各种接口功能不是依靠软件编程设定，而是由硬件逻辑电路产生的。因此，这类芯片又称为不可编程GPIB接口芯片。属于这类接口芯片的主要有Fairchild公司的96LS488、NPC公司的SM8530B、Philips公司的HEF4738等。第第页页06 February 20234.7.2 TMS-9914A可编程GPIB接口芯片应用uTMS-9914A的连接 uTMS-9914A的内部寄存器 uTMS9914A接口功能的指定 uTMS9914A的编程实例 第第页页06 February 20234.7.2 TMS-9914A可编程GPIB接口芯片应用图图4.16 TMS-9914A与与MCS-51单片机的连接单片机的连接uTMS-9914A的连接 第第页页06 February 2023地址寄存器名称D0D1D2D3D4D5D6D7RS0RS1RS2000R0R中断状态0INT0INT1BIBOENDSPASRLCMAC001R1R中断状态1GETERRUCGAPTDCASMASRQIFC010R2R寻址状态REMLLOATNLPASTPASLADSTADSU1pa011R3R总线状态ATNDAVNDACNRFDEOISRQIFCREN110R6R命令通过DIO8DIO7DIO6DIO5DIO4DIO3DIO2DIO1111R7R数据输入DIO8DIO7DIO6DIO5DIO4DIO3DIO2DIO1000R0W中断屏蔽0BIBOENDSPASRLCMAC001R1W中断屏蔽1GETERRUCGAPTDCASMASRQIFC011R3W 辅助命令C/Sf4 f3 f2f1f0100R4W设定地址EDPADALDATA5A4A3A2A1101R5W串行点名S8RSVS6S5S4S3S2S1110R6W并行点名PP8PP7PP6PP5PP4PP3PP2PP1111R7W数据输出DIO8DIO7