仪表总线技术及应用GPIB总线技术课件.pptx
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1、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May 10, 2022第第2页页4.1 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May 10, 2022第第3页页4.1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IEEEIEEE4
2、88488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。通用接口总线(通用接口总线(General Purpose Interface Bus, GPIB),主要用于连接和控制多个可编程仪器,组建自动),主要用于连接和控制多个可编程仪器,组建自动测试系统。测
3、试系统。 May 10, 2022第第4页页HP 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May 10, 2022第第5页页4.2 GPIB总线的基本特性与总线结构 May 10, 2022第第6页页4.2.1 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I E E E 488打印机绘图仪
4、 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 May 10, 2022第第7页页4.2.1 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
5、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系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。以上的控者
6、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。 May 10, 2022第第8页页GP-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
7、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,
8、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May 10, 2022第第9页页4.2.3 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:May 10, 2022第第10页页4.2.3 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
9、D(打印机)听者职能IEC接口DUT被测设备EOIRENSROIFCATNNDAVNRFDDAVDIO1 DIO8图图4.3通用并行接口总线结构与接口能力通用并行接口总线结构与接口能力 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
10、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)作用:作用:控制控制GPGPIBIB总线接口的状态总线接口的状态May 10, 2022第第11页页GPIB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,
11、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 May 10, 2022第第12页页(2)字节传送控制线,在)字节传送控制线,在IEEE 488总线上数据传送采用异步总线上数据传送采用异步握手(挂钩)联络方式,即用握手(挂钩)
12、联络方式,即用DAV、NRFD和和NDAC 3根线进根线进行握手联络行握手联络。 DAV(Data Available)数据有效线。数据有效线。当由发送器控制的数据当由发送器控制的数据总线上的数据有效时,发送器置总线上的数据有效时,发送器置DAV为低电平,为低电平,(逻辑逻辑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)未准备好接收数据线,未准备好接收数据线,只要连接只要连接在总线上被指定为接收器中的设备,尚有一个未准备好接收数在总线上被指定为接收器中的设备,尚有一个未准备好接收数据,接收器就置据,接收器就置NRFD线
13、为有效低电平,示意发送器不要发出线为有效低电平,示意发送器不要发出数据。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 May 10, 202
14、2第第13页页(3)接口管理线,包括接口清零线、服务请求线、监视线、识别线)接口管理线,包括接口清零线、服务请求线、监视线、识别线和远程控制线。和远程控制线。 IFC(interface clear)接口清零线。接口清零线。该线的状态由控制器建立,并该线的状态由控制器建立,并作用于所有设备。当它为有效低电平时,整个作用于所有设备。当它为有效低电平时,整个IEEE 488总线停止工总线停止工作,发送器停止发送,接收器停止接收。使系统处于已知的初始状作,发送器停止发送,接收器停止接收。使系统处于已知的初始状态。它类似于复位信号态。它类似于复位信号RESET。可用计算机的复位键来产生。可用计算机的复
15、位键来产生IFC信信号。号。 SRQ(service request)服务请求线。服务请求线。它用来指出某个设备请求控它用来指出某个设备请求控制器的服务,所有设备的请求线是制器的服务,所有设备的请求线是“线或线或”在一起的,因此任何一在一起的,因此任何一个设备都可以使这条线有效,来向控制器请求服务。但请求能否得个设备都可以使这条线有效,来向控制器请求服务。但请求能否得到控制器的响应,完全由程序安排,当系统中有计算机时,到控制器的响应,完全由程序安排,当系统中有计算机时,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 May 10, 2022第第14页
16、页ATN(attention line)监视线。监视线。它由控制器驱动,用它的不同状态对数它由控制器驱动,用它的不同状态对数据总线上的信息作出解释。据总线上的信息作出解释。 当当ATN“1”时,表示数据线上传送的是地址或命令,这时只有控制器时,表示数据线上传送的是地址或命令,这时只有控制器能发送信息,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)结束或识别线结束或识别线。该线与。该线与ATN线一起指示是数据传线一起指示是数据传送结束,还是用来识别一个具体设备。
17、当送结束,还是用来识别一个具体设备。当ATN“0”时,这是进行数时,这是进行数据传送,当传送最后一个字节使据传送,当传送最后一个字节使EOI“l”,表示数据传送结束,当,表示数据传送结束,当ATN“1”时,若时,若EOI“l”,则表示数据总线上是设备识别信息,则表示数据总线上是设备识别信息,即可得到请求服务的设备编码。即可得到请求服务的设备编码。REN(remote enable)远程控制线。远程控制线。该信号为低电平时,系统处于远程该信号为低电平时,系统处于远程控制状态,设备面板开关、按键均不起作用;若该信号为高电平,则控制状态,设备面板开关、按键均不起作用;若该信号为高电平,则远程控制不起
18、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 May 10, 2022第第15页页4.2.3 GPIB总线信号表表4.1 标准接口总线信号线标准接口总线信号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
19、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
20、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 May 10, 2022第第16页页4.2.4 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针形连接针形连接器和器和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
21、器两种总线连接器May 10, 2022第第17页页GPIB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。 May 10, 2022第第18页页4.3 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。
22、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)。)。May 10, 2022第第19页页4.3 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 用用源挂钩源挂钩SH与与AH共同确保每条消息的异步传递,从而使器件能够适当地共同确保每条消息的异步传递,从而使器件能够适当地发送多线消息发送多线消息受者挂钩受者挂钩AH与与SH共同确保每条消息的异步传递,从而使器件能够恰当地共同确保每条消息的异步传递,从而使器件
23、能够恰当地接接收收多线消息多线消息讲讲T或或TE当器件被寻址作为当器件被寻址作为“讲者讲者”时,使器件具有通过接口向其时,使器件具有通过接口向其他他器件发送数据或与器件发送数据或与SR共同响应串行点名时序的能力共同响应串行点名时序的能力听听L或或LE当器件被寻址为听者时,使它具有通过接口从另一个器件那当器件被寻址为听者时,使它具有通过接口从另一个器件那里接里接收收数据的能力数据的能力控控C使器件能够向其使器件能够向其他他器件发送地址、通令和指令,控制系统的器件发送地址、通令和指令,控制系统的运行,并具有进行并行点名能力运行,并具有进行并行点名能力服务请求服务请求SR使器件能够向控者异步地提出服
24、务请求使器件能够向控者异步地提出服务请求并行查询并行查询PP使器件不必被寻址为使器件不必被寻址为“讲者讲者”,就能对,就能对“控者控者”的并行查询的并行查询时序时序做做出响应出响应远地远地/本地本地RL使器件能在两个输入消息源使器件能在两个输入消息源本地(由面板控制来的消息)本地(由面板控制来的消息)和远地(由接口来的消息)之间选择和远地(由接口来的消息)之间选择器件触发器件触发DT使器件能单独或成群地开始动作使器件能单独或成群地开始动作器件清除器件清除DC使器件能单独或成群地回复到起始状态使器件能单独或成群地回复到起始状态May 10, 2022第第20页页4.3.2 器件功能仪器功能的任务
25、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。同,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,
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