GPIBUSBRS232&485常用通讯接口介绍及应用.ppt

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1、常用通讯接口 GPIB USB RS232 RS485,GPIB介绍,GPIB 概述,美国惠普（HP）公司从60年代中期就开始着力解决自动测试系统接口标准化问题 1972年公布了它们的通用接口系统，命名为HP-IB 1975年美国电气与电子工程师协会（IEEE）在HP-IB基础上制定了IEC-488-75可程控仪表的数字接口标准 国际电工委员会以IEEE-488-75为基础，制定了IEC-625可程控测量仪表的接口系统（字节串行，位并行）标准 1978年IEEE也把IEEE-488-75标准修改为IEEE-488-78标准 这两个标准都是国际公认的总线标准，按这两个标准配置的接口都称为通用标准

2、接口，由它们构成的系统都称GPIB（General Purpose Interface Bus）系统 国家标准：GB/T 15946-1995,GPIB的目标 1.它应该是一种在有限距离内（例如在一个实验室内）的通用接口系统； 2.通过它来实现测试系统内各设备之间毫不含糊的可靠通信； 3.被联接的各设备之间可以互相直接通信，而不一定要通过中介单元（测试控制器）的媒介； 4.对被联接设备的特性要求，应提出尽可能少的限制条件； 5.通信应是异步的（无需同步）； 6.价格低廉，以便亦能适用于廉价的简单测试系统； 7.使用起来应相当灵活多样、简单方便，使用者无需费很大努力即能容易了解、掌握它的使用。,

3、GPIB的基本特性 1互联方式(总线型) 系统实物连接如图，其概念模型图。测试系统所使用的全部仪器和计算机均通过一组标准总线相互连接。,首先,在于系统的组成比较方便、灵活；组建和拆解测试系统十分简单。其次,采用这种连接方式使仪器与仪器之间可以直接“通话”而无须通过中介单元（一般是计算机）。,2总线构成(16条信号线) 8条数据输入输出线、3条挂钩线、5条管理线 3设备容量(15台) 可采用增加母线的方式扩大容量，每增加一条总线可增加14个器件，最大可增加到14x14=196个器件 4地址容量(31个听地址,31个讲地址) 25-1=31 31X31=961 5数传方式(bit并行、Byte串行

4、、双向异步传递 ） 6.数传输率： max: 1MB/s type: 500KB/s,7数据传递距离（不超过20m） ： L = min( 20m, 2m X n ) n: 器件个数 8接口功能（共10种） 设备与接口系统之间每一种交互作用就称为一种接口功能。十种接口功能： 9GPIB系统的控制（总线控者/测试系统控制器） 10消息逻辑（TTL电平，负逻辑）,GP-IB标准包括接口与总线两部分：接口部分是由各种逻辑电路组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传输的信息进行发送、接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输各种消息。将具有GP-IB接口的仪器用GP-IB总线连接起来的标准

5、接口总线系统如图所示。,一、 GP-IB标准接口系统的基本特性,在一个GP-IB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有“讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。 讲者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、计算机等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。 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。 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“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GPIB系统不允许有两个或两个

6、以上的控者同时起作用。,一、 GP-IB标准接口系统的基本特性,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。GP-IB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。,（1） 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。 系统中装置的数目最多不超过15台，互连总线的长度不超过20m。 （2） 数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒。 （3） 总线上传输的消息采用负逻辑。低电平（0.8V）为逻辑“1”，高电平（2.0V）为逻辑“0”。 （4） 地址容量。单字节地址：31个

7、讲地址，31个听地址；双字节地址：961个讲地址，961个听地址。 （5） 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。,一、 GP-IB标准接口系统的基本特性,GP-IB标准接口系统的基本特性如下：,一、 GP-IB标准接口系统的基本特性,（1） 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。 系统中装置的数目最多不超过15台，互连总线的长度不超过20m。 （2） 数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒。 （3） 总线上传输的消息采用负逻辑。低电平（0.8V）为逻辑“1”，高电平（2.0V）为逻辑“0”。 （4） 地址容量。单

8、字节地址：31个讲地址，31个听地址；双字节地址：961个讲地址，961个听地址。 （5） 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。,GP-IB标准接口系统的基本特性如下：,总线上传递的各种信息通称为消息。带标准接口的智能仪器按功能可分为仪器功能和接口功能两部分，所以消息也有仪器消息和接口消息之分。 所谓接口消息是指用于管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者发出而只被接口部分所接收和使用。 仪器消息是与仪器自身工作密切相关的信息，它只被仪器部分所接收和使用，虽然仪器消息通过接口功能进行传递，但它不改变接口功能的状态。 接口消息和仪器消息的传递范围如图所示。,二、 GPIB标准接口的总线

9、结构,二、 GPIB标准接口的总线结构,总线是一条24芯电缆，其中16条为信号线，其余为地线及屏蔽线。电缆两端是双列24芯叠式结构插头。,（1） 8条双向数据总线（DIO1DIO8） 作用：传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、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，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。 （2） 3条数据挂钩联络线（DAV，NRFD和NDAC） 作用：控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术。 （3）5条接口管理控制线（ATN，IFC，REN，EOI和SRQ） 作用：控制GPIB总线接口的状态,二、

10、 GPIB标准接口的总线结构,16条信号线按功能可分为以下三组： ,DAV（DATA VALID） 数据有效线： 当数据线上出现有效的数据时，讲者置DAV线为低（负逻辑），示意听者从数据线上接收数据。 NRFD（NOT READY FOR DATA） 数据未就绪线： 只要被指定为听者的听者中有一个尚未准备好接收数据，NRFD线就为低，示意讲者暂不要发出信息。 NDAC（NOT DATA ACCEPTED）数据未收到线： 只要被指定为听者的听者中有一个尚未从数据总线上接收完数据，NDAC就为低，示意讲者暂不要撤掉数据总线上的信息。,三、 三线挂钩原理,在GPIB系统中，每传递一个字节的数据信息，

11、源方（讲者与控者）与受方（听者）之间都要进行一次三线挂钩过程。 三条挂钩联络线的定义如下： ,（1） 听者使NRFD呈高电平，表示已做好接收准备，总线上所有听者是“线或”连接至NRFD线上，因此只要有一个听者未做好准备，NRFD就呈低电平。 （2） 讲者发现NRFD呈高电平后，就把数据放在DIO线上，并令DAV为低电平，表示DIO线上的数据已经稳定且有效。 （3） 听者发现DAV线呈低电平，就令NRFD呈低电平，表示准备接收数据。 （4） 在接收数据的过程中，NDAC线一直保持低电平，直至每个听者都接收完数据，才上升为高电平。所有听者也是“线或”接到NDAC线上。 （5） 当讲者检出NDAC为

12、高，就令DAV为高，表示总线上的数据不再有效。 （6） 听者检出DAV为高电平，就令NDAC再次变为低电平， 以准备进行下一个循环过程。,假定地址已发送，听者和讲者均已受命。三线挂钩过程如下：,显然，三线挂钩技术可以协调快慢不同的设备可靠地在总线上进行信息传递。,接口功能与接口消息 ,一、 仪器功能与接口功能,自动测试系统中的任何一个仪器装置都分为两部分： 一、仪器设备本身，它产生该仪器装置所具备的仪器功能； 二、接口部分，它产生该仪器装置所需要的接口功能。,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、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

13、，不同测量仪器的仪器功能存在很大差异。 接口功能的任务：完成系统中各仪器设备之间的通讯，确保系统正常工作。 为保证接口系统的标准化和相容性，各仪器设备接口的设计必须遵照GPIB标准的各项有关规定，不能自行规定标准以外的任何新的接口功能。,接口功能与接口消息 ,二、 接口功能的配置,一、前述的控者功能（C）、讲者功能（T）和听者功能（L）是一个自动测试系统中必不可少的三种最基本的功能。 二、为使系统可靠进行三线挂钩，又设置了源挂钩功能（SH）和受者挂钩功能（AH）。 源挂钩功能为讲者功能和控者功能服务，它利用DAV控制线向受者挂钩功能表示发送的数据是否有效；受者挂钩功能主要为听者功能服务。它利用

14、NRFD和NDAC控制线向源挂钩功能表示是否已经接收到数据。 以上五种基本接口功能为系统提供了在正常工作期间使数据准确可靠传输的能力。但仅此还是不够的，为了处理测试过程中可能遇到的各种问题，GPIB又增加了五种具有相应管理能力的接口功能。,GPIB标准把全部逻辑功能概括为十种接口功能：,三、五种具有相应管理能力的接口功能。 服务请求功能（SR）： 当系统中某一装置在运行时遇到某些情况时（ 例如测量已完毕、出现故障等），能向系统控者提出服务请求的能力。 并行点名功能（PP）： 系统控者为快速查询请求服务装置而设置的并行点名能力。只有配备PP功能的装置才能对控者的并行点名做出响应。 远控本控功能（

15、RL）：选择远地和本地两个工作状态的能力。 装置触发功能（DT）： 使装置能从总线接收到触发信息，以便进行触发操作。在一些要进行触发操作或同步操作装置的接口中，必须设置DT功能。 装置清除功能（DC）： 能使仪器装置接收清除信息并返回到初始状态。系统控者通过总线命令使那些配置有DC功能的装置同时或有选择地被清除而回到初始状态。 ,并非每台装置都必须具有十种接口功能。例如一台数字电压表要接收程控命令，也发送测量数据，因而一般应配置除控者之外的其他的九种功能；一台信号源或打印机只需“听”，所以通常只需配置AH，L， R/L和DT等接口功能。很显然，除了控者的其他所有装置都无需配置C功能。,三、 接

16、口消息及编码,按用途来分，总线上传递的消息可分为接口消息和仪器消息两大类。 按传递的途径来分，总线上传递的消息可分为本地消息和远地消息两种。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口消息，用三个大写英文字母表示，如MLA（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， 用三个小写英文字母表示，如pon（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单线消息和多线消息两种。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ATN，IFC等。,总线消息的分类：,为确保接口的通用性，接口消

17、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DIO线来传输的消息， 需要统一编码。多线接口消息采用了7位编码，主要分为通令、 指令地址和副令(副地址)四类，如表41所示。,计算机的GPIB接口,计算机GPIB接口功能通过GPIB接口卡来实现。接口卡插入计算机的扩充槽中，卡上由GPIB接口插座通过GPIB电缆同其它仪器相连，构成测试系统。测试语句的执行时间同测试程序的运行速度和接口卡的硬件有直接或间接的联系，接口卡硬件电路采用大规模集成电路为主体。下图为PC机的GPIB卡框图。,PHYSICAL 传输距离短RS-232C接口一般规定电缆长度在

18、15m以内,即使有较好的线路器件,优良的信号质量,电缆长度也不会超过60m; 接口处各信号间容易产生串扰,鉴于RS-232C接口的上述缺点，EIA在1977年制定了新标准RS-449 新标准除了与RS-232C兼容外，在提高传输速率、增加传输距离、改进电气性能方面作了很大努力。 RS-449标准有多个子集，分别为： RS-422A RS-423A RS-485,RS-422A与RS-232C的主要差别,信号在导线上的传输方式不同： RS-232C是利用传输信号线与公共地之间的电压差 RS-422A是利用信号导线之间的信号电压差，它给出平衡信号差的规定。 RS-423A给出了平衡信号差的规定。,

19、RS-485,RS-485是RS-422的变型，是一种多发送器的电路标准。它进一步扩展了RS-422A的性能，允许双导线上一个发送器驱动32个负载设备。负载设备可以是被动发送器、接收器或收发器(发送器和接收器的组合)。 RS-485电路允许共用电话线通信。电路结构是在平衡连接电缆两端有终端电阻，在平衡电缆上挂接发送器、接收器、组合收发器。 RS-485标准没有规定在何时控制发送器发送或接收器接收数据的规则。 电缆选择比RS-422A更严格,RS-422A与RS-485性能比较见表6-30,RS-485收发器,用于RS-422A/RS-485通信标准的收发器芯片比较多，如MAX48X/49X系列

20、收发器，其主要特点如下: +5V单电源供电 低功耗，工作电流120500A 静态电流120A(MAX483/487/488/489) 静态电流300A(MAX481/485/490/491) MAX481/483/487三种型号有关闭方式(驱动器和接收器处于静止状态)，在此方式下只消耗0.1A电流 通信传输线上最多可挂接128个收发器(MAX487) 使用不同型号电路可方便组成半双工或全双工通信电路 共模输入电压范围为-7+12V 驱动器过载保护,典型工作电路,MAX481/483/485/487用于半双工通信的典型工作电路如图6-14所示。 图中Rt为匹配电阻，传输线为双绞线。,通信网络,由

21、MAX48X/49X系列收发器组成的差分平衡系统，抗干扰能力强，接收器可检测低达200mV的信号，传输数据可以从千米以外得到恢复,因此特别适用于远距离通信。 可组成满足RS-485/RS-422A标准的通信网络,MM481/483/485/487/489/491可用于总线(母线,合用线)系统 图6-16所示为一典型半双工RS-485通信网络,图中驱动器有使能控制端DE。当驱动器被禁止时,输出端Y、Z为高阻态,因而接收器具有高的输入阻抗,使处于禁止状态的驱动器和多个接收器挂接在传输线上不会影响信号的正常传输,故多个驱动器和接收器可共享一公用传输线。 图中各驱动器分时使用传输线(不发送数据的驱动器

22、应被禁止)。 网络上可挂接32个站(MAX481/MAX483/MAX485),图6-16所示为一典型半双工RS-485通信网络,如果使用MAX487作为站的收发器,由于其输入阻抗是标准接收器的4倍,故网络上可挂接324=128个站。 使用MAX489/MAX491可组成全双工RS-485通信网,其线路连接如图6-17所示。,MAX489/MAX491组成全双工RS-485通信网,线路连接如图6-17,传输线的选择和阻抗匹配,在差分平衡系统中,一般选择双绞线作为信号传输线。由于双绞线在长度、方向上完全对称,因而它们所受的外界干扰程度完全相同,干扰信号以共模方式出现。在接收器的输入端由于共模干扰受到抑制，所以能实现信号的可靠传输。,信号在传输线上传输,若遇到阻抗不匹配的情况,会出现反射现象,影响信号的远距离传输,因此必须采用并接匹配电阻的方法来消除反射。 在实际应用中,为减少误码率,通信距离较远时,通信速率应取低一些。 例如RS-485/RS-422规定： 通信距离为120m时,最大通信速率为1Mbps; 若通信距离为1.2km则最大通信速率为100Kbps,谢谢！,