GPIB总线

GPIB总线 GENERAL PURPOSE INTERFACE BUS 智能仪器一般都设置通信接口，以便能够实现程 控，方便用户构成自动测试系统。为了使不同厂 家生产的任何型号的仪器都可以直接用一条无源 电缆连接起来，世界各国都在按同一智 能仪器的通信接口电路。目前国际上采用的仪器 标准接口有GP-IB，CAMAC，RS232，USB等， 本章将对智能仪器普遍使用的GP-IB标准予 以介绍。 4.1 概述 GPIB即通用接口总线(General Purpose Interface Bus) 是国际通用的仪器接口标准。目前生产的智能 仪器几乎无例外地都配有GPIB标准接口。 国际通用的仪器接口标准最初由美国HP公司研制，称 为HP-IB标准。 1975年IEEE在此基础上加以改进，将 其规范化为IEEE,488标准予以推荐。1977年IEC又通 过国际合作命名为IEC,625国际标准。此后，这同一 标准便在文献资料中使用了HP,IB，IEEE,488， GPIB，IEC,IB等多种称谓，但日渐普遍使用的名称是 GPIB。4.1 概述 Standard Commands for Programmable Instruments HP-IB成为 SCPI被引入IEEE488 NI提出HS488 IEEE488 HP 设计 IEEE488.1-1987 修订IEEE488.2 HP-IB IEEE488.2 1965 1975 年，HP-IB1987 1990 1992 1993 可程控设备数字接口总线发展年 1972(HP-Interface Bus) 1978年，IEEEstd 488-19783 常称IEEE488 1979，IEC 625 -1号公告 1987年，IEEEstd 488.1-1987，IEEBstd 488.2-1987 1985年，国家标准GBn249.1,.2-85 1995年，新的国家标准GB/T15946-1995 HP-IB，IEEE488、IEC625、SJ2479、IEC-IB、488BUS、 IECBUS、ASC II BUS等等。在国内多称是GPIB，既通用接口 General Purpose Interface Bus)之意。 4.1 概述 从 1975年就成为编程的标总 线( 准 8位的并行协议 传输率低于1 Mbytes/s 标准电缆 最多控制14台仪器 有大量支持其标准的仪器4.2 GPIB的基本特性与总线结构 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，GP IB系统不允许有 两个或两个以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。 GP-IB标准接口系统的基本特性如下: (1) 可连接的仪器数量。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。 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。 GPIB总线接口有两种:IEEE488和IEC625 IEEE488为24芯接口，IEC625为25芯接口 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。 IEEE488插座 IEC625插座 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 接口总线系统如图所示。 16条信号线按功能可分为以下三 组: (1) 8条双向数据总线(DIO1,DIO8) 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 3)5条接口管理控制线(ATN，IFC，REN，EOI和SRQ) 作用:控制钩技术。 ( GP,IB总线接口的状态 GPIB母线结构分 信号线 使用该线的 传递的消息 信号线名称类 代号 接口功能 接口消息 器件消息 DIO1 DIO2数据 DIO3输 1、通令 1、程控命令入 DIO4 数据输入输出 2、专令 C或T 2、数据输 DATA INPUT OUTPUT 3、地址 DIO5 3、状态拜特出 4、副令或副地址母 DIO6线 DIO7 DIO8 传递的消息 信号线名称类 代号 接口功能 GPIB母线结构分 信号线 使用该线的 接口消息 器件消息 数据有效 DAV SH DAV DATA VALID挂钩 未准备好接收数据 NRFD AH RFD母 NOT READY FOR DATA线 未收到数据 NDAC AH DAC NOT DATA ACCEPTED 注意 ATN C ATN ATTENTION 结束或识别 EOI C或T IDY接 END OR IDENTIFY口管 服务请求 SRQ SR SRQ END理 SERVICE REQUEST母线 接口清除 IFC C IFC INTERFACE CLEAR 远控可能 REN C REN REMOTE ENABLE 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，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GP,IB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。 二、 接口功能的配置 GP,IB标准把全部逻辑功能概括为十种接口功能: 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，GP,IB又增加了五种具有相应管理能力的接口功能。