(精品)第3章总线接口技术.ppt
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1、第第 3 3 章章虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术第第3 3章章 虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术 教学内容3.1 GPIB总线总线3.2 VXI总线总线 InstrumentDriver3.1 GPIB总线 (General Purpose Interface Bus,GPIB)n是是国国际际通通用用的的仪仪器器接接口口标标准准,是是专专门门为为仪仪器器控控制制应应用用而而设设计计的的。这这套套接接口口系系统统最最初初由由美美国国HP公公司司提提出出,后后被被美美国国电电气气与与电电子子工工程程师师协协会会(IEEE)和和国国际际电电工工委委员员会会(IEC)接接受受为为程程
2、控控仪仪器器和和自自动动测测控控系系统统的的标标准准接接口口,因因此此,也也称称IEEE488接接口口或或IEC625接接口口,目目前的协议是前的协议是488.2。GPIB发展HP 设计 HP-IB196519751987199019921993HP-IB成为IEEE488IEEE488.1-1987IEEE488.2SCPI被引入IEEE488NI提出HS488Standard Commands for Programmable Instruments修订IEEE488.2信号源AFG310主控机DUT示波器GPIBGPIB总线应用描述3.1.1 GPIB的基本性能设备容量设备容量 设设备备
3、容容量量是是指指GPIB接接口口系系统统中中仪仪器器和和计计算算机机的的总总容容量量,通通常常可可连连接接的仪器数目最多为的仪器数目最多为15台;台;传输距离传输距离 互互连连电电缆缆的的传传输输路路经经总总长长不不超超过过20m,或或者者装装置置数数目目与与装装置置之之间间距距离的乘积不超过离的乘积不超过20m;数传速度数传速度 最高可达最高可达1Mbyte/s;地址容量地址容量 GPIB标准规定采用标准规定采用5个比特位的编码来表示地址,地址容量为个比特位的编码来表示地址,地址容量为31个;个;信息逻辑信息逻辑 总总线线上上信信息息逻逻辑辑采采用用负负逻逻辑辑,规规定定:低低电电平平(+0
4、.8V)为为逻逻辑辑“1”,高电平(,高电平(+2.0V)为逻辑为逻辑“0”;数传方式数传方式 数据传输方式可以为:字节串行、位并行,双向异步传输。数据传输方式可以为:字节串行、位并行,双向异步传输。3.1.2 GPIB总线结构nGPIB总总线线是是一一条条24芯芯的的无无源源电电缆缆线线,其其中中16条条为为信号线,其余用作逻辑地或外屏蔽。信号线,其余用作逻辑地或外屏蔽。1.GPIB器件n采采用用GPIB总总线线互互连连的的仪仪器器、设设备备是是多多种种多多样样的的,它它们们有有的的很很复复杂杂,像像计计算算机机、网网络络分分析析仪仪等等,有有的的很很简简单单,如如开开关关器器、衰衰减减器器
5、等等。但但从从测测试试系系统统组组建建的的角角度度出出发发,它它们们都都是是系系统统中中的的一一个个逻逻辑辑单单元元,仅仅是测试功能不同而已;是测试功能不同而已;n为为了了简简单单和和统统一一起起见见,把把这这些些复复杂杂程程度度和和功功能能能能力力不不同同的的、执执行行IEEE488.2协协议议的的各各种种设设备备统统称称为为“GPIB器件器件”;n简简单单的的说说,凡凡配配备备了了GPIB接接口口的的独独立立装装置置统统称称为为器件器件。器件职能n在在GPIB系系统统中中,不不同同的的器器件件承承担担着着不不同同的的任任务务,行行使使不不同同的的职职能能,这这些些职职能能可可归归纳纳为为控
6、控者者、讲讲者者和听者职能。和听者职能。控者职能控者职能 控控者者是是对对系系统统进进行行控控制制的的设设备备,具具有有控控制制整整个系统协调工作的能力;个系统协调工作的能力;讲者职能讲者职能 讲者是通过接口发送各种数据和信息的设备;讲者是通过接口发送各种数据和信息的设备;听者职能听者职能 听者是能够通过接口接收数据的仪器设备。听者是能够通过接口接收数据的仪器设备。2.GPIB总线描述引脚分布n16条信号线按功能分为:条信号线按功能分为:8根双向根双向8位数据线位数据线 3根数据挂钩联络线根数据挂钩联络线 5根接口管理控制线根接口管理控制线n引脚分配对应关系:引脚分配对应关系:10 :SRQ1
7、1 :ATN12 :机壳地机壳地1316:DIO5DIO817 :REN1824:地地14:DIO1DIO4 5 :EOI 6 :DAV 7 :NRFD 8 :NDAC 9 :IFC3.三线挂钩原理n系系统统内内部部每每传传送送一一个个字字节节信信息息都都有有一一次次三三线线联联络络的的过程,其时序如图。过程,其时序如图。4.总线电缆及电缆接头n总线为总线为24芯电缆芯电缆:16条信号线条信号线,8根地址线根地址线,24芯簧片插头座。芯簧片插头座。5.程控仪器的地址n要要实实现现程程控控,系系统统中中每每一一台台仪仪器器都都必必须须有有一一个个地地址址,控控者者可可以以通通过过寻寻址址方方法法
8、指指令令谁谁为为讲讲者,谁为听者;者,谁为听者;n一一台台程程控控仪仪器器可可以以被被分分配配一一个个或或多多个个听听地地址址,当当控控者者呼呼唤唤到到该该仪仪器器的的某某个个听听地地址址时时,仪仪器器就被受命为听者;就被受命为听者;n仪仪器器还还可可以以分分配配一一个个或或多多个个讲讲地地址址,当当控控者者寻址到该讲地址时,仪器就被受命为讲者。寻址到该讲地址时,仪器就被受命为讲者。地址码的规定nGPIB接口系统中寻址是用接口系统中寻址是用DIO7DIO1进行的。进行的。其其中中 DIO7,DIO6表表示示哪哪种种类类型型地地址址,DIO5DIO1则则可可组组成成31个个器器件件讲讲地地址址,
9、31个个听听地地址址和和31个个副副地地址址(11111除除外外)。副副地地址址跟跟在在讲讲地地址址和和听听地地址址后后面面构构成成扩展地址,不能单独使用。扩展地址,不能单独使用。3.1.3 GPIB接口功能听功能听功能(L):接收信号、数据;接收信号、数据;讲功能讲功能(T):发送信号、数据;发送信号、数据;控功能控功能(C):通过微处理器发布各种命令;通过微处理器发布各种命令;源握手功能源握手功能(SH):为讲功能和控功能服务;为讲功能和控功能服务;受握手功能受握手功能(AH):为听功能服务;为听功能服务;服服务务请请求求功功能能(SR):量量程程溢溢出出、震震荡荡器器停停止止等等意意外外
10、故故障障发发生时,主动向控者提出请求,以进行相应处理;生时,主动向控者提出请求,以进行相应处理;并行点名功能并行点名功能(PP):快速查询请求服务装置,速度快;快速查询请求服务装置,速度快;远地远地/本地功能本地功能(RL):选择远地或本地工作方式;选择远地或本地工作方式;器器件件触触发发功功能能(DT):产产生生一一个个内内部部触触发发信信号号,以以启启动动有有关关仪器功能进行工作;仪器功能进行工作;器器件件清清除除功功能能(DC):产产生生一一个个内内部部清清除除信信号号,使使某某仪仪器器功功能回到初始状态。能回到初始状态。3.1.4 GPIB接口电路设计PC总线BDIRBUSBUFBUS
11、BUFBDIRBUSBUFDBABCB接口功能GPIB总线收发器GPIBGPIB总线收发器DIO管理线挂钩线管理线挂钩线DIO地址开关译码器控制逻辑中断逻辑DMA逻辑接口功能集成ICn专用集成电路:专用集成电路:nuPD7210nMC68488nTMS9914nINTEL8291/8292/8293nNAT9914n以以Intel公公司司的的8291A听听/讲讲接接口口芯芯片片、8292控者芯片、控者芯片、8293总线收发器芯片为例介绍。总线收发器芯片为例介绍。82918291A A是一种将微处是一种将微处理器接至理器接至GPIBGPIB标准总标准总线的器件。它可以完线的器件。它可以完成成GP
12、IBGPIB标准中除控者标准中除控者之外的全部接口功能。之外的全部接口功能。除此之外,还具有自除此之外,还具有自动三线挂钩联络、自动三线挂钩联络、自动管理接口寻址等能动管理接口寻址等能力。力。8291A接口芯片82928292接口芯片仅有控接口芯片仅有控者功能,并且它必须者功能,并且它必须与与82918291联合使用,组联合使用,组成具有成具有1010种接口功能种接口功能的标准接口。的标准接口。8292控者接口芯片 82938293内部包括内部包括9 9路收路收/发通道和适应不同发通道和适应不同工作模式的附加电路,工作模式的附加电路,每路的收每路的收/发方向可发方向可由由T/RT/R来控制。来
13、控制。接收接收时采用施密特时采用施密特电路以电路以增强抗干扰能力,增强抗干扰能力,发发送时选用送时选用OCOC方式或三方式或三态态方式。方式。8293总线收/发器8293的工作模式n用用OPTA,OPTB这这两两个个脚脚的的逻逻辑辑电电平平的的组组合合,设设置置,选择方式如下表:选择方式如下表:OPTBOPTA模模 式式00模式模式0,讲者,讲者/听者接口控制线听者接口控制线01模式模式1,讲者,讲者/听者接口数据线听者接口数据线10模式模式2,讲者,讲者/听者听者/控者接口控制线控者接口控制线11模式模式3,讲者,讲者/听者听者/控者接口数据线控者接口数据线讲者/听者接口框图讲者讲者/听者听
14、者接口框图接口框图由8291A和8293组成的讲者/听者接口逻辑讲者/听者/控者接口框图GPIBGPIB控制控制器接口器接口图中,8291负责GPIB的数据总线和握手总线交换信息;8292则控制GPIB管理线中的4条(IFC,ATN,REN,SRQ),而余下的EOI总线则由双方分管.典型GPIB 系统3.1.5 GPIB仪器系统GPIBGPIB设备的设备的串行连接串行连接GPIBGPIB设备的设备的星型连接星型连接GPIB仪器系统举例n基于基于GPIB接口的压控振荡器测试系统接口的压控振荡器测试系统 压压控控振振荡荡器器(VCO)VCO)是是一一种种很很重重要要的的振振荡荡电电路路,广广泛泛地
15、地应应用用于于信信号号检检测测、直直接接调调频频、锁锁相相环环路路、频频率率合合成成等等电电子子系系统统和和频频谱谱分分析析仪仪等等近近代代仪仪表表中中,是是通通信信机机、移移动动电电话话、全全球球定定位位系系统统(GPSGPS)、雷雷达达等等众众多多电电子子应应用用系系统统必必不不可可少的关键部件。少的关键部件。压控振荡器是一种输出频率受外加电压控制的振荡器,压控振荡器是一种输出频率受外加电压控制的振荡器,其输出频率可表示如下其输出频率可表示如下:式中式中A Avfvf为为VCOVCO的压控灵敏度,的压控灵敏度,V V为外加控制电压为外加控制电压.仪器系统硬件结构 n压压控控振振荡荡器器仪仪
16、器器系系统统主主要要完完成成对对压压控控振振荡荡器器频频率率参参数数的的测测量量。据据此此,选选择择频频率率计计、D/A变变换换器器、绘绘图图仪和计算机一起组成压控振荡器仪器系统。仪和计算机一起组成压控振荡器仪器系统。D/A变换器HP-59303A待测VCO频率计数器HP-5345A计算机绘图仪HP-9872CGPIB测试软件流程图n测测试试应应用用软软件件大大致致分分为为3 3部分:部分:n与与GPIBGPIB设备进行通信设备进行通信;n数据采集与处理数据采集与处理;n对对生生成成数数据据进进行行分分析析、存贮和打印存贮和打印。VCO测试结果0.00 2.00 4.00 6.00 8.00
17、10.00控制电压(V)9.0008.0007.0006.0005.0004.000VCO调谐特性频率(MHz)3.2 VXI总线 nVXI(VMEbus eXtensions for Instrumentation)nVME(Versabus Module European)nVXI总总线线标标准准是是在在VME总总线线和和GPIB总总线线基基础础上上发发展展的一种新型仪器系统总线。的一种新型仪器系统总线。nVXI总总线线以以其其开开放放的的系系统统结结构构、模模块块化化的的设设计计、紧紧凑凑的的机机械械结结构构、良良好好的的电电磁磁兼兼容容性性,以以及及可可靠靠性性高高、小小型型便便携携和
18、和灵灵活活通通信信能能力力等等一一系系列列优优点点满满足足了了工工业业领领域域需需求求,被被公公认认为为21世世纪纪仪仪器器总总线线系系统统和和自自动动测测试系统的优秀平台。试系统的优秀平台。VXI uses standard technologyGPIBGPIBVMEVMEVMEVMEbusbusbusVXI基于VME和GPIBMXIINST#1INST#2RAM各公司为仪器系统设计了:各公司为仪器系统设计了:独立的机箱、独立的电源、专门的仪器总线独立的机箱、独立的电源、专门的仪器总线独立总线的模块式仪器系统3.2.1 VXI总线的技术优势1)模块式结构模块式结构;2)高速数据吞吐量高速数据
19、吞吐量;VXI总总线线底底板板数数据据传传输输速速率率理理论论上上可可达达40Mbyte/s,而一般而一般GPIB是是1Mbyte/s;3)小型化小型化;4)可靠性高,可维护性好可靠性高,可维护性好;5)适应性、灵活性强适应性、灵活性强。n在在VXI总总线线系系统统中中,各各种种命命令令、数数据据、地地址址和和其其它它消消息息都都通通过过总总线线传传递递。VXI总总线线系系统统的的各各种种总总线线都都印印制制在在主主机机箱箱内内的的多多层层底底板板上上,通通过过P1/J1、P2/J2、P3/J3连连接接器器与与各各模块相连接。模块相连接。nVXI总总线线是是VME总总线线在在仪仪器器领领域域的
20、的扩扩展展,所所以以VXI总总线线实实际际上上是是在在VME总总线线的的基基础础上上扩扩展展了了一一些些适适应应仪仪器器系系统统所所需需要要的的总总线线而而构构成成的。的。3.2.2 VXI总线的信号线VXI总线定义的信号线分类nVME计算机总线计算机总线n时钟和同步总线时钟和同步总线n模块识别总线模块识别总线n触发总线触发总线n模拟相加总线模拟相加总线n局部总线局部总线n电源线电源线 共共7 7类类信号线信号线1)VME计算机总线nVMEVME计计算算机机总总线线包包含含了了数数据据传传输输总总线线、仲仲裁裁总总线线、优优先先级级中中断断线线和和公公用用总总线线,这这些些总总线线都都安安排排
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