chapterGPIB通用数字接口总线

1、测试(自动)系统集成技术第二章 GPIB通用数字接口总线陈长龄 1430室第一节 GPIB数字接口的发展 n在上世纪50年代初提出自动测试系统的概念，人们遇到的第一个问题是可程控设备数字接口总线。n1972年，HP-IB（HP-Interface Bus）。n1978年，IEEEstd 488-19783 (常称IEEE488)。n1979，IEC 625 -1号公告。n1987年，IEEEstd 488.1-1987，IEEBstd 488.2-1987 n1985年，国家标准GBn249.1.2-85。n1995年，新的国家标准GB/T15946-1995。nHP-IB，IEEE488、I

2、EC625、SJ2479、IEC-IB、488BUS、IECBUS、ASC II BUS等等。在国内多称是GPIB，既通用接口总线（General Purpose Interface Bus）之意。 第二节 GPIB的基本特性 GPIB的目标n1.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；n2.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；n3.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；n4.对被联接设备的特性要求，应提出尽可能少的限制条件；n5.通信应是异步的（无需同步）；n6.价格低廉，以便亦能适用于廉价的简单测试系统；n7.

3、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。第二节 GPIB的基本特性GPIB的基本特性1互联方式(总线型) 系统实物连接如图2-1，其概念模型如图2-2。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。 图2-1 系统实物连接第二节 GPIB的基本特性n 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）。 图图2-2 概念模型标准接口总线概念模型标准接口总线标准接口总线标准接口总线 GPIB第二节 GPIB的基本特性n2总线构成(16条信号

4、线) 8条数据输入输出线、3条挂钩线、5条管理线 n3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n4地址容量(31个听地址,31个讲地址) 25-1=31 31X31=961n5数传方式(bit并行、Bety串行、双向异步传递 ） n6.数传输率： max: 1MB/s type: 500KB/s152348maxmA.mAiINdrive第二节 GPIB的基本特性n7数据传递距离（不超过20m） ：L = min( 20m, 2m X n ) n: 器件个数25-1=31 31X31=961n8接口功能（共10种）

5、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：n9GPIB系统的控制（总线控者/测试系统控制器） n10消息逻辑（TTL电平，负逻辑） 第二节 GPIB的基本特性表2-1 GPIB的接口功能接口功能名称 代号 涉及消息通道（图2-5） 源方挂钩（Source Handshake） SH 1，2，3，4，5受方挂钩（Acceptor Handshake） AH 1，2，4，5讲者 Talker T 或扩大讲者 Extended Talker TE听者 Listener L 或扩大听者 Extended Listener LE服务请求Service Requset SR 1，2

6、，4，5远控/本控 Remote / Local RL 1，2，4，5并行查询 Parallel Poll PP 1，2，4，5器件清除 Device Clear DC 1，2，4，5器件触发 Device Trigger DT 1，2，4，5控者 Controller C 1，2，4，5，6第三节 GPIB器件模型一、一、 逻辑组成模型逻辑组成模型 n器件功能区：n完成器件所担负的测控功能。产生器件消息（Device Dependent Message）通过接口编码送上Bus；同时也接受由接口译码的别的器件发出的器件消息。n接口功能区：n实现器件间的匹配连接（机械、电气、功能，运行）用以管理

7、和控制器件消息的传递。n接口消息：由接口功能接受，并据之改变状态的消息（Interface Massages）n远地接口消息：经由GPIB总线传递n本地接口消息：在器件功能与接口功能之间传递器件消息远地接口消息器件功能器件功能接口功能接口功能总线本地消息本地消息图2-3 GPIB器件/仪器模型 第三节 GPIB器件模型二、二、 仪器的操作与控制仪器的操作与控制 IEEE 488.2 IEEE 488.2标准指出，驱使标准指出，驱使GPIBGPIB器件器件/ /仪器的器件功能仪器的器件功能电路状态变化电路状态变化, ,通常称为器件功能通常称为器件功能“操作（操作（OperationOperati

8、on）”，而而GPIBGPIB器件功能操作由器件功能操作由“程控消息程控消息”引起；引起；GPIBGPIB器件器件/ /仪器仪器的控制和操作是按控制源来分类：的控制和操作是按控制源来分类： n远控：可程控，接受外来数字式数据控制的能力。n本控：可程控本地控制通常分为：（1）仪器操作员可访问的、用于仪器控制的仪器上的开关、旋钮、按键、触屏位置等。（2）从器件/仪器非GPIB接口系统输入的“外部控制信号“，它可以引起本地操作。例如,数字电压表的外触发信号能够启动一次采样测量。（3）特别应该声明,通过连接到器件的其他总线接口（如：RS232C、通用并行接口等）,来自测试系统内另一个控制操作点的器件功

9、能操作也定义成GPIB本地操作。第三节 GPIB器件模型三、设备在三、设备在GPIBGPIB系统中的地位系统中的地位n 从系统组建角度出发，每个设备的地位是相同的；但它们在完成给定目的和执行操作的地位上是不相同的。n从接口功能管理上看： 讲或听器件；GPIB总线“控者/ Controller”n从测试系统进行的操作或从器件消息传递角度出发： “测试系统控制器(Test System Controller)”/“测试控制器/主控器/主控机”； “器件（Device）” 。第四节 数字总线结构n总线结构 （图2-4 GPIB总线结构）16线制：8条数据线：DIO8DIO1 8条管理线：3条挂钩线：

10、DAV, NRFD, NDAC 5条管理线：ATN, REN, IFC, SRQ, EOI 第四节 数字总线结构一、一、 数据线数据线 ：DIO8DIO1（双向异步传递两种多线消息拜特）器件消息（ /ATN=数据工作方式 ）：程控命令、测量数据、STB 接口消息（ ATN=命令工作方式 ）：通令、专令、地址、副令二、挂钩控制线二、挂钩控制线 （三线）SH（T/C）驱动：DAV线（ DAV =1） 数据有效 AH（L） 驱动：NRFD线（RFD=0）未准备好 NDAC线（DAC=0）未收到数据第四节 数字总线结构三、三、 接口管理线接口管理线： nATN线 ： ATN线。 ATN消息：区分“命令

11、”和“数据” 。 nREN线 ：远控使能线 。 REN消息nEOI线 ：结束识别线。EOI消息 n/ATN EOI = END。（以接口消息形式发送的器件消息结束符） nATNEOI = IDY。（控者进行并行查询-识别 ） nSRQ线 ：服务请求线。SRQ消息 。（类似于INT信号）。 nIFC线 ：接口清除线。IFC消息 。迫使所有器件接口停止母线上的活动，回到接口空闲状态。第五节 接口功能及其赋予器件的能力 接口功能（Interface Function）:器件与GPIB总线的一种交互作用。一、一、 五种基本接口功能五种基本接口功能： SH &AH. T & L. C 管

12、理和控制多线消息拜特双向，异步，正确传递的传递。 n1.源方SH和受方AH挂钩功能 n利用三条挂钩线实现三线连锁挂钩，保证DIO线上的多线消息在器件间准确的异步传递。 n2.T和L功能： 发送和接收DIO线上的器件数据。 第五节 接口功能及其赋予器件的能力n3.C功能： 赋予器件具有控制GPIB系统中器件数据流通的能力 n指派听者、讲者：决定器件数据流通方向； n发送通令和专令：实现器件清除、触发、查询等特殊接口操作；n识别母线上的服务请求、发起串行/并行查询 ；n控者转移：总线负责控者转移 ；n系统控者：（一个系统内只有一个）在任何时刻发出IFC、REN。控功能： 控者：配有C功能的GPIB

13、器件，“控制”系统母线及各器件的接口功能。 控制器：控制系统完成测试功能，处理测量数据，不必有C功能，但必须有 L、T、AH、SH功能。“控制”各器件的器件功能 第五节 接口功能及其赋予器件的能力二、五种辅助二、五种辅助接口功能接口功能 完成特殊的管理、控制交互作用n4.SR：服务请求从接口向负责控者提出，请求控者中断当前进行的工作来对该器件进行服务。每个独立的请求源都配有一个相应的SR功能。n5.PP：并行查询：以事先分派的一条DIO线在控者发起并行查询时送出PPR消息，通常配合SR功能。n6.DC：器件清除:响应控者发出的DCL通令或SDC专令 n7.DT:器件触发功能:响应负责控者发出的

14、GET专令 n8.RL：远控/本控切换:在两种输入操作控制信息之中选择其一的能力 第五节 接口功能及其赋予器件的能力三、器件接口功能配置与附加要求三、器件接口功能配置与附加要求n表2-3 最小GPIB接口功能集配置n必备的接口功能功能子集能力n源挂钩 SH1: 全部能力n受挂钩 AH1: 全部能力n讲 者 T5、T6、TE5或TE6: 基本讲、串行查询、若有MLA则不受命n听 者 L3、L4、LE3或LE4: 基本听、若有MTA则不受命n服务请求 SR1: 全部能力n器件清除 DC1: 全部能力n选择的接口功能功能子集能力n远控本控 RL0或RL1: 无能力或全部能力n并行查询 PP0或PP1

15、: 无能力或全部能力n器件触发 DT0或DT1: 无能力或全部能力n控者 C0或C4带C5、C7C9或C11: 无能力或响应SRQ和同步取控、发送接口 消息，选择控者转移和并行查询能力n电气接口 E1或E2: 集电极开路或三态门第六节 总线接口消息一、一、 GPIB GPIB消息分类及传递的途径消息分类及传递的途径 GPIB消息分类和传递的途径如图2-3和图2-5所示（参阅表2-1）。图2-5中由小圆圈内标示号码的信息流通途径，与表2-1所列相对应，现分别说明如下： GPIB消息(1)远地消息(4)状态铰链:接口功能之间逻辑关系。 (5)本地消息：器件功能接口功能 (2)接口消息 (3)器件消

16、息 第六节 总线接口消息BA图2-5 GPIB器件内的接口功能和消息传递途径的示意第六节 总线接口消息二、二、 接口消息编码接口消息编码 n 远地消息的名称和编码规定见附录A。作为GB1988或ASCII信息交换比特码的表示列于表2-4中。 多线接口消息又分三类：n（1）通令 称为通令群（UCG），DIO75为001: LLO 本地封锁 （LOCAL LOCKOUT）； DCL 器件清除 （DEVICE CLEAR）； PPU 并行查询组态不可能 （PARALLEL POLL UNCONFIGURE）； SPE 串行查询可能 （SERIAL POLL ENABLE）； SPD 串行查询不可能

17、（SERIAL POLL DISABLE）。 第六节 总线接口消息n（2）专令 称专令群（ACG），DIO75为000。有： GTL 进入本地 （GO TO LOCAL）； SDC 有选择的器件清除 （SELECTED DEVICE CLEAR）； PPC 并行查询组态 （PARALLEL POLL CONFIGURE）； GET 群执行触发 （GROUP EXECUT TRIGGER）； TCT 取得控制（TAKE CONTROL）。n(3)地址 ：类型编码助记符说明听地址(LAG)01XXXXXMLA0111111=UNL讲地址(TAG)10XXXXXMTA/ OTA1011111=UNT

18、副地址/副令(SCG)11XXXXX1111111=非副地址第六节 总线接口消息n（4）副地址/副令 副令群（SCG）:DIO76=11。n第一个拜特代表地址，相继的第二个拜特即为副地址；n第一个拜特代表命令（通令、专令），相继的第二个拜特即为副命令。规定了两条副命令： PPE 并行查询可能 PPD 并行查询不可能n（5）本地消息 它们都是单线消息，并用三个小写字母来作代名。标准中只规定了由器件功能发给本器件的接口功能的本地接口消息，列于表2-5。 第六节 总线接口消息 表表 2 - 5 序号序号 本地接口消息名称本地接口消息名称 代号代号 原原 文文 接口功能接口功能 1 进入准备进入准备

19、gts go to standby C 2 个别服务要求个别服务要求 ist indvidual service request PP 3 只听只听 (lon) listen only L ，LE 4 本地查询可能本地查询可能 (lpe) local poll enable PP 5 听听 ltn listen L, LE 6 本地不听本地不听 lun Local unlisten L, LE 7 新拜特资用新拜特资用 nba new byte available SH 8 电源接通电源接通 pon power on 各接口功能各接口功能 9 准备好接受下一个消息准备好接受下一个消息 rdy

20、ready for next data AH 10 要求并行查询要求并行查询 rpp request parallel poll C 11 要求系统控制要求系统控制 rsc request system control C 12 要求服务要求服务 rsv request service SR 13 返回本地返回本地 rtl return to local RL 14 发送接口清除发送接口清除 sic send interface clear C 15 发送远控可能发送远控可能 sre send remote enable C 16 采取异步控制采取异步控制 tca take control a

21、synchronously AH, C 17 采取同步控制采取同步控制 tcs take control synchronously C 18 只讲只讲 ton talk only TE, T 第七节 常见的总线操作序列推荐 一、一、 DIO线消息字节传递控制规程线消息字节传递控制规程 三线连锁挂钩过程就是DIO线上消息拜特传递基本控制规程。 三线连锁挂钩过程是发生在一个数据源方SH与多个数据受方AH之间。 源方 受方n驱动 DAV 信号 侦测DAV 信号n侦测 NRFD, NDAC 信号 驱动NRFD, NDAC 信号 图2-6 说明三线连锁挂钩过程模型SHAH1AH2TL1L2DIO开始D

22、AV=0;NRFD=0 & NDAC=0 ？在DIO线上设置延时以等待信号稳定错误NDAC=0？DAV=1;NRFD=0？DAV=0;还有数据？结束结束YN源方受方NNNY开始NRFD=1; NDAC=1;能否挂钩?准备好接收数据？NRFD=0;DAV=1？NRFD=1接收数据NDAC=0DAV=0？NDAC=1;NNNNYNDAC信号线停留于真态,直到全部受方都收到数据只有全部受方准备好后NRFD信号线才变高数据有效,可以接受此后数据无效图2-7 （a）三线连锁挂钩过程流程图2-7 （b）三线连锁挂钩时序 （3）DIODAVrfd1rfd2RFDdac1dac2DAC 结束符： EO

23、S = LFEND =（/ATN）（EOI）第七节 常见的总线操作序列推荐二、二、器件消息拜特的传递器件消息拜特的传递 EOI ATN DIO 工作方式备注工作方式备注 0 1UNL命令禁止一切听者 0 1LAD1命令指定一个或. . . . 多个听者 0 1LADK命令 0 1TAD命令指定唯一的讲者 0 0DAB1数据受命的讲者. . . . 传数给 0 0DABM-1数据受命的听者 1 0DABM数据数据传送结束第七节 常见的总线操作序列推荐三、服务请求与串行查询序列三、服务请求与串行查询序列 SRQn正常请求：测试结束n异常请求：命令语法出错、溢出，过载，失锁n 表2-7 推荐的状态拜

24、特（STB）码式逻辑值 DIO8 DIO7 DIO6 DIO5 DIO4 3 2 DIO1 1 扩展 RQS 失常 忙碌 0 不 / RQS 正常 准备好 负 责 控 者 器 件 的S R 功 能 器 件 的T 功 能 S R Q 发AT N 发U N L 发 控 者 自 身 的 听 地 址 发S P E 发 /AT N 接 收S T B 发AT N S T B中 的R Q S = 1 ？ 全 部 器 件查 完 服 务 发S P D 发U N T 发 器 件n 的 讲 地 址 N N N 串行查询 S P E ？ S P IS M TA A T N ？ A T N ？ S P D ？ 发 /S

25、 R Q 请 求 服 务 rs v ？ 发S R Q S P A S ？ S P M S T A D S 发 S T B S P A S S P A S N N N Y S P D N S P E T A D AT N S T B AT N S R Q S R Q 图2.8 服务请求与串行查询序列第七节 常见的总线操作序列推荐四、并行查询序列四、并行查询序列 n串行查询：器件主动，控者被动，慢在串行点名RQS n并行查询：器件被动，控者主动，快在并行PPR（ 1） 远远 地地 组组 态态 ATN DIO IDY（EOI） 说明 1 UNL 0 禁止一切器件听 1 LADI 0 令某器件受命听取

26、专令 1 PPC 0 令受命器件进入组态模式 1 PPEI 0 分配器件的 PPR 线 PPE=X110SP3P2P1 SPPR；P3P2P1DION 组态完？ 每次组态一个器件 第七节 常见的总线操作序列推荐n表2-8 并行查询响应PPRn及其对应的PPE的三位比特 PPRn DIO8 7 6 5 4 3 2 DIO 1 PPE P3 P2 P1 PPR1 1 0 0 0 PPR2 1 0 0 1 PPR3 1 0 1 0 PPR4 1 0 1 1 PPR5 1 1 0 0 PPR6 1 1 0 1 PPR7 1 1 1 0 PPR8 1 1 1 1第七节 常见的总线操作序列推荐nS比特的作

27、用:n (1) 如果在组态时规定了S1(“1”响应): 则当某一器件（例如组态为用PPR6应答的一个器件）有服务请求时（它的个人状态ist1），它就在DIO6线上发出一个1（低电平）来作为应答，既是发出PPR6；若不请求服务（ist0），则在DIO6上发出一个0（高电平），即是发出 /PPR6 。n (2) 如果在组态时规定了S0（“0”响应）: 则反之，当有服务请求时（ist1），就在指定的DIO6上发0，即发作应答；否则（ist0）就在PPR6上发1，既发PPR6作应答。n (3) 当器件数目多于八个时，可以由若干个器件共用一条指定的DIO线来应答: (a) 可以采取“或”操作方式，即是利

28、用S=l响应 ; (b) 可以采用“与”操作方式来应答，即是利用S0响应， 第七节 常见的总线操作序列推荐（ 2） 查查 询询 和和 响响 应应 ATN DIO IDY（EOI） 说明 1 PPR 1 IDY=ATNEOI 控者发出 IDY 进行并行查询，器件的 PP 功能用分派的 PPRN 来响应 （ 3） 解 组） 解 组 ATN DIO IDY（EOI） 说明 1 PPU 0 通令解组、适用于本地组态 和远地组态两种情况 1 LADI 0 1 PPC 0 1 PPD 0 解组完？ N PPC/PPD 专令对个别已被组态的器件解组，仅适于远地组态的器件 全体解组 个别解组 第七节 常见的总

29、线操作序列推荐五、负责控者转移的实现五、负责控者转移的实现n 负责控者转让 TCT 取控： 当前控者DIO下任控者 ATN 消息 ATN 1MTA (下任控者) 0 1TCT 0准备取控 0NUL 1成为控者 1. 系统控者发出IFC 收回控制权 第八节 接口功能的规定n分析接口功能、电气接口、总线连接器（机械接口）等接口要素的规约。一、一、 接口功能状态图接口功能状态图 每种规定的接口功能的规约是写成为状态图和输出消息表的形式，附以必要的文字说明。n(一) 用状态图描述接口功能规约 每一种接口功能由一组或多组互相联系而又互相排斥的状态（State）来规定。每一个接口功能的状态集合，称为该接口

30、功能的状态图（State diagram）。在状态图上用一个圆圈来表示一个状态，圆圈内用四个大写字母标出该状态的代名。例如，图2-10表示T功能的状态图，它包括二组状态。 第八节 接口功能的规定图2-10 T状态图第八节 接口功能的规定n互相排斥：在任意时刻，必须仅有一个状态在起作用 。n互相联系：从处于某一状态变到处于另一状态。 状态的变迁(Transitions)： 各状态之间的箭头：表示容许的变迁以及变迁的方向。 变迁表语：实现某一变迁所必需的条件，以逻辑表达式的形式 写在箭头旁边。 表语(Expression)：本地消息、远地消息或状态交链构成，用 逻辑运算子 、 、 来表达它们之间的

31、逻辑关系。 状态交链：表示本接口功能某组状态或其他接口功能状态变迁 对接口功能状态的影响 时间限制：表语中有时还规定变迁的最小Ti或最大ti时间限制条件。 输出消息表：列出了该功能处于每一状态时所必须输出的远地消息。T：主 动真值、F：主动假值，（T）：被动真值，（F）：被动假值。 第八节 接口功能的规定第八节 接口功能的规定n（二）接口功能状态图解析举例（二）接口功能状态图解析举例 T5子集为例解析子集为例解析T功能的状态图。功能的状态图。T5功能的状态图（如图功能的状态图（如图2-10） n 第一态：讲者空闲态（Talker Idle State），TIDS态。n 第二态：讲者受命态（Ta

32、lker Addressed State），TADS 态。n 第三态：讲者作用态（Talker Active State），TACS态。n 第四态：串行查询空闲态（Serial Poll Idle State）， SPIS态。 n 第五态：串行查询模式态（Serial Poll Mode State）， SPMS态。n 第六态：串行查询作用态（Serial Poll Active State）， SPAS态。n 输出的远地消息： NUL RQS END。 第八节 接口功能的规定 二、接口功能子集二、接口功能子集 一种接口功能按标准规定删去某些表语或状态后的剩余部分，就称该接口功能的一个子集。在

33、本书附录C中列出了各GPIB接口功能的所有子集。 接口功能子集代号标註在器件GPIB连接器下方，如图2-11所示。 SH1，AH1，T5，L3，SR1，DC2，PP0，DT1 ，RL1，C0，E1第八节 接口功能的规定 三、电气接口三、电气接口 电气相容联接 n （1）母线信号线上的消息逻辑 为TTL电平，负真逻辑。 0 1 2V 0.8V 第八节 接口功能的规定n（2）信号线驱动器 类型选择： 信号线信号线消息名消息名方式方式驱动源驱动源类型类型DIO线多线消息主动真单个E1/E2PPR主动真/被动假多个E1DAV线数据准备好主动真/主动假单个E1/E2ATN线注意IFC线接口清除REN线远控可能EOI线结束或识别SRQ线服务请求主动真/被动假多个E1NRFD未准备好接受数据 主动真/被动假NDAC线未受到数据主动真/被动假注：E1：集电极开路门；E