第4章智能仪器通信接口

1、 4.1 GP-IB通用接口总线通用接口总线 4.2 GP-IB接口电路的设计接口电路的设计 4.3 串行通信总线串行通信总线 4.4 串行通信接口电路的设计串行通信接口电路的设计第第4章章 智能仪器通信接口智能仪器通信接口 第第4章章 智能仪器通信接口智能仪器通信接口 智能仪器一般都设置通信接口，以便能够实现程控，方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标准设计智能仪器的

2、通信接口电路。目前国际上采用按同一标准设计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的仪器标准接口有GP-IBGP-IB，CAMACCAMAC，RS232RS232，USBUSB等。等。 本章将对智能仪器普遍使用的本章将对智能仪器普遍使用的GP-IBGP-IB标准和最基本的串行标准和最基本的串行总线总线RS-232RS-232标准予以介绍。标准予以介绍。 4.1 GPIB通用接口总线通用接口总线识记：识记：GP-IB标准接口系统的基本特性、三标准接口系统的基本特性、三 线挂钩原理线挂钩原理理解：理解：GP-IB标准接口的总线结构标准接口的总线结构应用：应用：GP-IB标准接口系统的

3、运行标准接口系统的运行4.1 GP-IB通用接口总线通用接口总线 4.1.1 GP-IB 标准接口系统概述标准接口系统概述 GPIB即通用接口总线（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都配有GPIB标准接口。标准接口。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HP公司研制，称为公司研制，称为HP-IB标准。标准。 1975年年IEEE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IEEE488标准

4、予以推荐。标准予以推荐。1977年年IEC又通过国际合作命名为又通过国际合作命名为IEC625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HPIB，IEEE488，GPIB，IECIB等多种称谓，但日渐普遍使用的等多种称谓，但日渐普遍使用的名称是名称是GPIB。 4.1.1 GP-IB 标准接口系统概述标准接口系统概述 GP-IB标准标准包括接口与总线两部分：接口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

5、GP-IB总线连接起来的标准接口总线系统如图所示。 一、一、 GP-IB标准接口系统的基本特性标准接口系统的基本特性 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，要进行有效中，要进行有效的通信联络至少有的通信联络至少有“讲者讲者”、“听者听者”、“控者控者”三三类仪器装置。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（ 如测如测量仪器、数据采集器、计算机等），在一个量仪器、数据采集器、计算机等），在一个GP-IB系系统中，可以设置多个讲者，统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻，只能有一但在某一时刻，只能有一个讲者在起作用。个讲者在起作

6、用。 听者听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置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（如打印机、信号源等），在一个GP-IB系统中，可系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。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对其他设备进行寻址或允许“讲者讲者”使用总线等。控者使用总线等。控者通常由计算机担任，通常由计算机担任，GP-IB系统不允许有两个或两个以系统不允许有两个或两个以上的控者同时起作用。上的控者同时起作用。 控者、讲者、听者被称为系统功能

7、的三要素，对于控者、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。全部。GP-IBGP-IB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。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。动测试系统。 系统中装置的数目最多不超过系统中装置的数目最多不超过15台，互连总线的台，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）双数据传输采用并行比特

8、（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向异步传输方式，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。低电平（总线上传输的消息采用负逻辑。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。单字节地址：地址容量。单字节地址：31个讲地址，个讲地址，31个听地址；个听地址；双字节地址：双字节地址：961个讲地址，个讲地址，961个听地址。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。一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。 一、一、 GP-IB标准接口系统的基本特性标准

9、接口系统的基本特性 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：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。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。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

10、和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。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。接口消息和仪器消息的传递范围如图所示。 二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构 二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构 总线是一条总线是一条2424芯电缆，其中芯电缆，其中1616条为信号线，其余为地线及屏蔽条为信号线，其余为地线及屏蔽线。电缆两端是双列线。电缆两端是双列2424芯叠式结构插头。芯叠式结构插头。（1） 8条双向数据总

11、线条双向数据总线（DIO1DIO8）作用：传递仪器消息和大作用：传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、部分接口消息，包括数据、命令和地址。由于这一标准命令和地址。由于这一标准没有专门的地址总线和控制没有专门的地址总线和控制总线，因此必须用其余两组总线，因此必须用其余两组信号线来区分数据总线上信信号线来区分数据总线上信息的类型。息的类型。 二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构 1616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： （2） 3条数据挂钩联络条数据挂钩联络线（线（DAV，NRFD和和NDAC）作用：控制数据总线的作用：控制数据总线的时序，以保证数据

12、总线能正时序，以保证数据总线能正确、有节奏地传输信息，这确、有节奏地传输信息，这种传输技术称为三线挂钩技种传输技术称为三线挂钩技术。术。 二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构 1616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： 二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构 1616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： （3）5条接口管理控制线条接口管理控制线（ATN，IFC，REN，EOI和和SRQ）作用：控制作用：控制GPIB总线总线接口的状态接口的状态ATN （ATTENTION）注意线： 此线由控制者使用，用来指明数据

13、线上数据的类型。当ATN为1时，数据总线上的信息是由控制者发出的接口消息，这时，一切设备一、均要接收这些信息。当ANT为0时，数据总线上的信息是受命为讲者的设备发出的仪器消息，一切受命为听者的设备都必须听。IFC（INTERFACE CLEAR）接口清除线： 由控制者使用，当IFC为1时，整个接口系统恢复到初始状态。 REN（REMOTE ENABLE） 远程控制线： 由控制者使用，当REN为1时，仪器可能出于远程工作状态，从而封锁设备面板的手工操作。当REN为0时，仪器处于本地方式。 SRQ（SERVICE REQUEST）服务请求线： 所有设备都与这条“线或”在一起，任一设备将此线变为低态

14、(SRQ为1），即表示向控者提出服务请求，然后控者再通过依次查询确定提出请求的设备。 EOI（END OR IDENTIFY） 结束或识别线，与ATN配合使用，当EOI为1，ATN为0时，表示讲着已传递完一组数据，当EOI为1时，表示控者要进行识别操作，要求设备把他们的状态放在数据线上。二、二、 GPIB标准接口的总线结构标准接口的总线结构五条接口管理控制线的定义如下：五条接口管理控制线的定义如下： DAV（DATA VALID）数据有效线：数据有效线： 当数据线上出现有效的数据时，讲者置当数据线上出现有效的数据时，讲者置DAV线为低（负逻线为低（负逻辑），示意听者从数据线上接收数据。辑），示

15、意听者从数据线上接收数据。NRFD（NOT READY FOR DATA）数据未就绪线：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，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。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：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，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。就为低，示意讲者暂不要撤掉数据总线上的信息。 三、三、 三线挂钩原理三线挂

16、钩原理 在在GPGPIBIB系统中，每传递一个字节的数据信息，源方（讲者与系统中，每传递一个字节的数据信息，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。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：三条挂钩联络线的定义如下： 下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：假定地址假定地址已发送，听者已发送，听者和讲者均已受和讲者均已受命。三线挂钩命。三线挂钩过程如下：过程如下：（1） 听者使听者使NRFD呈高电平，表示已做好接收准备，总线上所呈高电平，表示已做好接收准备，总线上所有

17、听者是有听者是“线或线或”连接至连接至NRFD线上，因此只要有一个听者未做线上，因此只要有一个听者未做好准备，好准备，NRFD就呈低电平。就呈低电平。（2） 讲者发现讲者发现NRFD呈高电平后，就把数据放在呈高电平后，就把数据放在DIO线上，并线上，并令令DAV为低电平，表示为低电平，表示DIO线上的数据已经稳定且有效。线上的数据已经稳定且有效。下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：假定地址假定地址已发送，听者已发送，听者和讲者均已受和讲者均已受命。三线挂钩命。三线挂钩过程如下：过程如下：（3） 听者发现听者发现DAV线

18、呈低电平，就令线呈低电平，就令NRFD呈低电平，表示准呈低电平，表示准备接收数据。备接收数据。（4） 在接收数据的过程中，在接收数据的过程中，NDAC线一直保持低电平，直至每线一直保持低电平，直至每个听者都接收完数据，才上升为高电平。所有听者也是个听者都接收完数据，才上升为高电平。所有听者也是“线或线或”接到接到NDAC线上。线上。下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：下图为一个讲者与数个听者之间传递数据的三线挂钩简单时序：假定地址假定地址已发送，听者已发送，听者和讲者均已受和讲者均已受命。三线挂钩命。三线挂钩过程如下：过程如下：（5） 当讲者检出当讲者检出NDAC为高，就令

19、为高，就令DAV为高，表示总线上的数为高，表示总线上的数据不再有效。据不再有效。（6） 听者检出听者检出DAV为高电平，就令为高电平，就令NDAC再次变为低电平，再次变为低电平， 以以准备进行下一个循环过程。准备进行下一个循环过程。 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。上进行信息传递。 4.1.2 接口功能与接口消息接口功能与接口消息 一、一、 仪器功能与接口功能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：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

20、备的一、仪器设备本身，它产生该仪器装置所具备的仪器功能仪器功能；二、接口部分，它产生该仪器装置所需要的二、接口部分，它产生该仪器装置所需要的接口功能接口功能。仪器功能的任务仪器功能的任务：把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作，如调节：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。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：接口功能的任务：完成系统中各仪器设备之间的通讯，确保系统正常工完成系统中各仪

21、器设备之间的通讯，确保系统正常工作。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计必须遵照GPIB标准的各项有关规定，不能自行规定标准以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。外的任何新的接口功能。 4.1.2 接口功能与接口消息接口功能与接口消息 二、二、 接口功能的配置接口功能的配置 1、前述的、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）是一个自是一个自动测试系统中必不可少的三种最基本的功能。动测试系统中必不可少的三种最基本的功能。2、为使系统可靠进行三线

22、挂钩，又设置了、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）和和受者挂受者挂钩功能（钩功能（AH）。）。 源挂钩功能源挂钩功能为讲者功能和控者功能服务。它利用为讲者功能和控者功能服务。它利用DAV控制线向受者挂钩控制线向受者挂钩功能表示发送的数据是否有效；功能表示发送的数据是否有效； 受者挂钩功能受者挂钩功能主要为听者功能服务。它利用主要为听者功能服务。它利用NRFD和和NDAC控制线向源控制线向源挂钩功能表示是否已经接收到数据。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

23、准确可靠传输的能力。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，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。又增加了五种具有相应管理能力的接口功能。 GP GPIBIB标准把实现自动测量和控制所必须具有的全部逻标准把实现自动测量和控制所必须具有的全部逻辑功能概括为十种接口功能：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三、五种具有相应管理能力的接口功能服务请求功能（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。

24、并行点名功能（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（远控本控功能（RL）：）：选择远地和本地两个工作状态的能力。装置触发功能（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（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

25、程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；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一台信号源或打印机只需“听听”，所以通常只需配置，所以通常只需配置AH，L， R/L和和DT等接等接口功能。很显然，除了控者的其他所有装置都无需配置口功能。很显然，除了控者的其他所有装置都无需配置C功能。功能。 三、三、 接口消息及编码接口消息及编码 按用途来分按用途来分：总线上传递的消息可分为接口消息和仪器消：总线上传递的消息可分为接口消息和仪器消息两大类。息两大类。按传递的途

26、径来分按传递的途径来分：总线上传递的消息可分为本地消息和：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，如是接口消息，用三个大写英文字母表示，如MLA（我的听地（我的听地址）。址）。 本地消息是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息，本地消息是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息， 用用三个小写英文字母表示，如三个小写英文字母表示，如pon（电源开）。（电源开）。总线消息的分类：总线消息的分类：三、三、 接口消息及编码接口消息及编码 按使用信号线

27、的数目来分按使用信号线的数目来分：总线上传递的消息可又分为：总线上传递的消息可又分为单线消息和多线消息两种。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。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，例如通过一条信号线传输的消息称为单线消息，例如ATN，IFC等。等。 总线消息的分类：总线消息的分类：为确保接口的通用性，接口消息编码格式必须作出统一明为确保接口的通用性，接口消息编码格式必须作出统一明确的规定。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

28、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接口消息是通过DIO线来传输的消息，线来传输的消息， 需要统一编码。多线接需要统一编码。多线接口消息采用了口消息采用了7位编码，主要分为通令、位编码，主要分为通令、 指令、地址和副令指令、地址和副令（副地址）四类，如下表所示。（副地址）四类，如下表所示。 通令指由控者发出的命令，一切仪器装置都必须听从。通令指由控者发出的命令，一切仪器装置都必须听从。指令也由控者发出，但只有被指定的仪器装置才能听。指令也由控者发出，但只有被指定的仪器装置才能听。地址是对被寻址的仪器装置而言的。地址是对被寻址的仪器装置而言的。副令或副地址是对主令和主

29、地址的补充。副令或副地址是对主令和主地址的补充。4.1.3 GPIB 标准接口系统的运行标准接口系统的运行 以一个简单的自动测试系统来说明以一个简单的自动测试系统来说明GPIB标准接口系标准接口系统运行的大致过程。统运行的大致过程。 下图为一个用于数据采集的自动测试系统框图。下图为一个用于数据采集的自动测试系统框图。4.1.3 GPIB 标准接口系统的运行标准接口系统的运行 系统的测试任务是测试火箭上若干部位上的系统的测试任务是测试火箭上若干部位上的压力。数百个压力传感器安置在被测火箭的各压力。数百个压力传感器安置在被测火箭的各测试点上，在计算机的控制下，扫描器将顺序测试点上，在计算机的控制下

30、，扫描器将顺序采集到的传感器输出信号送往电桥，电桥将输采集到的传感器输出信号送往电桥，电桥将输出的模拟量送给数字电压表去测量，数字电压出的模拟量送给数字电压表去测量，数字电压表又将输出的数字量送给计算机处理，最后由表又将输出的数字量送给计算机处理，最后由打印机将处理后的结果打印出来。打印机将处理后的结果打印出来。 （2）控制器通过）控制器通过C功能发出功能发出IFC（接口清除线），使系统中所有（接口清除线），使系统中所有装置都处于初始状态。装置都处于初始状态。系统运行的大致工作流程如下：系统运行的大致工作流程如下：（1） 控制器通过控制器通过C功能发出功能发出REN（远程控制线），使系统中所（

31、远程控制线），使系统中所有装置都处于控者控制之下。有装置都处于控者控制之下。（6）控制器发出电桥的听地址，电桥接收寻址成为听者后，接）控制器发出电桥的听地址，电桥接收寻址成为听者后，接收选定传感器送来的数据。收选定传感器送来的数据。（3）控制器发出扫描器的听地址，扫描器接收寻址后成为听者。）控制器发出扫描器的听地址，扫描器接收寻址后成为听者。（4）控制器通过）控制器通过T功能向扫描器发命令，使扫描器选择一个指功能向扫描器发命令，使扫描器选择一个指定的传感器。定的传感器。（5）控制器发出通令）控制器发出通令UNL，取消扫描器的听受命状态。，取消扫描器的听受命状态。（7）控制器发出通令）控制器发出

32、通令UNL，取消电桥的听受命状态。，取消电桥的听受命状态。（8）控制器发出电桥的讲地址，使电桥成为讲者；又发出数字）控制器发出电桥的讲地址，使电桥成为讲者；又发出数字电压表的听地址，使数字电压表成为听者。于是数字电压表便测电压表的听地址，使数字电压表成为听者。于是数字电压表便测量电桥送来的测量信号。量电桥送来的测量信号。（9）控制器又发出通令）控制器又发出通令UNL，取消听受命状态。，取消听受命状态。（10）控制器发出数字电压表的讲地址，电桥讲者资格被自动）控制器发出数字电压表的讲地址，电桥讲者资格被自动取消，数字电压表成为讲者。取消，数字电压表成为讲者。（11）控制器使自己成为听者，于是数字

33、电压表的测量结果就送）控制器使自己成为听者，于是数字电压表的测量结果就送至计算机。至计算机。（13）打印机打印计算机送来的数据。）打印机打印计算机送来的数据。（12）计算机处理完测量数据后，作为控者清除接口，发出打）计算机处理完测量数据后，作为控者清除接口，发出打印机的听地址。印机的听地址。（14）打印机打印完数据后，控制器选择下一个压力传感器，）打印机打印完数据后，控制器选择下一个压力传感器，开始新的循环。开始新的循环。 4.2 GP- IB 接口电路的设计接口电路的设计（次重点）（次重点） 识记：识记：GP-IB接口芯片接口芯片理解：理解：智能仪器的智能仪器的GP-IB接口设计接口设计 4

34、.2 GP- IB 接口电路的设计接口电路的设计 4.2.1 GP- IB 接口芯片简介接口芯片简介 接口系统的设计归根到底是接口功能的实现问题。为了简化接接口系统的设计归根到底是接口功能的实现问题。为了简化接口设计，目前已有一些厂家成功地将口设计，目前已有一些厂家成功地将GP-IBGP-IB标准规定的全部接口功标准规定的全部接口功能制作在一块或两块大规模集成电路块上，使用很方便。通常使用能制作在一块或两块大规模集成电路块上，使用很方便。通常使用的接口芯片如下表所示。的接口芯片如下表所示。 4.2 GP- IB 接口电路的设计接口电路的设计 4.2.1 GP- IB 接口芯片简介接口芯片简介

35、这些芯片除这些芯片除96LS48896LS488以外，全部是可编程的，使用时必须以外，全部是可编程的，使用时必须置于微处理器总线上，用面向标准接口功能的驱动软件来管理置于微处理器总线上，用面向标准接口功能的驱动软件来管理它们的操作，另外还需要一些支持电路，如总线收发器等。它们的操作，另外还需要一些支持电路，如总线收发器等。（本章重点介绍（本章重点介绍Intel公司的接口芯片）公司的接口芯片）8291A具有用硬件具有用硬件实现除控者之外的其余实现除控者之外的其余全部全部9种标准接口功能；种标准接口功能；具有自动三线挂钩联络、具有自动三线挂钩联络、自动管理接口寻址等能自动管理接口寻址等能力，大大简

36、化了接口管力，大大简化了接口管理软件的设计。理软件的设计。 可访问寄存器由8个8位写寄存器和8个8位读寄存器组成，这些寄存器相互之间以及与接口功能和译码部件之间通过内部总线进行联系。对8291A的程控就是通过对这些寄存器组进行读写操作来完成的。例如，当8291被寻址为讲者时，就先将数据送到输出寄存器，然后。再进行挂钩操作，把数据送到接口母线上，以便控者进行读取。 一、一、 8291A接口芯片接口芯片 4.2.1 GP- IB 接口芯片简介接口芯片简介 面向微处理器总线的信号端：面向微处理器总线的信号端：D0D7：双向数据总线，RS0RS2：片内寄存器的选择码输入端，CS：片选输入端，RD，WR

37、 ：读、写选通输入端，INT：中断请求输出端，TRIG： 触发输出端，CLOCK： 时钟信号输入端，RESET： 复位信号输入端，DREQ，DACK ：DMA操作请求输出端、响应信号输入端等面向面向GPIB标准接口总线的信号端：标准接口总线的信号端：DIO1 DIO8 ：8位标准接口数据总线输入输出端，DAV ，NRFD ，NDAC ：挂钩控制总线信号的输入输出端，ATN，IFC，REN，SRQ，EOI： 为控制管理总线的输入输出端以及双向端口。上述信号端借助于收发器收发器，便能与标准接口系统有效地交换信息。8291A：40脚双列直插封装，引脚安排如图脚双列直插封装，引脚安排如图8292接口芯

38、片仅有控者功能，并且它必须接口芯片仅有控者功能，并且它必须与与8291联合使用。当两者一起使用时，可以组联合使用。当两者一起使用时，可以组合成具有全部十种接口功能的标准接口电路。合成具有全部十种接口功能的标准接口电路。8292实质上是一片实质上是一片8041单片机，片内单片机，片内ROM固化了一段专门的程序，使内部固化了一段专门的程序，使内部RAM作为作为专用寄存器组使用，专用寄存器组使用，IO端口用来提供总线的端口用来提供总线的各种控制信号及辅助信号，以便与各种控制信号及辅助信号，以便与8291A有机有机地沟通起来，完成控者的功能。地沟通起来，完成控者的功能。 二、二、 8292控者接口芯片

39、控者接口芯片 8292：40脚双列直插封装，引脚安排如图脚双列直插封装，引脚安排如图与微处理器相接的信号端主要有：与微处理器相接的信号端主要有：D0D7，CS，RD ，WR，RESET， A0等与与GPIB总线相接的信号端有：总线相接的信号端有：DAV（双向握手信号，IFC（接口清除信号输出端），TCI，SPI，OBFI， IBFI， SRQ，SRQ等为保证接入系统中每个仪器的接口为保证接入系统中每个仪器的接口对总线所具有的驱动能力都能符合特定对总线所具有的驱动能力都能符合特定的要求，接口芯片必须经总线收发器。的要求，接口芯片必须经总线收发器。8293总线收发器是专门为配合总线收发器是专门为配

40、合8291A，8292接口芯片而设计的。接口芯片而设计的。 三、三、 8293总线收发器总线收发器 8293内部包括内部包括9路收发通道和适路收发通道和适应不同工作模式的附加电路，应不同工作模式的附加电路， 每路的收每路的收发方向可由发方向可由TR来控制。接收时采来控制。接收时采用施密特电路以增强抗干扰能力，发送用施密特电路以增强抗干扰能力，发送时选用时选用OC方式或三态方式。方式或三态方式。8293可预可预置成四种模式之一。置成四种模式之一。4.2.2 智能仪器的智能仪器的 GP- IB 接口设计接口设计 单独使用8291就可以为智能仪器组成功能相当齐全的GP-IB接口。 右图示出了某智能L

41、CR测试仪的GP- IB接口原理图。仪器控制采用单片机8301， 接口电路选用8291接口芯片与四片母线收/发器MC3448相连构成。 GP-IB接口部分初始化程序流程图及接口部分初始化程序流程图及部分中断程序流程图部分中断程序流程图4.2.3 控制器的控制器的 GP-IB 接口设计接口设计 当8291与8292联合使用时，则可为一台微处理器系统组成GPIB控制器接口，其原理如图所示。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(IEC，ATN，REN，SRQ)，而余下的EOI总线则由双方分管： 4.3 串行通信总线串行通信总线 识记：识记：串行

42、通信协议串行通信协议 ，RS-232C总线标准总线标准理解：理解：串行通信的基本方式串行通信的基本方式 应用：应用：串行通信接口电路的设计与编程串行通信接口电路的设计与编程通常把计算机和外界的数据传送称为通常把计算机和外界的数据传送称为通信通信。通讯的基本方式有：通讯的基本方式有：并行通信、串行通信并行通信、串行通信4.3 串行通信总线串行通信总线 串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，串行通信是指将构成字符的每个二进制数据位，依照一定的顺序逐位进行传输的通信方式。依照一定的顺序逐位进行传输的通信方式。4.3.1 串行通信基本方式串行通信基本方式 计算机或智能仪器中处理的数据是并行数据，计

43、算机或智能仪器中处理的数据是并行数据，因此在串行通信的发送端，需要把并行数据转换成因此在串行通信的发送端，需要把并行数据转换成串行数据后再传输；而在接收端，又需要把串行数串行数据后再传输；而在接收端，又需要把串行数据转换成并行数据再处理。据转换成并行数据再处理。 数据的串并转换可以用软件和硬件两种方法来实现。硬数据的串并转换可以用软件和硬件两种方法来实现。硬件方法主要是使用了移位寄存器。在时钟控制下，移位寄存器件方法主要是使用了移位寄存器。在时钟控制下，移位寄存器中的二进制数据可以顺序地逐位发送出去；同样，在时钟控制中的二进制数据可以顺序地逐位发送出去；同样，在时钟控制下，接收进来的二进制数据

44、，也可以在移位寄存器中装配成并下，接收进来的二进制数据，也可以在移位寄存器中装配成并行的数据字节。行的数据字节。 根据时钟控制数据发送和接收的方式，串行通信分为同步根据时钟控制数据发送和接收的方式，串行通信分为同步通信和异步通信两种。这两种通信的示意图如下图所示。通信和异步通信两种。这两种通信的示意图如下图所示。 在同步通信中，为了使发送和接收保持一致，串行数在同步通信中，为了使发送和接收保持一致，串行数据在发送和接收两端使用的时钟应同步。通常，发送和接据在发送和接收两端使用的时钟应同步。通常，发送和接收移位寄存器的初始同步是使用一个同步字符来完成，当收移位寄存器的初始同步是使用一个同步字符来

45、完成，当一次串行数据的同步传输开始时，一次串行数据的同步传输开始时，发送寄存器送出的第一发送寄存器送出的第一个字符应该是一个双方约定的同步字符，个字符应该是一个双方约定的同步字符，接收器在时钟周接收器在时钟周期内识别该同步字符后，即与发送器同步，开始接收后续期内识别该同步字符后，即与发送器同步，开始接收后续的有效数据信息。的有效数据信息。 在异步通信中，只要求发送和接收两端的时钟频率在在异步通信中，只要求发送和接收两端的时钟频率在短期内保持同步。短期内保持同步。通信时发送端先送出一个初始定时位通信时发送端先送出一个初始定时位（称起始位），（称起始位），后面跟着具有一定格式的串行数据和停止后面跟

46、着具有一定格式的串行数据和停止位。接收端首先识别起始位，同步它的时钟，然后使用同位。接收端首先识别起始位，同步它的时钟，然后使用同步的时钟接收紧跟而来的数据位及停止位，停止位表示数步的时钟接收紧跟而来的数据位及停止位，停止位表示数据串的结束。一旦一个字符传输完毕，线路空闲。无论下据串的结束。一旦一个字符传输完毕，线路空闲。无论下一个字符在何时出现，它们将再重新进行同步。一个字符在何时出现，它们将再重新进行同步。 同步通信与异步通信相比较，同步通信与异步通信相比较，优点优点是传输速度是传输速度快。快。缺点缺点是：同步通信的实用性将取决于发送器和是：同步通信的实用性将取决于发送器和接收器保持同步的

47、能力，若在一次串行数据的传输接收器保持同步的能力，若在一次串行数据的传输过程中，接收器接收数据时，若由于某种原因（如过程中，接收器接收数据时，若由于某种原因（如噪声等）漏掉一位，则余下接收的数据都是不正确噪声等）漏掉一位，则余下接收的数据都是不正确的。的。 异步通信相对同步通信而言，传输数据的速度异步通信相对同步通信而言，传输数据的速度较慢，但若在一次串行数据传输的过程中出现错误，较慢，但若在一次串行数据传输的过程中出现错误，仅影响一个字节数据。目前，在微型计算机测量和仅影响一个字节数据。目前，在微型计算机测量和控制系统中，串行数据的传输大多使用异步通信方控制系统中，串行数据的传输大多使用异步

48、通信方式。式。4.3.2 串行通信协议串行通信协议 为了有效地进行通信，通信双方必须遵从统一的通信协议，为了有效地进行通信，通信双方必须遵从统一的通信协议，即采用统一的数据传输格式、相同的传输速率、相同的纠错方即采用统一的数据传输格式、相同的传输速率、相同的纠错方式等。式等。 异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传输，每个异步通信协议规定每个数据以相同的位串形式传输，每个串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，串行串行数据由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成，串行数据的位串格式如图数据的位串格式如图4-15所示，具体定义如下：所示，具体定义如下： 当通信线上没有数据传输时应处

49、于逻辑当通信线上没有数据传输时应处于逻辑1状态，表示线路状态，表示线路空闲。空闲。 当发送设备要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑当发送设备要发送一个字符数据时，先发出一个逻辑0信信号，占一位，这个逻辑低电平就是号，占一位，这个逻辑低电平就是起始位起始位。起始位的作用是协。起始位的作用是协调同步，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收调同步，接收设备检测到这个逻辑低电平后，就开始准备接收后续数据位信号。后续数据位信号。 奇偶校验位奇偶校验位用于进行有限差错检测，占一位。通信双方需用于进行有限差错检测，占一位。通信双方需约定一致的奇偶校验方式；如果约定奇校验，那么组成数据和约定一致的奇偶

50、校验方式；如果约定奇校验，那么组成数据和奇偶校验位的逻辑奇偶校验位的逻辑“1”的个数必须是奇数；如果约定偶校验，的个数必须是奇数；如果约定偶校验，那么逻辑那么逻辑“1”的个数必须是偶数。通常奇偶校验功能的电路已的个数必须是偶数。通常奇偶校验功能的电路已集成在通信控制器芯片中。集成在通信控制器芯片中。 数据位数据位信号的位数可以是信号的位数可以是5，6，7或或8位。一般为位。一般为7位位（ASCII码）或码）或8位。数据位从最低有效位开始逐位发送，依此位。数据位从最低有效位开始逐位发送，依此顺序地发送到接收端的移位寄存器中。并转换为并行的数据字顺序地发送到接收端的移位寄存器中。并转换为并行的数据

51、字符。符。 停止位停止位用于标志一个数据的传输完毕，一般用高电平，可用于标志一个数据的传输完毕，一般用高电平，可以是以是1位，位，1.5位或位或2位。当接收设备收到停止位之后，通信线路位。当接收设备收到停止位之后，通信线路就恢复到逻辑就恢复到逻辑1状态，直至下一个字符数据起始位到来。状态，直至下一个字符数据起始位到来。 在异步通信中，接收和发送双方必须保持相同的传输速率，在异步通信中，接收和发送双方必须保持相同的传输速率，这样才能保证线路上传输的所有位信号都保持一致的信号持续这样才能保证线路上传输的所有位信号都保持一致的信号持续时时间间。传输速率即波特率，它是以每秒传输的二进制位数来度。传输速

52、率即波特率，它是以每秒传输的二进制位数来度量的，单位为比特量的，单位为比特/秒（秒（b/s）。规定的波特率有）。规定的波特率有50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600和和19200b/s等几等几种。种。 总之，在异步串行通信中，通信双方必须持相同的传输波总之，在异步串行通信中，通信双方必须持相同的传输波特率，并以每个字符数据的起始位来进行同步。同时，数据格特率，并以每个字符数据的起始位来进行同步。同时，数据格式，即起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传式，即起始位、数据位、奇偶位和停止位的约定，在同一次传输过程中也要保持一致，这样才能保证成功

53、地进行数据传输。输过程中也要保持一致，这样才能保证成功地进行数据传输。4.3.3 RS-232C标准标准 RS-232C是美国电子工业协会（是美国电子工业协会（EIA）在）在1969年公布的数年公布的数据通信标准。据通信标准。RS是推荐标准（是推荐标准（Recommended Standard）的）的英文缩写，英文缩写，232C是标准号。是标准号。 RS-232C标准最初是为了把计算机通过电话网与远程终端标准最初是为了把计算机通过电话网与远程终端相连而设计的。计算机输出的逻辑信号不宜直接接到电话网中，相连而设计的。计算机输出的逻辑信号不宜直接接到电话网中，因而要先通过调制解调器（因而要先通过调

54、制解调器（Modem），把代表逻辑），把代表逻辑1和逻辑和逻辑0的的电平信号调制成音频信号，然后再在电话网中传输。同样，接电平信号调制成音频信号，然后再在电话网中传输。同样，接收端也需要通过调制解调器（收端也需要通过调制解调器（Modem）与电话网相接，以便把）与电话网相接，以便把不同的频率信号还原成逻辑信号，送到终端设备。不同的频率信号还原成逻辑信号，送到终端设备。4.3.3 RS-232C标准标准 该标准定义了数据终端设备（该标准定义了数据终端设备（DTE Data Terminal Equipment ）和数据通信设备（和数据通信设备（DCE Data Communication Equ

55、ipment ）之间的）之间的接口信号特性。其中接口信号特性。其中DTE也可以是计算机，也可以是计算机，DCE一般是指调制一般是指调制解调器（解调器（Modem）。其标准连接如图）。其标准连接如图4-16所示。所示。 RS-232CRS-232C标准采用标准采用2525针连接器，规定针连接器，规定DTEDTE应该配插应该配插头（带插针），头（带插针），DCEDCE应该配插座（不带插针）。在应该配插座（不带插针）。在2525针连接器中，有针连接器中，有2020个引脚与串行通信使用的信号相对个引脚与串行通信使用的信号相对应，在微型计算机通信中最常使用的是其中的应，在微型计算机通信中最常使用的是其中

56、的9 9个通个通信信号。这信信号。这9 9个通信信号分为两类：一类为基本数据个通信信号分为两类：一类为基本数据传输信号，另一类是调制解调器（传输信号，另一类是调制解调器（ModemModem）控制信号。）控制信号。基本数据传输信号有基本数据传输信号有TxD，RxD，GND： GND为地信号，对应引脚为地信号，对应引脚7，是其他引脚的参考，是其他引脚的参考电位信号。电位信号。 TxD (Transmitted Data)为发送数据信号，对应为发送数据信号，对应引引脚脚2。串行数据传输信号由该脚发出送上通信线路，在不传串行数据传输信号由该脚发出送上通信线路，在不传输数据时该脚为逻辑输数据时该脚为逻

57、辑1。 RxD (Received Data)为接收数据信号，对应为接收数据信号，对应引引脚脚3。来自通信线路的串行数据信号由该脚进入系统。来自通信线路的串行数据信号由该脚进入系统。 从计算机到从计算机到Modem的信号包括的信号包括DTR和和RTS两个两个: ModemModem控制信号又分为从计算机到控制信号又分为从计算机到ModemModem和从和从ModemModem到计算机两类控制信号。到计算机两类控制信号。 RTS (Request To Send)为请求发送信号，对应引脚为请求发送信号，对应引脚4，用于通知用于通知Modem计算机请求发送数据。计算机请求发送数据。 DTR ( D

58、ata Terminal Ready )为数据终端就绪信号，对为数据终端就绪信号，对应引脚应引脚20，用于通知，用于通知Modem计算机己准备好。计算机己准备好。 DSR (Data Set Ready)为数据装置就绪信号，对应引为数据装置就绪信号，对应引脚脚6，用于通知计算机与，用于通知计算机与Modem已准备好。已准备好。 从从Modem到计算机的信号包括：到计算机的信号包括：DSR，CTS，DCD和和RI四个：四个： DCD (Data Carrier Detection)为数据载波检测信号，对为数据载波检测信号，对应引脚应引脚8，用于通知计算机，用于通知计算机Modem已与电话线路连接

59、已与电话线路连接好。好。 CTS （Clear To Send）为允许发送信号，对应引脚为允许发送信号，对应引脚5，用于通知计算机与用于通知计算机与Modem可以接收传输数据。可以接收传输数据。 RI (Ring Indicator)为振铃指令信号，对应引脚为振铃指令信号，对应引脚22，通知计算机有来自电话网的信号。通知计算机有来自电话网的信号。25针针9针针简称简称各称（传输方向）各称（传输方向）功能功能11保护地保护地保护地保护地连外壳连外壳23TXD发送发送DTEDCEDTE发送串行数据端发送串行数据端32RXD接收接收DTEDCEDTE接受串行数据端接受串行数据端47RTS请求发送请求

60、发送DTEDCEDTE请求发送请求发送58CTS清除发送清除发送DTEDCEDCE已准备好接收（清除发送）已准备好接收（清除发送）66DSR数据设备就绪数据设备就绪DTEDCEDCE准备就绪准备就绪75SG信号地信号地信号接地端信号接地端81DCD数据载波检测数据载波检测DTEDCEDCE接收到远程载波信号接收到远程载波信号204DTR终端就绪终端就绪DTEDCEDTE准备就绪准备就绪229RI振铃指示振铃指示DTEDCEDCE与线路接通，出现振铃与线路接通，出现振铃表表RS-232C信号定义信号定义 在实际的短距离单片机与单片机之间、微型计算机及微在实际的短距离单片机与单片机之间、微型计算机