智能测试系统-第3章GPIB总线测试系统

第3章GPIB总线测试系统第3章GPIB总线测试系统教学内容GPIB特性GPIB结构GPIB接口功能GPIB测试系统组建方法

GPIB概述（GeneralPurposeInterfaceBus）是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪器控制应用而设计的。这套接口系统最初由美国HP公司提出，后被美国电气与电子工程师协会(IEEE)和国际电工委员会(IEC)接受为程控仪器和自动测控系统的标准接口，因此，也称IEEE488接口或IEC625接口，目前的协议是488.2。GPIB发展HP设计HP-IB196519751987199019921993HP-IB成为IEEE488IEEE488.1-1987IEEE488.2SCPI被引入IEEE488NI提出HS488StandardCommandsforProgrammableInstruments修订IEEE488.2信号源AFG310主控机DUT示波器GPIBGPIB总线应用描述3.1GPIB的基本特性①设备容量设备容量是指GPIB接口系统中仪器和计算机的总容量，通常可连接的仪器数目最多为15台；②传输距离互连电缆的传输路经总长不超过20m，或者装置数目与装置之间距离的乘积不超过20m；③数传速度最高可达1Mbyte/s；④地址容量GPIB标准规定采用5个比特位的编码来表示地址，地址容量为31个；⑤信息逻辑总线上信息逻辑采用负逻辑，规定：低电平（≦+0.8V）为逻辑“1”，高电平（≥+2.0V）为逻辑“0”；⑥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。3.2GPIB总线结构GPIB总线是一条24芯的无源电缆线，其中16条为信号线，其余用作逻辑地或外屏蔽。1.GPIB器件采用GPIB总线互连的仪器、设备是多种多样的，它们有的很复杂，像计算机、网络分析仪等，有的很简单，如开关器、衰减器等。但从测试系统组建的角度出发，它们都是系统中的一个逻辑单元，仅是测试功能不同而已；为了简单和统一起见，把这些复杂程度和功能能力不同的、执行IEEE488.2协议的各种设备统称为“GPIB器件”；简单的说，凡配备了GPIB接口的独立装置统称为器件。器件职能在GPIB系统中，不同的器件承担着不同的任务，行使不同的职能，这些职能可归纳为控者、讲者和听者职能。①控者职能控者是对系统进行控制的设备，具有控制整个系统协调工作的能力；②讲者职能讲者是通过接口发送各种数据和信息的设备；③听者职能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16条信号线按功能分为：8根双向8位数据线

3根数据挂钩联络线

5根接口管理控制线引脚分配对应关系：

10:SRQ11:ATN12:机壳地13~16:DIO5~DIO817:REN18~24:地1~4：DIO1~DIO45:EOI6:DAV7:NRFD8:NDAC9:IFC3.三线挂钩原理系统内部每传送一个字节信息都有一次三线联络的过程，其时序如图。4.总线电缆及电缆接头总线为24芯电缆:16条信号线，8根地址线，24芯簧片插头座。5.程控仪器的地址要实现程控，系统中每一台仪器都必须有一个地址，控者可以通过寻址方法指令谁为讲者，谁为听者；一台程控仪器可以被分配一个或多个听地址，当控者呼唤到该仪器的某个听地址时，仪器就被受命为听者；仪器还可以分配一个或多个讲地址，当控者寻址到该讲地址时，仪器就被受命为讲者。地址码的规定GPIB接口系统中寻址是用DIO7~DIO1进行的。其中DIO7，DIO6表示哪种类型地址，DIO5~DIO1则可组成31个器件讲地址，31个听地址和31个副地址（11111除外）。副地址跟在讲地址和听地址后面构成扩展地址，不能单独使用。程控仪器的地址设置其中用5只开关作为仪器地址的设置开关，它对应总线的DIO5~DIO1。开关“ON”时为逻辑1，“OFF”时为逻辑0。当GPIBON处在ON位置时，仪器处于远控工作方式。

3.3GPIB接口功能①听功能(L)：接收信号、数据；②讲功能(T)：发送信号、数据；③控功能(C)：通过微处理器发布各种命令；④源握手功能(SH)：为讲功能和控功能服务；⑤受握手功能(AH)：为听功能服务；⑥服务请求功能(SR)：量程溢出、震荡器停止等意外故障发生时，主动向控者提出请求，以进行相应处理；⑦并行点名功能(PP)：快速查询请求服务装置，速度快；⑧远地/本地功能(RL)：选择远地或本地工作方式；⑨器件触发功能(DT)：产生一个内部触发信号，以启动有关仪器功能进行工作；⑩器件清除功能(DC)：产生一个内部清除信号，使某仪器功能回到初始状态。3.4GPIB消息分类与性质消息：在GPIB接口系统中，在总线上传送的所有信息统称为消息；按消息的用途，消息可分为接口消息和器件消息；按消息传送路径的不同，消息可分为远地消息和本地消息。

器件消息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1.接口消息接口消息是用于实现并管理各种接口功能的控制、挂钩和命令等信息的总称。它只能被接口本身所接收和使用；单线消息：用专线传送的消息称为单线消息。它们是：ATN，IFC，REN，DAV，NDAC，NRFD，SRQ和EOI。

多线消息：用多条DIO线传送的消息称为多线消息。

多线接口消息多线接口消息有：通令指令副令地址四类它们都是系统中作为控者的设备发布的，用作对其他仪器设备的管理信息。（1）通令（UniversalCommand）通令：所有器件必需接收的命令。通令的7位骗码格式为：其中高三位恒为001，低四位表示不同通令的编码。（2）指令(AddressedCommand)指令：指定系统中一个或几个器件接收的命令。编码格式为：其中低四位表示不同的编码。（3）副令(SecondaryCommand)副令：在指令后紧跟着发出的补充命令，供指令指定的器件接收。有2条：

1）并行点名可能（ParallelPollEnable，PPE）

PPE副令是PPC命令的补充，其作用是使接口具体执行安排并行点名的消息。PPE的编码格式为：×110SP3P2P1

2）并行点名不可能（ParallelPolldisable，PPD）

PPD副令也是PPC命令的补充。PPC命令已使被寻址仪器安排并行点名，其后再补充副令PPD，则使已安排并行点名的仪器脱离并行点名工作方式，不参加这次点名活动。PPD编码格式为：×111×

×

×

×（4）地址(Address)地址：控者发出的器件的听地址或讲地址。三种：我的讲地址(MyTalkAddress,MTA)我的听地址(MyListenAddress,MLA)我的副地址(MySecondaryAddress,MSA)其编码格式为：2.器件消息器件消息：在仪器功能单元之间通过总线传送的消息，也称仪器消息或设备消息。它们只与仪器本身的功能有关，虽然也通过接口总线传递，但它穿越接口功能区，仅为器件功能所接收和使用。常见的器件消息有：①对器件的控制命令，如选择数字电压表的量程；②设置器件的工作状态，如忙、闲、准备等；③获取器件的测量结果数据，如获取测量结果、显示测量数据等。3.远地消息和本地消息远地消息：是指经过GPIB总线传递的消息。它可以是接口消息，也可以是器件消息。在GPIB接口系统中，远地消息用大写字母表示，如ATN（注意）、SRQ（服务请求）MLA（我的听地址），LLO（封锁本地）等。它仅在仪器设备内部传送，可以是测量、挂钩、数据传递、数据处理等消息。本地消息用小写字母表示，如rdy（准备好）、lon（只听）、ton（只讲）、pon（开机）等，它们不会进入总线。本地消息：是指一台仪器内部接口功能单元与仪器功能单元之间传递的消息。3.5GPIB接口设计PC总线BDIRBUSBUFBUSBUFBDIRBUSBUFDBABCB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IC专用集成电路：uPD7210MC68488TMS9914INTEL8291/8292/8293NAT9914以NI公司的NAT9914芯片为例作介绍。1.GPIB接口芯片NAT9914性能介绍

（1）与TMS9914的管脚兼容，与TMS9914，μPD7210控制功能的软件兼容，但增加了控制的灵活性，低功耗设计；（2）能实现GPIB的十大接口功能；（3）数据发送速率可编程（T1可选350ns，500ns，l.lμs和2μs）；（4）外部时钟可编程，最高可达20MHz；（5）自动处理IEEE488命令和未定义命令，满足IEEE488.2的附加要求和协议，包括具有总线监控，推荐的服务请求模式，无听者时不发送消息的工作模式；（6）TTL电平，和CMOS器件兼容；（7）软件可编程两种工作方式：7210模式和9914模式。2.NAT9914引脚功能面向微处理器的信号线共19条;面向GPIB总线的信号线共19条;TE：发送/接收控制线，控制数据传送方向。当TE为低电平时，NAT9914从GPIB总线上接收数据；当TE为高电平时，NAT9914向GPIB总线发送数据；TR：触发信号线/cont：控制总线管理信号，用于控制总线信号的传递方向。

3.NAT9914内部结构内部包含两大功能电路。一部分是面对GPIB总线的各种接口功能，包括讲、听、控等10种功能的电路以及各种命令译码器和缓冲器等。面向微处理器的电路是25个可寻址寄存器。如果按用途来分，NAT9914的内部寄存器可分为以下几类。数据类寄存器，如数据输入寄存器(DIR)中断类寄存器，如中断状态寄存器0

(ISR0)查询类寄存器，如串行查询模式寄存器(SPMR)地址类寄存器，如地址状态寄存器(ADSR)其它类型寄存器，如辅助命令寄存器(AUXCR)9914模式接口寄存器4.GPIB总线收/发器SN75160BN引脚图SN75162BN引脚图SN75160BN为数据总线的收发器件,SN75162BN为控制总线收发器。5.GPIB接口电路设计原理框图原理电路图GPIB接口卡应用3.6GPIB测试系统组建方法GPIB系统是通过GPIB总线将各GPIB设备相互连接起来而组成的，GPIB系统的测试任务则由GPIB控者通过执行测试程序来完成。测试程序是由GPIB系统的各种单线、多线消息，根据测试任务的具体要求编排而成。3.6.1GPIB测试系统的连接方式GPIB设备的串行连接GPIB设备的星型连接3.6.2GPIB测试系统的组建方法分析测试对象；明确测试任务；制定系统方案；选择GPIB仪器和控制器；系统连接、组装；测试软件的编制和调试；文件编写等。组建一个GPIB测试系统的基本步骤是:GPIB总线系统的组建方案

（1）无控者组建方案GPIB总线系统的组建方案（2）有控者组建方案3.6.3GPIB测试系统组建举例基于GPIB的直流电源测试系统

随着电子信息技术的发展，仪器设备广泛应用于各个领域。在这些仪器设备中，电源是不可缺少的一部分，而且所有的仪器设备要正常发挥其性能，都离不开稳定可靠的电源供给电能，所以电源的性能和品质将直接影响仪器设备的性能。因此，为了保证电源的性能和品质及其使用的可靠，就需要对电源的各项功能进行全面测试。

1.直流电源测试参数

(1)电压：置被测电源输出要求的电压值，加载电子负载，测量电子负载上的电压值。U1为电源输出电压值，U2为电子负载上测量的电压值。

(2)电流：置被测电源输出要求的电压值，加载恒流电子负载，使被检电源输出要求的电流值，测量电子负载上的电流值。I1为电源输出设置电流值，I2为电子负载上测量的电流值。

(3)负载调整率：是指被测电源输入电压Us（常为220V）不变时，负载电流I0变化引起的U0变化。U0为负载电流为额定值时的输出直流电压值，U01为空载时的输出直流电压值直流电源测试参数(4)电压调整率：是指被测电源负载不变（即负载电流I0不变）的条件下，交流电源电压变化±10%时，其输出直流电压变化的相对值。(6)效率：电源效率是指被测电源电能利用率，也就是电源从外部吸收功率与向负载输出功率两者之的比值。U0为Us=220V时的输出直流电压值，U01指Us变化±10%时的输出电压值

(5)纹波：纹波的定义是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，一般用杂波的峰-峰值来度量。为输入端的功率因数

2.测试系统的硬件组建

（1）NIPCI-GPIB控制接口卡

NIPCI-GPIB控制接口卡采用PCI总线技术，支持即插即用，支持Windows2000/XP等操作系统，与IEEE488.2完全的兼容性。（2）TDS220数字示波器

TDS220是泰克公司生产的带GPIB接口卡的数字示波器，带宽为100MHz，2通道，单通道最大采样率为1MSa/s，最大记录长度为2500pt/s。

（3）Agilent34401A数字多用表

Agilent34401A是带有GPIB与RS232标准接口的6位半数字多用表，电压侧量范围宽，可对输入电压进行等间隔采样。

（4）Agilent6545A程控直流电源

Agilent6545A单路输出电源可通过前面板或远地编程以模拟方式控制输出电压和电流，额定输出电压0~120V，额定输出电流0~1.5A，编程精度：电