第四章智能儀器通信接口第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.1GPIB通用接口總線4.1.1GP-IB標準接口系統(tǒng)概述GP－IB即通用接口總線（GeneralPurposeInterfaceBus）是國際通用的儀器接口標準。目前生產(chǎn)的智能儀器幾乎無例外地都配有GP－IB標準接口。國際通用的儀器接口標準最初由美國HP公司研制，稱為HP-IB標準。1975年IEEE在此基礎(chǔ)上加以改進，將其規(guī)范化為IEEE－488標準予以推薦。1977年IEC又通過國際合作命名為IEC－625國際標準。此后，這同一標準便在文獻資料中使用了HP－IB，IEEE－488，GP－IB，IEC－IB等多種稱謂，但日漸普遍使用的名稱是GP－IB。

第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.1.1GP-IB標準接口系統(tǒng)概述

GP-IB標準包括接口與總線兩部分：接口部分是由各種邏輯電路組成，與各儀器裝置安裝在一起，用于對傳輸?shù)男畔⑦M行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分是一條無源的多芯電纜，用做傳輸各種消息。將具有GP-IB接口的儀器用GP-IB總線連接起來的標準接口總線系統(tǒng)如圖所示。一、GP-IB標準接口系統(tǒng)的基本特性第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

在一個GP-IB標準接口總線系統(tǒng)中，要進行有效的通信聯(lián)絡(luò)至少有“講者”、“聽者”、“控者”三類儀器裝置。

講者是通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置（如測量儀器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等），在一個GP-IB系統(tǒng)中，可以設(shè)置多個講者，但在某一時刻，只能有一個講者在起作用。

聽者是通過總線接收由講者發(fā)出消息的裝置（如打印機、信號源等），在一個GP-IB系統(tǒng)中，可以設(shè)置多個聽者，并且允許多個聽者同時工作。

控者是數(shù)據(jù)傳輸過程中的組織者和控制者，例如對其他設(shè)備進行尋址或允許“講者”使用總線等。控者通常由計算機擔(dān)任，GPIB系統(tǒng)不允許有兩個或兩個以上的控者同時起作用。一、GP-IB標準接口系統(tǒng)的基本特性控者、講者、聽者被稱為系統(tǒng)功能的三要素，對于系統(tǒng)中的某一臺裝置可以具有三要素中的一個、兩個或全部。GP-IB系統(tǒng)中的計算機一般同時兼有講者、聽者與控者的功能。第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（1）可以用一條總線互相連接若干臺裝置，以組成一個自動測試系統(tǒng)。系統(tǒng)中裝置的數(shù)目最多不超過15臺，互連總線的長度不超過20m。（2）數(shù)據(jù)傳輸采用并行比特（位）、串行字節(jié)（位組）雙向異步傳輸方式，其最大傳輸速率不超過1兆字節(jié)每秒。（3）總線上傳輸?shù)南⒉捎秘撨壿?。低電平（≤?.8V）為邏輯“1”，高電平（≥＋2.0V）為邏輯“0”。（4）地址容量。單字節(jié)地址：31個講地址，31個聽地址；雙字節(jié)地址：961個講地址，961個聽地址。（5）一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場。一、GP-IB標準接口系統(tǒng)的基本特性GP-IB標準接口系統(tǒng)的基本特性如下：第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五總線上傳遞的各種信息通稱為消息。帶標準接口的智能儀器按功能可分為儀器功能和接口功能兩部分，所以消息也有儀器消息和接口消息之分。所謂接口消息是指用于管理接口部分完成各種接口功能的信息，它由控者發(fā)出而只被接口部分所接收和使用。儀器消息是與儀器自身工作密切相關(guān)的信息，它只被儀器部分所接收和使用，雖然儀器消息通過接口功能進行傳遞，但它不改變接口功能的狀態(tài)。接口消息和儀器消息的傳遞范圍如圖所示。

二、GP－IB標準接口的總線結(jié)構(gòu)

第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

二、GP－IB標準接口的總線結(jié)構(gòu)

總線是一條24芯電纜，其中16條為信號線，其余為地線及屏蔽線。電纜兩端是雙列24芯疊式結(jié)構(gòu)插頭。第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

（1）8條雙向數(shù)據(jù)總線（DIO1～DIO8）作用：傳遞儀器消息和大部分接口消息，包括數(shù)據(jù)、命令和地址。由于這一標準沒有專門的地址總線和控制總線，因此必須用其余兩組信號線來區(qū)分數(shù)據(jù)總線上信息的類型。

（2）3條數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線（DAV，NRFD和NDAC）作用：控制數(shù)據(jù)總線的時序，以保證數(shù)據(jù)總線能正確、有節(jié)奏地傳輸信息，這種傳輸技術(shù)稱為三線掛鉤技術(shù)。

（3）5條接口管理控制線（ATN，IFC，REN，EOI和SRQ）作用：控制GP－IB總線接口的狀態(tài)

二、GP－IB標準接口的總線結(jié)構(gòu)

16條信號線按功能可分為以下三組：第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

DAV（DATAVALID）數(shù)據(jù)有效線：當(dāng)數(shù)據(jù)線上出現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)時，講者置DAV線為低（負邏輯），示意聽者從數(shù)據(jù)線上接收數(shù)據(jù)。

NRFD（NOTREADYFORDATA）數(shù)據(jù)未就緒線：只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未準備好接收數(shù)據(jù)，NRFD線就為低，示意講者暫不要發(fā)出信息。

NDAC（NOTDATAACCEPTED）數(shù)據(jù)未收到線：只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未從數(shù)據(jù)總線上接收完數(shù)據(jù)，NDAC就為低，示意講者暫不要撤掉數(shù)據(jù)總線上的信息。三、三線掛鉤原理在GP－IB系統(tǒng)中，每傳遞一個字節(jié)的數(shù)據(jù)信息，源方（講者與控者）與受方（聽者）之間都要進行一次三線掛鉤過程。三條掛鉤聯(lián)絡(luò)線的定義如下：第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五（1）聽者使NRFD呈高電平，表示已做好接收準備，總線上所有聽者是“線或”連接至NRFD線上，因此只要有一個聽者未做好準備，NRFD就呈低電平。（2）講者發(fā)現(xiàn)NRFD呈高電平后，就把數(shù)據(jù)放在DIO線上，并令DAV為低電平，表示DIO線上的數(shù)據(jù)已經(jīng)穩(wěn)定且有效。（3）聽者發(fā)現(xiàn)DAV線呈低電平，就令NRFD呈低電平，表示準備接收數(shù)據(jù)。（4）在接收數(shù)據(jù)的過程中，NDAC線一直保持低電平，直至每個聽者都接收完數(shù)據(jù)，才上升為高電平。所有聽者也是“線或”接到NDAC線上。（5）當(dāng)講者檢出NDAC為高，就令DAV為高，表示總線上的數(shù)據(jù)不再有效。（6）聽者檢出DAV為高電平，就令NDAC再次變?yōu)榈碗娖?，以準備進行下一個循環(huán)過程。假定地址已發(fā)送，聽者和講者均已受命。三線掛鉤過程如下：顯然，三線掛鉤技術(shù)可以協(xié)調(diào)快慢不同的設(shè)備可靠地在總線上進行信息傳遞。第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.1.2接口功能與接口消息一、儀器功能與接口功能自動測試系統(tǒng)中的任何一個儀器裝置都分為兩部分：一、儀器設(shè)備本身，它產(chǎn)生該儀器裝置所具備的儀器功能；二、接口部分，它產(chǎn)生該儀器裝置所需要的接口功能。

儀器功能的任務(wù)：把收到的控制信息變成儀器設(shè)備的實際動作，如調(diào)節(jié)頻率、調(diào)節(jié)信號電平、改變儀器的工作方式等等，這與常規(guī)儀器設(shè)備的功能基本相同，不同測量儀器的儀器功能存在很大差異。接口功能的任務(wù)：完成系統(tǒng)中各儀器設(shè)備之間的通訊，確保系統(tǒng)正常工作。

為保證接口系統(tǒng)的標準化和相容性，各儀器設(shè)備接口的設(shè)計必須遵照GP－IB標準的各項有關(guān)規(guī)定，不能自行規(guī)定標準以外的任何新的接口功能。

第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.1.2接口功能與接口消息二、接口功能的配置

一、前述的控者功能（C）、講者功能（T）和聽者功能（L）是一個自動測試系統(tǒng)中必不可少的三種最基本的功能。二、為使系統(tǒng)可靠進行三線掛鉤，又設(shè)置了源掛鉤功能（SH）和受者掛鉤功能（AH）。源掛鉤功能為講者功能和控者功能服務(wù)，它利用DAV控制線向受者掛鉤功能表示發(fā)送的數(shù)據(jù)是否有效；受者掛鉤功能主要為聽者功能服務(wù)。它利用NRFD和NDAC控制線向源掛鉤功能表示是否已經(jīng)接收到數(shù)據(jù)。以上五種基本接口功能為系統(tǒng)提供了在正常工作期間使數(shù)據(jù)準確可靠傳輸?shù)哪芰Α５珒H此還是不夠的，為了處理測試過程中可能遇到的各種問題，GP－IB又增加了五種具有相應(yīng)管理能力的接口功能。GP－IB標準把全部邏輯功能概括為十種接口功能：第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、五種具有相應(yīng)管理能力的接口功能。

服務(wù)請求功能（SR）：當(dāng)系統(tǒng)中某一裝置在運行時遇到某些情況時（例如測量已完畢、出現(xiàn)故障等），能向系統(tǒng)控者提出服務(wù)請求的能力。

并行點名功能（PP）：系統(tǒng)控者為快速查詢請求服務(wù)裝置而設(shè)置的并行點名能力。只有配備PP功能的裝置才能對控者的并行點名做出響應(yīng)。

遠控本控功能（R／L）：選擇遠地和本地兩個工作狀態(tài)的能力。

裝置觸發(fā)功能（DT）：使裝置能從總線接收到觸發(fā)信息，以便進行觸發(fā)操作。在一些要進行觸發(fā)操作或同步操作裝置的接口中，必須設(shè)置DT功能。

裝置清除功能（DC）：能使儀器裝置接收清除信息并返回到初始狀態(tài)。系統(tǒng)控者通過總線命令使那些配置有DC功能的裝置同時或有選擇地被清除而回到初始狀態(tài)。并非每臺裝置都必須具有十種接口功能。例如一臺數(shù)字電壓表要接收程控命令，也發(fā)送測量數(shù)據(jù)，因而一般應(yīng)配置除控者之外的其他的九種功能；一臺信號源或打印機只需“聽”，所以通常只需配置AH，L，R/L和DT等接口功能。很顯然，除了控者的其他所有裝置都無需配置C功能。第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五三、接口消息及編碼按用途來分，總線上傳遞的消息可分為接口消息和儀器消息兩大類。按傳遞的途徑來分，總線上傳遞的消息可分為本地消息和遠地消息兩種。遠地消息是經(jīng)總線傳遞的消息，它可以是儀器消息也可以是接口消息，用三個大寫英文字母表示，如MLA（我的聽地址）。本地消息是由儀器本身產(chǎn)生并在儀器內(nèi)部傳遞的消息，用三個小寫英文字母表示，如pon（電源開）。按使用信號線的數(shù)目來分，總線上傳遞的消息可又分為單線消息和多線消息兩種。用兩條或兩條以上信號線傳遞的消息稱多線消息，例如各種通令、指令、地址數(shù)據(jù)等。通過一條信號線傳輸?shù)南⒎Q為單線消息，例如ATN，IFC等?？偩€消息的分類：第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五為確保接口的通用性，接口消息編碼格式必須作出統(tǒng)一明確的規(guī)定。單線接口消息通過一條信號線傳輸消息，無需編碼。多線接口消息是通過DIO線來傳輸?shù)南ⅲ枰y(tǒng)一編碼。多線接口消息采用了7位編碼，主要分為通令、指令地址和副令(副地址)四類，如表4－1所示。第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.1.3GP－IB標準接口系統(tǒng)的運行圖4－4為一個用于數(shù)據(jù)采集的自動測試系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)的測試任務(wù)是測試火箭上若干部位上的壓力。數(shù)百個壓力傳感器安置在被測火箭的各測試點上，在計算機的控制下，掃描器將順序采集到的傳感器輸出信號送往電橋，電橋?qū)⑤敵龅哪M量送給數(shù)字電壓表去測量，數(shù)字電壓表又將輸出的數(shù)字量送給計算機處理，最后由打印機將處理后的結(jié)果打印出來。第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五(1)控制器通過C功能發(fā)出REN，使系統(tǒng)中所有裝置都處于控者控制之下。(2)控制器通過C功能發(fā)出IFC，使系統(tǒng)中所有裝置都處于初始狀態(tài)。(3)控制器發(fā)出掃描器的聽地址，掃描器接收尋址后成為聽者。(4)控制器通過T功能向掃描器發(fā)命令，使掃描器選擇一個指定的傳感器。(5)控制器發(fā)出通令UNL，取消掃描器的聽受命狀態(tài)。(6)控制器發(fā)出電橋的聽地址，電橋接收尋址成為聽者后，接收選定傳感器送來的數(shù)據(jù)。(7)控制器發(fā)出通令UNL，取消電橋的聽受命狀態(tài)。(8)控制器發(fā)出電橋的講地址，使電橋成為講者；又發(fā)出數(shù)字電壓表的聽地址，使數(shù)字電壓表成為聽者。于是數(shù)字電壓表便測量電橋送來的測量信號。(9)控制器又發(fā)出通令UNL，取消聽受命狀態(tài)。(10)控制器發(fā)出數(shù)字電壓表的講地址，電橋講者資格被自動取消，數(shù)字電壓表成為講者。(11)控制器使自己成為聽者，于是數(shù)字電壓表的測量結(jié)果就送至計算機。(12)計算機處理完測量數(shù)據(jù)后，作為控者清除接口，發(fā)出打印機的聽地址。(13)打印機打印計算機送來的數(shù)據(jù)。(14)打印機打印完數(shù)據(jù)后，控制器選擇下一個壓力傳感器，開始新的循環(huán)。系統(tǒng)運行的大致工作流程如下：第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五4.2GP-IB接口電路的設(shè)計4.2.1GP-IB接口芯片簡介接口系統(tǒng)的設(shè)計歸根到底是接口功能的實現(xiàn)問題。為了簡化接口設(shè)計，目前已有一些廠家成功地將GP-IB標準規(guī)定的全部接口功能制作在一塊或兩塊大規(guī)模集成電路塊上，使用很方便。通常使用的接口芯片如表4-2所示。（本章重點介紹Intel公司的接口芯片）第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五8291A具有用硬件實現(xiàn)除控者之外的其余全部9種標準接口功能；具有自動三線掛鉤聯(lián)絡(luò)、自動管理接口尋址等能力，大大簡化了接口管理軟件的設(shè)計。由8個8位寫寄存器和8個8位讀寄存器組成，這些寄存器相互之間以及與接口功能和譯碼部件之間通過內(nèi)部總線進行聯(lián)系。對8291A的程控就是通過對這些寄存器組進行讀／寫操作來完成的。例如，當(dāng)8291被尋址為講者時，就先將數(shù)據(jù)送到輸出寄存器，然后。再進行掛鉤操作，把數(shù)據(jù)送到接口母線上，以便控者進行讀取。一、8291A接口芯片4.2.1GP-IB接口芯片簡介第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五

面向微處理器總線的信號端：D0～D7：雙向數(shù)據(jù)總線，RS0～RS2：片內(nèi)寄存器的選擇碼輸入端，CS：片選輸入端，RD，WR：讀、寫選通輸入端，INT：中斷請求輸出端，TRIG：觸發(fā)輸出端，CLOCK：時鐘信號輸入端，RESET：復(fù)位信號輸入端，DREQ，DACK：DMA操作請求輸出端、響應(yīng)信號輸入端等

面向GP－IB標準接口總線的信號端：DIO1～DIO8：8位標準接口數(shù)據(jù)總線輸入／輸出端，DAV，NRFD，NDAC：掛鉤控制總線信號的輸入／輸出端，ATN，IFC，REN，SRQ，EOI：為控制管理總線的輸入／輸出端以及雙向端口。上述信號端借助于收／發(fā)器，便能與標準接口系統(tǒng)有效地交換信息。8291A：40腳雙列直插封裝，引腳安排如圖第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五8292接口芯片僅有控者功能，并且它必須與8291聯(lián)合使用。當(dāng)兩者一起使用時，可以組合成具有全部十種接口功能的標準接口電路。8292實質(zhì)上是一片8041單片機，片內(nèi)ROM固化了一段專門的程序，使內(nèi)部RAM作為專用寄存器組使用，I／O端口用來提供總線的各種控制信號及輔助信號，以便與8291A有機地溝通起來，完成控者的功能。二、8292控者接口芯片

8292：40腳雙列直插封裝，引腳安排如圖

與微處理器相接的信號端主要有：D0～D7，CS，RD，WR，RESET，A0等

與GP－IB總線相接的信號端有：DAV（雙向握手信號，IFC（接口清除信號輸出端），TCI，SPI，OBFI，IBFI，SRQ，SRQ等第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期五為保證接入系統(tǒng)中每個儀器的接口對總線所具有的驅(qū)動能力都能符合特定的要求，接口芯片必須經(jīng)總線收／發(fā)器。8293總線收／發(fā)