第4章智能儀器通信接口

1、 4.1 GP-IB通用接口總線通用接口總線 4.2 GP-IB接口電路的設計接口電路的設計 4.3 串行通信總線串行通信總線 4.4 串行通信接口電路的設計串行通信接口電路的設計第第4章章 智能儀器通信接口智能儀器通信接口 第第4章章 智能儀器通信接口智能儀器通信接口 智能儀器一般都設置通信接口，以便能夠實現程控，方智能儀器一般都設置通信接口，以便能夠實現程控，方便用戶構成自動測試系統。為了使不同廠家生產的任何型號便用戶構成自動測試系統。為了使不同廠家生產的任何型號的儀器都可以直接用一條無源電纜連接起來，世界各國都在的儀器都可以直接用一條無源電纜連接起來，世界各國都在按同一標準設計智能儀器的

2、通信接口電路。目前國際上采用按同一標準設計智能儀器的通信接口電路。目前國際上采用的儀器標準接口有的儀器標準接口有GP-IBGP-IB，CAMACCAMAC，RS232RS232，USBUSB等。等。 本章將對智能儀器普遍使用的本章將對智能儀器普遍使用的GP-IBGP-IB標準和最基本的串行標準和最基本的串行總線總線RS-232RS-232標準予以介紹。標準予以介紹。 4.1 GPIB通用接口總線通用接口總線識記：識記：GP-IB標準接口系統的基本特性、三標準接口系統的基本特性、三 線掛鉤原理線掛鉤原理理解：理解：GP-IB標準接口的總線結構標準接口的總線結構應用：應用：GP-IB標準接口系統的

3、運行標準接口系統的運行4.1 GP-IB通用接口總線通用接口總線 4.1.1 GP-IB 標準接口系統概述標準接口系統概述 GPIB即通用接口總線（即通用接口總線（General Purpose Interface Bus） 是國際通用的儀器接口標準。目前生產的智能儀器幾乎無例外地是國際通用的儀器接口標準。目前生產的智能儀器幾乎無例外地都配有都配有GPIB標準接口。標準接口。國際通用的儀器接口標準最初由美國國際通用的儀器接口標準最初由美國HP公司研制，稱為公司研制，稱為HP-IB標準。標準。 1975年年IEEE在此基礎上加以改進，將其規(guī)范化為在此基礎上加以改進，將其規(guī)范化為IEEE488標準

4、予以推薦。標準予以推薦。1977年年IEC又通過國際合作命名為又通過國際合作命名為IEC625國際標準。此后，這同一標準便在文獻資料中使用了國際標準。此后，這同一標準便在文獻資料中使用了HPIB，IEEE488，GPIB，IECIB等多種稱謂，但日漸普遍使用的等多種稱謂，但日漸普遍使用的名稱是名稱是GPIB。 4.1.1 GP-IB 標準接口系統概述標準接口系統概述 GP-IB標準標準包括接口與總線兩部分：接口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，用于對傳輸的信息進行發(fā)送、接收、編碼和譯碼；總線部分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

5、GP-IB總線連接起來的標準接口總線系統如圖所示。 一、一、 GP-IB標準接口系統的基本特性標準接口系統的基本特性 在一個在一個GP-IB標準接口總線系統標準接口總線系統中，要進行有效中，要進行有效的通信聯絡至少有的通信聯絡至少有“講者講者”、“聽者聽者”、“控者控者”三三類儀器裝置。類儀器裝置。 講者講者是通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置（是通過總線發(fā)送儀器消息的儀器裝置（ 如測如測量儀器、數據采集器、計算機等），在一個量儀器、數據采集器、計算機等），在一個GP-IB系系統中，可以設置多個講者，統中，可以設置多個講者， 但在某一時刻，只能有一但在某一時刻，只能有一個講者在起作用。個講者在起作

6、用。 聽者聽者是通過總線接收由講者發(fā)出消息的裝置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（如打印機、信號源等），在一個GP-IB系統中，可系統中，可以設置多個聽者，并且允許多個聽者同時工作。以設置多個聽者，并且允許多個聽者同時工作。 控者控者是數據傳輸過程中的組織者和控制者，例如是數據傳輸過程中的組織者和控制者，例如對其他設備進行尋址或允許對其他設備進行尋址或允許“講者講者”使用總線等?？卣呤褂每偩€等。控者通常由計算機擔任，通常由計算機擔任，GP-IB系統不允許有兩個或兩個以系統不允許有兩個或兩個以上的控者同時起作用。上的控者同時起作用。 控者、講者、聽者被稱為系統功能

7、的三要素，對于控者、講者、聽者被稱為系統功能的三要素，對于系統中的某一臺裝置可以具有三要素中的一個、兩個或系統中的某一臺裝置可以具有三要素中的一個、兩個或全部。全部。GP-IBGP-IB系統中的計算機一般同時兼有講者、聽者與系統中的計算機一般同時兼有講者、聽者與控者的功能?？卣叩墓δ?。 （1） 可以用一條總線互相連接若干臺裝置，以組成一個自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。動測試系統。 系統中裝置的數目最多不超過系統中裝置的數目最多不超過15臺，互連總線的臺，互連總線的長度不超過長度不超過20m。（2） 數據傳輸采用并行比特（位）、串行字節(jié)（位組）雙數據傳輸采用并行比特

8、（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向異步傳輸方式，其最大傳輸速率不超過1兆字節(jié)每秒。兆字節(jié)每秒。（3） 總線上傳輸的消息采用負邏輯。低電平（總線上傳輸的消息采用負邏輯。低電平（0.8V）為邏輯為邏輯“1”，高電平（，高電平（2.0V）為邏輯）為邏輯“0”。（4） 地址容量。單字節(jié)地址：地址容量。單字節(jié)地址：31個講地址，個講地址，31個聽地址；個聽地址；雙字節(jié)地址：雙字節(jié)地址：961個講地址，個講地址，961個聽地址。個聽地址。（5） 一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產現場。一般適用于電氣干擾輕微的實驗室和生產現場。 一、一、 GP-IB標準接口系統的基本特性標準

9、接口系統的基本特性 GP-IBGP-IB標準接口系統的基本特性如下：標準接口系統的基本特性如下：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。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。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的信息，它只被儀器部分所接收

10、和儀器消息是與儀器自身工作密切相關的信息，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)。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。接口消息和儀器消息的傳遞范圍如圖所示。 二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構 二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構 總線是一條總線是一條2424芯電纜，其中芯電纜，其中1616條為信號線，其余為地線及屏蔽條為信號線，其余為地線及屏蔽線。電纜兩端是雙列線。電纜兩端是雙列2424芯疊式結構插頭。芯疊式結構插頭。（1） 8條雙向數據總

11、線條雙向數據總線（DIO1DIO8）作用：傳遞儀器消息和大作用：傳遞儀器消息和大部分接口消息，包括數據、部分接口消息，包括數據、命令和地址。由于這一標準命令和地址。由于這一標準沒有專門的地址總線和控制沒有專門的地址總線和控制總線，因此必須用其余兩組總線，因此必須用其余兩組信號線來區(qū)分數據總線上信信號線來區(qū)分數據總線上信息的類型。息的類型。 二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構 1616條信號線按功能可分為以下三組：條信號線按功能可分為以下三組： （2） 3條數據掛鉤聯絡條數據掛鉤聯絡線（線（DAV，NRFD和和NDAC）作用：控制數據總線的作用：控制數據總線的時序，以保證數據

12、總線能正時序，以保證數據總線能正確、有節(jié)奏地傳輸信息，這確、有節(jié)奏地傳輸信息，這種傳輸技術稱為三線掛鉤技種傳輸技術稱為三線掛鉤技術。術。 二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構 1616條信號線按功能可分為以下三組：條信號線按功能可分為以下三組： 二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構 1616條信號線按功能可分為以下三組：條信號線按功能可分為以下三組： （3）5條接口管理控制線條接口管理控制線（ATN，IFC，REN，EOI和和SRQ）作用：控制作用：控制GPIB總線總線接口的狀態(tài)接口的狀態(tài)ATN （ATTENTION）注意線： 此線由控制者使用，用來指明數據

13、線上數據的類型。當ATN為1時，數據總線上的信息是由控制者發(fā)出的接口消息，這時，一切設備一、均要接收這些信息。當ANT為0時，數據總線上的信息是受命為講者的設備發(fā)出的儀器消息，一切受命為聽者的設備都必須聽。IFC（INTERFACE CLEAR）接口清除線： 由控制者使用，當IFC為1時，整個接口系統恢復到初始狀態(tài)。 REN（REMOTE ENABLE） 遠程控制線： 由控制者使用，當REN為1時，儀器可能出于遠程工作狀態(tài)，從而封鎖設備面板的手工操作。當REN為0時，儀器處于本地方式。 SRQ（SERVICE REQUEST）服務請求線： 所有設備都與這條“線或”在一起，任一設備將此線變?yōu)榈蛻B(tài)

14、(SRQ為1），即表示向控者提出服務請求，然后控者再通過依次查詢確定提出請求的設備。 EOI（END OR IDENTIFY） 結束或識別線，與ATN配合使用，當EOI為1，ATN為0時，表示講著已傳遞完一組數據，當EOI為1時，表示控者要進行識別操作，要求設備把他們的狀態(tài)放在數據線上。二、二、 GPIB標準接口的總線結構標準接口的總線結構五條接口管理控制線的定義如下：五條接口管理控制線的定義如下： DAV（DATA VALID）數據有效線：數據有效線： 當數據線上出現有效的數據時，講者置當數據線上出現有效的數據時，講者置DAV線為低（負邏線為低（負邏輯），示意聽者從數據線上接收數據。輯），示

15、意聽者從數據線上接收數據。NRFD（NOT READY FOR DATA）數據未就緒線：數據未就緒線： 只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未準備好接收數據，只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未準備好接收數據，NRFD線就為低，示意講者暫不要發(fā)出信息。線就為低，示意講者暫不要發(fā)出信息。NDAC（NOT DATA ACCEPTED） 數據未收到線：數據未收到線： 只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未從數據總線上只要被指定為聽者的聽者中有一個尚未從數據總線上接收完數據，接收完數據，NDAC就為低，示意講者暫不要撤掉數據總線上的信息。就為低，示意講者暫不要撤掉數據總線上的信息。 三、三、 三線掛鉤原理三線掛

16、鉤原理 在在GPGPIBIB系統中，每傳遞一個字節(jié)的數據信息，源方（講者與系統中，每傳遞一個字節(jié)的數據信息，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。控者）與受方（聽者）之間都要進行一次三線掛鉤過程。三條掛鉤聯絡線的定義如下：三條掛鉤聯絡線的定義如下： 下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：假定地址假定地址已發(fā)送，聽者已發(fā)送，聽者和講者均已受和講者均已受命。三線掛鉤命。三線掛鉤過程如下：過程如下：（1） 聽者使聽者使NRFD呈高電平，表示已做好接收準備，總線上所呈高電平，表示已做好接收準備，總線上所有

17、聽者是有聽者是“線或線或”連接至連接至NRFD線上，因此只要有一個聽者未做線上，因此只要有一個聽者未做好準備，好準備，NRFD就呈低電平。就呈低電平。（2） 講者發(fā)現講者發(fā)現NRFD呈高電平后，就把數據放在呈高電平后，就把數據放在DIO線上，并線上，并令令DAV為低電平，表示為低電平，表示DIO線上的數據已經穩(wěn)定且有效。線上的數據已經穩(wěn)定且有效。下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：假定地址假定地址已發(fā)送，聽者已發(fā)送，聽者和講者均已受和講者均已受命。三線掛鉤命。三線掛鉤過程如下：過程如下：（3） 聽者發(fā)現聽者發(fā)現DAV線

18、呈低電平，就令線呈低電平，就令NRFD呈低電平，表示準呈低電平，表示準備接收數據。備接收數據。（4） 在接收數據的過程中，在接收數據的過程中，NDAC線一直保持低電平，直至每線一直保持低電平，直至每個聽者都接收完數據，才上升為高電平。所有聽者也是個聽者都接收完數據，才上升為高電平。所有聽者也是“線或線或”接到接到NDAC線上。線上。下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：下圖為一個講者與數個聽者之間傳遞數據的三線掛鉤簡單時序：假定地址假定地址已發(fā)送，聽者已發(fā)送，聽者和講者均已受和講者均已受命。三線掛鉤命。三線掛鉤過程如下：過程如下：（5） 當講者檢出當講者檢出NDAC為高，就令

19、為高，就令DAV為高，表示總線上的數為高，表示總線上的數據不再有效。據不再有效。（6） 聽者檢出聽者檢出DAV為高電平，就令為高電平，就令NDAC再次變?yōu)榈碗娖剑俅巫優(yōu)榈碗娖剑?以以準備進行下一個循環(huán)過程。準備進行下一個循環(huán)過程。 顯然，三線掛鉤技術可以協調快慢不同的設備可靠地在總線顯然，三線掛鉤技術可以協調快慢不同的設備可靠地在總線上進行信息傳遞。上進行信息傳遞。 4.1.2 接口功能與接口消息接口功能與接口消息 一、一、 儀器功能與接口功能儀器功能與接口功能 自動測試系統中的任何一個儀器裝置都分為兩部分：自動測試系統中的任何一個儀器裝置都分為兩部分：一、儀器設備本身，它產生該儀器裝置所具

20、備的一、儀器設備本身，它產生該儀器裝置所具備的儀器功能儀器功能；二、接口部分，它產生該儀器裝置所需要的二、接口部分，它產生該儀器裝置所需要的接口功能接口功能。儀器功能的任務儀器功能的任務：把收到的控制信息變成儀器設備的實際動作，如調節(jié)：把收到的控制信息變成儀器設備的實際動作，如調節(jié)頻率、調節(jié)信號電平、改變儀器的工作方式等等，這與常規(guī)儀器設備的功能頻率、調節(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?；鞠嗤煌瑴y量儀器的儀器功能存在很大差異。 接口功能的任務：接口功能的任務：完成系統中各儀器設備之間的通訊，確保系統正常工完成系統中各儀

21、器設備之間的通訊，確保系統正常工作。作。為保證接口系統的標準化和相容性，各儀器設備接口的設為保證接口系統的標準化和相容性，各儀器設備接口的設計必須遵照計必須遵照GPIB標準的各項有關規(guī)定，不能自行規(guī)定標準以標準的各項有關規(guī)定，不能自行規(guī)定標準以外的任何新的接口功能。外的任何新的接口功能。 4.1.2 接口功能與接口消息接口功能與接口消息 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）、講者功能（）、講者功能（T）和和聽者功能（聽者功能（L）是一個自是一個自動測試系統中必不可少的三種最基本的功能。動測試系統中必不可少的三種最基本的功能。2、為使系統可靠進行三線

22、掛鉤，又設置了、為使系統可靠進行三線掛鉤，又設置了源掛鉤功能（源掛鉤功能（SH）和和受者掛受者掛鉤功能（鉤功能（AH）。）。 源掛鉤功能源掛鉤功能為講者功能和控者功能服務。它利用為講者功能和控者功能服務。它利用DAV控制線向受者掛鉤控制線向受者掛鉤功能表示發(fā)送的數據是否有效；功能表示發(fā)送的數據是否有效； 受者掛鉤功能受者掛鉤功能主要為聽者功能服務。它利用主要為聽者功能服務。它利用NRFD和和NDAC控制線向源控制線向源掛鉤功能表示是否已經接收到數據。掛鉤功能表示是否已經接收到數據。以上五種基本接口功能為系統提供了在正常工作期間使數據準確可靠傳以上五種基本接口功能為系統提供了在正常工作期間使數據

23、準確可靠傳輸的能力。輸的能力。但僅此還是不夠的，為了處理測試過程中可能遇到的各種問題，但僅此還是不夠的，為了處理測試過程中可能遇到的各種問題，GPIB又增加了五種具有相應管理能力的接口功能。又增加了五種具有相應管理能力的接口功能。 GP GPIBIB標準把實現自動測量和控制所必須具有的全部邏標準把實現自動測量和控制所必須具有的全部邏輯功能概括為十種接口功能：輯功能概括為十種接口功能：三、五種具有相應管理能力的接口功能三、五種具有相應管理能力的接口功能服務請求功能（服務請求功能（SR）：）： 當系統中某一裝置在運行時遇到某些情況時（ 例如測量已完畢、出現故障等），能向系統控者提出服務請求的能力。

24、并行點名功能（并行點名功能（PP）：）： 系統控者為快速查詢請求服務裝置而設置的并行點名能力。只有配備PP功能的裝置才能對控者的并行點名做出響應。遠控本控功能（遠控本控功能（RL）：）：選擇遠地和本地兩個工作狀態(tài)的能力。裝置觸發(fā)功能（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，必須設置DT功能。裝置清除功能（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。例如一臺數字電壓表要接收

25、程并非每臺裝置都必須具有十種接口功能。例如一臺數字電壓表要接收程控命令，也發(fā)送測量數據，因而一般應配置除控者之外的其他的九種功能；控命令，也發(fā)送測量數據，因而一般應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一臺信號源或打印機只需“聽聽”，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。很顯然，除了控者的其他所有裝置都無需配置口功能。很顯然，除了控者的其他所有裝置都無需配置C功能。功能。 三、三、 接口消息及編碼接口消息及編碼 按用途來分按用途來分：總線上傳遞的消息可分為接口消息和儀器消：總線上傳遞的消息可分為接口消息和儀器消息兩大類。息兩大類。按傳遞的途

26、徑來分按傳遞的途徑來分：總線上傳遞的消息可分為本地消息和：總線上傳遞的消息可分為本地消息和遠地消息兩種。遠地消息兩種。 遠地消息是經總線傳遞的消息，它可以是儀器消息也可以遠地消息是經總線傳遞的消息，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，如是接口消息，用三個大寫英文字母表示，如MLA（我的聽地（我的聽地址）。址）。 本地消息是由儀器本身產生并在儀器內部傳遞的消息，本地消息是由儀器本身產生并在儀器內部傳遞的消息， 用用三個小寫英文字母表示，如三個小寫英文字母表示，如pon（電源開）。（電源開）?？偩€消息的分類：總線消息的分類：三、三、 接口消息及編碼接口消息及編碼 按使用信號線

27、的數目來分按使用信號線的數目來分：總線上傳遞的消息可又分為：總線上傳遞的消息可又分為單線消息和多線消息兩種。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、地址數據等。各種通令、指令、地址數據等。 通過一條信號線傳輸的消息稱為單線消息，例如通過一條信號線傳輸的消息稱為單線消息，例如ATN，IFC等。等。 總線消息的分類：總線消息的分類：為確保接口的通用性，接口消息編碼格式必須作出統一明為確保接口的通用性，接口消息編碼格式必須作出統一明確的規(guī)定。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

28、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接口消息是通過DIO線來傳輸的消息，線來傳輸的消息， 需要統一編碼。多線接需要統一編碼。多線接口消息采用了口消息采用了7位編碼，主要分為通令、位編碼，主要分為通令、 指令、地址和副令指令、地址和副令（副地址）四類，如下表所示。（副地址）四類，如下表所示。 通令指由控者發(fā)出的命令，一切儀器裝置都必須聽從。通令指由控者發(fā)出的命令，一切儀器裝置都必須聽從。指令也由控者發(fā)出，但只有被指定的儀器裝置才能聽。指令也由控者發(fā)出，但只有被指定的儀器裝置才能聽。地址是對被尋址的儀器裝置而言的。地址是對被尋址的儀器裝置而言的。副令或副地址是對主令和主

29、地址的補充。副令或副地址是對主令和主地址的補充。4.1.3 GPIB 標準接口系統的運行標準接口系統的運行 以一個簡單的自動測試系統來說明以一個簡單的自動測試系統來說明GPIB標準接口系標準接口系統運行的大致過程。統運行的大致過程。 下圖為一個用于數據采集的自動測試系統框圖。下圖為一個用于數據采集的自動測試系統框圖。4.1.3 GPIB 標準接口系統的運行標準接口系統的運行 系統的測試任務是測試火箭上若干部位上的系統的測試任務是測試火箭上若干部位上的壓力。數百個壓力傳感器安置在被測火箭的各壓力。數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，掃描器將順序測試點上，在計算機的控制下

30、，掃描器將順序采集到的傳感器輸出信號送往電橋，電橋將輸采集到的傳感器輸出信號送往電橋，電橋將輸出的模擬量送給數字電壓表去測量，數字電壓出的模擬量送給數字電壓表去測量，數字電壓表又將輸出的數字量送給計算機處理，最后由表又將輸出的數字量送給計算機處理，最后由打印機將處理后的結果打印出來。打印機將處理后的結果打印出來。 （2）控制器通過）控制器通過C功能發(fā)出功能發(fā)出IFC（接口清除線），使系統中所有（接口清除線），使系統中所有裝置都處于初始狀態(tài)。裝置都處于初始狀態(tài)。系統運行的大致工作流程如下：系統運行的大致工作流程如下：（1） 控制器通過控制器通過C功能發(fā)出功能發(fā)出REN（遠程控制線），使系統中所（

31、遠程控制線），使系統中所有裝置都處于控者控制之下。有裝置都處于控者控制之下。（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）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據。收選定傳感器送來的數據。（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。）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）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功能向掃描器發(fā)命令，使掃描器選擇一個指定的傳感器。定的傳感器。（5）控制器發(fā)出通令）控制器發(fā)出通令UNL，取消掃描器的聽受命狀態(tài)。，取消掃描器的聽受命狀態(tài)。（7）控制器發(fā)出通令）控制器發(fā)出

32、通令UNL，取消電橋的聽受命狀態(tài)。，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)出數字）控制器發(fā)出電橋的講地址，使電橋成為講者；又發(fā)出數字電壓表的聽地址，使數字電壓表成為聽者。于是數字電壓表便測電壓表的聽地址，使數字電壓表成為聽者。于是數字電壓表便測量電橋送來的測量信號。量電橋送來的測量信號。（9）控制器又發(fā)出通令）控制器又發(fā)出通令UNL，取消聽受命狀態(tài)。，取消聽受命狀態(tài)。（10）控制器發(fā)出數字電壓表的講地址，電橋講者資格被自動）控制器發(fā)出數字電壓表的講地址，電橋講者資格被自動取消，數字電壓表成為講者。取消，數字電壓表成為講者。（11）控制器使自己成為聽者，于是數字

33、電壓表的測量結果就送）控制器使自己成為聽者，于是數字電壓表的測量結果就送至計算機。至計算機。（13）打印機打印計算機送來的數據。）打印機打印計算機送來的數據。（12）計算機處理完測量數據后，作為控者清除接口，發(fā)出打）計算機處理完測量數據后，作為控者清除接口，發(fā)出打印機的聽地址。印機的聽地址。（14）打印機打印完數據后，控制器選擇下一個壓力傳感器，）打印機打印完數據后，控制器選擇下一個壓力傳感器，開始新的循環(huán)。開始新的循環(huán)。 4.2 GP- IB 接口電路的設計接口電路的設計（次重點）（次重點） 識記：識記：GP-IB接口芯片接口芯片理解：理解：智能儀器的智能儀器的GP-IB接口設計接口設計 4

34、.2 GP- IB 接口電路的設計接口電路的設計 4.2.1 GP- IB 接口芯片簡介接口芯片簡介 接口系統的設計歸根到底是接口功能的實現問題。為了簡化接接口系統的設計歸根到底是接口功能的實現問題。為了簡化接口設計，目前已有一些廠家成功地將口設計，目前已有一些廠家成功地將GP-IBGP-IB標準規(guī)定的全部接口功標準規(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下表所示。的接口芯片如下表所示。 4.2 GP- IB 接口電路的設計接口電路的設計 4.2.1 GP- IB 接口芯片簡介接口芯片簡介

35、這些芯片除這些芯片除96LS48896LS488以外，全部是可編程的，使用時必須以外，全部是可編程的，使用時必須置于微處理器總線上，用面向標準接口功能的驅動軟件來管理置于微處理器總線上，用面向標準接口功能的驅動軟件來管理它們的操作，另外還需要一些支持電路，如總線收發(fā)器等。它們的操作，另外還需要一些支持電路，如總線收發(fā)器等。（本章重點介紹（本章重點介紹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實現除控者之外的其余實現除控者之外的其余全部全部9種標準接口功能；種標準接口功能；具有自動三線掛鉤聯絡、具有自動三線掛鉤聯絡、自動管理接口尋址等能自動管理接口尋址等能力，大大簡

36、化了接口管力，大大簡化了接口管理軟件的設計。理軟件的設計。 可訪問寄存器由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部總線進行聯系。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8291被尋址為講者時，就先將數據送到輸出寄存器，然后。再進行掛鉤操作，把數據送到接口母線上，以便控者進行讀取。 一、一、 8291A接口芯片接口芯片 4.2.1 GP- IB 接口芯片簡介接口芯片簡介 面向微處理器總線的信號端：面向微處理器總線的信號端：D0D7：雙向數據總線，RS0RS2：片內寄存器的選擇碼輸入端，CS：片選輸入端，RD，WR

37、 ：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： 復位信號輸入端，DREQ，DACK ：DMA操作請求輸出端、響應信號輸入端等面向面向GPIB標準接口總線的信號端：標準接口總線的信號端：DIO1 DIO8 ：8位標準接口數據總線輸入輸出端，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)器收發(fā)器，便能與標準接口系統有效地交換信息。8291A：40腳雙列直插封裝，引腳安排如圖腳雙列直插封裝，引腳安排如圖8292接口芯

38、片僅有控者功能，并且它必須接口芯片僅有控者功能，并且它必須與與8291聯合使用。當兩者一起使用時，可以組聯合使用。當兩者一起使用時，可以組合成具有全部十種接口功能的標準接口電路。合成具有全部十種接口功能的標準接口電路。8292實質上是一片實質上是一片8041單片機，片內單片機，片內ROM固化了一段專門的程序，使內部固化了一段專門的程序，使內部RAM作為作為專用寄存器組使用，專用寄存器組使用，IO端口用來提供總線的端口用來提供總線的各種控制信號及輔助信號，以便與各種控制信號及輔助信號，以便與8291A有機有機地溝通起來，完成控者的功能。地溝通起來，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腳雙列直插封裝，引腳安排如圖腳雙列直插封裝，引腳安排如圖與微處理器相接的信號端主要有：與微處理器相接的信號端主要有：D0D7，CS，RD ，WR，RESET， A0等與與GPIB總線相接的信號端有：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等為保證接入系統中每個儀器的接口為保證接入系統中每個儀器的接口對總線所具有的驅動能力都能符合特定對總線所具有的驅動能力都能符合特定的要求，接口芯片必須經總線收發(fā)器。的要求，接口芯片必須經總線收發(fā)器。8293總線收發(fā)器是專門為配合總線收發(fā)器是專門為配

40、合8291A，8292接口芯片而設計的。接口芯片而設計的。 三、三、 8293總線收發(fā)器總線收發(fā)器 8293內部包括內部包括9路收發(fā)通道和適路收發(fā)通道和適應不同工作模式的附加電路，應不同工作模式的附加電路， 每路的收每路的收發(fā)方向可由發(fā)方向可由TR來控制。接收時采來控制。接收時采用施密特電路以增強抗干擾能力，發(fā)送用施密特電路以增強抗干擾能力，發(fā)送時選用時選用OC方式或三態(tài)方式。方式或三態(tài)方式。8293可預可預置成四種模式之一。置成四種模式之一。4.2.2 智能儀器的智能儀器的 GP- IB 接口設計接口設計 單獨使用8291就可以為智能儀器組成功能相當齊全的GP-IB接口。 右圖示出了某智能L

41、CR測試儀的GP- IB接口原理圖。儀器控制采用單片機8301， 接口電路選用8291接口芯片與四片母線收/發(fā)器MC3448相連構成。 GP-IB接口部分初始化程序流程圖及接口部分初始化程序流程圖及部分中斷程序流程圖部分中斷程序流程圖4.2.3 控制器的控制器的 GP-IB 接口設計接口設計 當8291與8292聯合使用時，則可為一臺微處理器系統組成GPIB控制器接口，其原理如圖所示。圖中，8291負責GPIB的數據總線和握手總線交換信息；8292則控制GPIB管理線中的4條(IEC，ATN，REN，SRQ)，而余下的EOI總線則由雙方分管： 4.3 串行通信總線串行通信總線 識記：識記：串行

42、通信協議串行通信協議 ，RS-232C總線標準總線標準理解：理解：串行通信的基本方式串行通信的基本方式 應用：應用：串行通信接口電路的設計與編程串行通信接口電路的設計與編程通常把計算機和外界的數據傳送稱為通常把計算機和外界的數據傳送稱為通信通信。通訊的基本方式有：通訊的基本方式有：并行通信、串行通信并行通信、串行通信4.3 串行通信總線串行通信總線 串行通信是指將構成字符的每個二進制數據位，串行通信是指將構成字符的每個二進制數據位，依照一定的順序逐位進行傳輸的通信方式。依照一定的順序逐位進行傳輸的通信方式。4.3.1 串行通信基本方式串行通信基本方式 計算機或智能儀器中處理的數據是并行數據，計

43、算機或智能儀器中處理的數據是并行數據，因此在串行通信的發(fā)送端，需要把并行數據轉換成因此在串行通信的發(fā)送端，需要把并行數據轉換成串行數據后再傳輸；而在接收端，又需要把串行數串行數據后再傳輸；而在接收端，又需要把串行數據轉換成并行數據再處理。據轉換成并行數據再處理。 數據的串并轉換可以用軟件和硬件兩種方法來實現。硬數據的串并轉換可以用軟件和硬件兩種方法來實現。硬件方法主要是使用了移位寄存器。在時鐘控制下，移位寄存器件方法主要是使用了移位寄存器。在時鐘控制下，移位寄存器中的二進制數據可以順序地逐位發(fā)送出去；同樣，在時鐘控制中的二進制數據可以順序地逐位發(fā)送出去；同樣，在時鐘控制下，接收進來的二進制數據

44、，也可以在移位寄存器中裝配成并下，接收進來的二進制數據，也可以在移位寄存器中裝配成并行的數據字節(jié)。行的數據字節(jié)。 根據時鐘控制數據發(fā)送和接收的方式，串行通信分為同步根據時鐘控制數據發(fā)送和接收的方式，串行通信分為同步通信和異步通信兩種。這兩種通信的示意圖如下圖所示。通信和異步通信兩種。這兩種通信的示意圖如下圖所示。 在同步通信中，為了使發(fā)送和接收保持一致，串行數在同步通信中，為了使發(fā)送和接收保持一致，串行數據在發(fā)送和接收兩端使用的時鐘應同步。通常，發(fā)送和接據在發(fā)送和接收兩端使用的時鐘應同步。通常，發(fā)送和接收移位寄存器的初始同步是使用一個同步字符來完成，當收移位寄存器的初始同步是使用一個同步字符來

45、完成，當一次串行數據的同步傳輸開始時，一次串行數據的同步傳輸開始時，發(fā)送寄存器送出的第一發(fā)送寄存器送出的第一個字符應該是一個雙方約定的同步字符，個字符應該是一個雙方約定的同步字符，接收器在時鐘周接收器在時鐘周期內識別該同步字符后，即與發(fā)送器同步，開始接收后續(xù)期內識別該同步字符后，即與發(fā)送器同步，開始接收后續(xù)的有效數據信息。的有效數據信息。 在異步通信中，只要求發(fā)送和接收兩端的時鐘頻率在在異步通信中，只要求發(fā)送和接收兩端的時鐘頻率在短期內保持同步。短期內保持同步。通信時發(fā)送端先送出一個初始定時位通信時發(fā)送端先送出一個初始定時位（稱起始位），（稱起始位），后面跟著具有一定格式的串行數據和停止后面跟

46、著具有一定格式的串行數據和停止位。接收端首先識別起始位，同步它的時鐘，然后使用同位。接收端首先識別起始位，同步它的時鐘，然后使用同步的時鐘接收緊跟而來的數據位及停止位，停止位表示數步的時鐘接收緊跟而來的數據位及停止位，停止位表示數據串的結束。一旦一個字符傳輸完畢，線路空閑。無論下據串的結束。一旦一個字符傳輸完畢，線路空閑。無論下一個字符在何時出現，它們將再重新進行同步。一個字符在何時出現，它們將再重新進行同步。 同步通信與異步通信相比較，同步通信與異步通信相比較，優(yōu)點優(yōu)點是傳輸速度是傳輸速度快?？臁Ｈ秉c缺點是：同步通信的實用性將取決于發(fā)送器和是：同步通信的實用性將取決于發(fā)送器和接收器保持同步的

47、能力，若在一次串行數據的傳輸接收器保持同步的能力，若在一次串行數據的傳輸過程中，接收器接收數據時，若由于某種原因（如過程中，接收器接收數據時，若由于某種原因（如噪聲等）漏掉一位，則余下接收的數據都是不正確噪聲等）漏掉一位，則余下接收的數據都是不正確的。的。 異步通信相對同步通信而言，傳輸數據的速度異步通信相對同步通信而言，傳輸數據的速度較慢，但若在一次串行數據傳輸的過程中出現錯誤，較慢，但若在一次串行數據傳輸的過程中出現錯誤，僅影響一個字節(jié)數據。目前，在微型計算機測量和僅影響一個字節(jié)數據。目前，在微型計算機測量和控制系統中，串行數據的傳輸大多使用異步通信方控制系統中，串行數據的傳輸大多使用異步

48、通信方式。式。4.3.2 串行通信協議串行通信協議 為了有效地進行通信，通信雙方必須遵從統一的通信協議，為了有效地進行通信，通信雙方必須遵從統一的通信協議，即采用統一的數據傳輸格式、相同的傳輸速率、相同的糾錯方即采用統一的數據傳輸格式、相同的傳輸速率、相同的糾錯方式等。式等。 異步通信協議規(guī)定每個數據以相同的位串形式傳輸，每個異步通信協議規(guī)定每個數據以相同的位串形式傳輸，每個串行數據由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成，串行串行數據由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成，串行數據的位串格式如圖數據的位串格式如圖4-15所示，具體定義如下：所示，具體定義如下： 當通信線上沒有數據傳輸時應處

49、于邏輯當通信線上沒有數據傳輸時應處于邏輯1狀態(tài)，表示線路狀態(tài)，表示線路空閑?？臻e。 當發(fā)送設備要發(fā)送一個字符數據時，先發(fā)出一個邏輯當發(fā)送設備要發(fā)送一個字符數據時，先發(fā)出一個邏輯0信信號，占一位，這個邏輯低電平就是號，占一位，這個邏輯低電平就是起始位起始位。起始位的作用是協。起始位的作用是協調同步，接收設備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收調同步，接收設備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準備接收后續(xù)數據位信號。后續(xù)數據位信號。 奇偶校驗位奇偶校驗位用于進行有限差錯檢測，占一位。通信雙方需用于進行有限差錯檢測，占一位。通信雙方需約定一致的奇偶校驗方式；如果約定奇校驗，那么組成數據和約定一致的奇偶

50、校驗方式；如果約定奇校驗，那么組成數據和奇偶校驗位的邏輯奇偶校驗位的邏輯“1”的個數必須是奇數；如果約定偶校驗，的個數必須是奇數；如果約定偶校驗，那么邏輯那么邏輯“1”的個數必須是偶數。通常奇偶校驗功能的電路已的個數必須是偶數。通常奇偶校驗功能的電路已集成在通信控制器芯片中。集成在通信控制器芯片中。 數據位數據位信號的位數可以是信號的位數可以是5，6，7或或8位。一般為位。一般為7位位（ASCII碼）或碼）或8位。數據位從最低有效位開始逐位發(fā)送，依此位。數據位從最低有效位開始逐位發(fā)送，依此順序地發(fā)送到接收端的移位寄存器中。并轉換為并行的數據字順序地發(fā)送到接收端的移位寄存器中。并轉換為并行的數據

51、字符。符。 停止位停止位用于標志一個數據的傳輸完畢，一般用高電平，可用于標志一個數據的傳輸完畢，一般用高電平，可以是以是1位，位，1.5位或位或2位。當接收設備收到停止位之后，通信線路位。當接收設備收到停止位之后，通信線路就恢復到邏輯就恢復到邏輯1狀態(tài)，直至下一個字符數據起始位到來。狀態(tài)，直至下一個字符數據起始位到來。 在異步通信中，接收和發(fā)送雙方必須保持相同的傳輸速率，在異步通信中，接收和發(fā)送雙方必須保持相同的傳輸速率，這樣才能保證線路上傳輸的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)這樣才能保證線路上傳輸的所有位信號都保持一致的信號持續(xù)時時間間。傳輸速率即波特率，它是以每秒傳輸的二進制位數來度。傳輸速

52、率即波特率，它是以每秒傳輸的二進制位數來度量的，單位為比特量的，單位為比特/秒（秒（b/s）。規(guī)定的波特率有）。規(guī)定的波特率有50，75，110，150，300，600，1200，2400，4800，9600和和19200b/s等幾等幾種。種。 總之，在異步串行通信中，通信雙方必須持相同的傳輸波總之，在異步串行通信中，通信雙方必須持相同的傳輸波特率，并以每個字符數據的起始位來進行同步。同時，數據格特率，并以每個字符數據的起始位來進行同步。同時，數據格式，即起始位、數據位、奇偶位和停止位的約定，在同一次傳式，即起始位、數據位、奇偶位和停止位的約定，在同一次傳輸過程中也要保持一致，這樣才能保證成功

53、地進行數據傳輸。輸過程中也要保持一致，這樣才能保證成功地進行數據傳輸。4.3.3 RS-232C標準標準 RS-232C是美國電子工業(yè)協會（是美國電子工業(yè)協會（EIA）在）在1969年公布的數年公布的數據通信標準。據通信標準。RS是推薦標準（是推薦標準（Recommended Standard）的）的英文縮寫，英文縮寫，232C是標準號。是標準號。 RS-232C標準最初是為了把計算機通過電話網與遠程終端標準最初是為了把計算機通過電話網與遠程終端相連而設計的。計算機輸出的邏輯信號不宜直接接到電話網中，相連而設計的。計算機輸出的邏輯信號不宜直接接到電話網中，因而要先通過調制解調器（因而要先通過調

54、制解調器（Modem），把代表邏輯），把代表邏輯1和邏輯和邏輯0的的電平信號調制成音頻信號，然后再在電話網中傳輸。同樣，接電平信號調制成音頻信號，然后再在電話網中傳輸。同樣，接收端也需要通過調制解調器（收端也需要通過調制解調器（Modem）與電話網相接，以便把）與電話網相接，以便把不同的頻率信號還原成邏輯信號，送到終端設備。不同的頻率信號還原成邏輯信號，送到終端設備。4.3.3 RS-232C標準標準 該標準定義了數據終端設備（該標準定義了數據終端設備（DTE Data Terminal Equipment ）和數據通信設備（和數據通信設備（DCE Data Communication Equ

55、ipment ）之間的）之間的接口信號特性。其中接口信號特性。其中DTE也可以是計算機，也可以是計算機，DCE一般是指調制一般是指調制解調器（解調器（Modem）。其標準連接如圖）。其標準連接如圖4-16所示。所示。 RS-232CRS-232C標準采用標準采用2525針連接器，規(guī)定針連接器，規(guī)定DTEDTE應該配插應該配插頭（帶插針），頭（帶插針），DCEDCE應該配插座（不帶插針）。在應該配插座（不帶插針）。在2525針連接器中，有針連接器中，有2020個引腳與串行通信使用的信號相對個引腳與串行通信使用的信號相對應，在微型計算機通信中最常使用的是其中的應，在微型計算機通信中最常使用的是其中

56、的9 9個通個通信信號。這信信號。這9 9個通信信號分為兩類：一類為基本數據個通信信號分為兩類：一類為基本數據傳輸信號，另一類是調制解調器（傳輸信號，另一類是調制解調器（ModemModem）控制信號。）控制信號?；緮祿鬏斝盘栍谢緮祿鬏斝盘栍蠺xD，RxD，GND： GND為地信號，對應引腳為地信號，對應引腳7，是其他引腳的參考，是其他引腳的參考電位信號。電位信號。 TxD (Transmitted Data)為發(fā)送數據信號，對應為發(fā)送數據信號，對應引引腳腳2。串行數據傳輸信號由該腳發(fā)出送上通信線路，在不傳串行數據傳輸信號由該腳發(fā)出送上通信線路，在不傳輸數據時該腳為邏輯輸數據時該腳為邏

57、輯1。 RxD (Received Data)為接收數據信號，對應為接收數據信號，對應引引腳腳3。來自通信線路的串行數據信號由該腳進入系統。來自通信線路的串行數據信號由該腳進入系統。 從計算機到從計算機到Modem的信號包括的信號包括DTR和和RTS兩個兩個: ModemModem控制信號又分為從計算機到控制信號又分為從計算機到ModemModem和從和從ModemModem到計算機兩類控制信號。到計算機兩類控制信號。 RTS (Request To Send)為請求發(fā)送信號，對應引腳為請求發(fā)送信號，對應引腳4，用于通知用于通知Modem計算機請求發(fā)送數據。計算機請求發(fā)送數據。 DTR ( D

58、ata Terminal Ready )為數據終端就緒信號，對為數據終端就緒信號，對應引腳應引腳20，用于通知，用于通知Modem計算機己準備好。計算機己準備好。 DSR (Data Set Ready)為數據裝置就緒信號，對應引為數據裝置就緒信號，對應引腳腳6，用于通知計算機與，用于通知計算機與Modem已準備好。已準備好。 從從Modem到計算機的信號包括：到計算機的信號包括：DSR，CTS，DCD和和RI四個：四個： DCD (Data Carrier Detection)為數據載波檢測信號，對為數據載波檢測信號，對應引腳應引腳8，用于通知計算機，用于通知計算機Modem已與電話線路連接

59、已與電話線路連接好。好。 CTS （Clear To Send）為允許發(fā)送信號，對應引腳為允許發(fā)送信號，對應引腳5，用于通知計算機與用于通知計算機與Modem可以接收傳輸數據。可以接收傳輸數據。 RI (Ring Indicator)為振鈴指令信號，對應引腳為振鈴指令信號，對應引腳22，通知計算機有來自電話網的信號。通知計算機有來自電話網的信號。25針針9針針簡稱簡稱各稱（傳輸方向）各稱（傳輸方向）功能功能11保護地保護地保護地保護地連外殼連外殼23TXD發(fā)送發(fā)送DTEDCEDTE發(fā)送串行數據端發(fā)送串行數據端32RXD接收接收DTEDCEDTE接受串行數據端接受串行數據端47RTS請求發(fā)送請求

60、發(fā)送DTEDCEDTE請求發(fā)送請求發(fā)送58CTS清除發(fā)送清除發(fā)送DTEDCEDCE已準備好接收（清除發(fā)送）已準備好接收（清除發(fā)送）66DSR數據設備就緒數據設備就緒DTEDCEDCE準備就緒準備就緒75SG信號地信號地信號接地端信號接地端81DCD數據載波檢測數據載波檢測DTEDCEDCE接收到遠程載波信號接收到遠程載波信號204DTR終端就緒終端就緒DTEDCEDTE準備就緒準備就緒229RI振鈴指示振鈴指示DTEDCEDCE與線路接通，出現振鈴與線路接通，出現振鈴表表RS-232C信號定義信號定義 在實際的短距離單片機與單片機之間、微型計算機及微在實際的短距離單片機與單片機之間、微型計算機