虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì)：第2章虛擬儀器總線接口技術(shù)

第2章虛擬儀器總線接口技術(shù)第2章虛擬儀器總線接口技術(shù)

教學(xué)內(nèi)容

GPIB通用接口總線

VXI總線

PXI總線

LXI總線InstrumentDriver

美國(guó)惠普（HP）公司從60年代中期就開始著力解決自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)接口標(biāo)準(zhǔn)化問題

1972年公布了它們的通用接口系統(tǒng)，命名為HP-IB1975年美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）在HP-IB基礎(chǔ)上制定了IEC-488-75《可程控儀表的數(shù)字接口》標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際電工委員會(huì)以IEEE-488-75為基礎(chǔ)，制定了IEC-625《可程控測(cè)量?jī)x表的接口系統(tǒng)（字節(jié)串行，位并行）》標(biāo)準(zhǔn)

1978年IEEE也把IEEE-488-75標(biāo)準(zhǔn)修改為IEEE-488-78標(biāo)準(zhǔn)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是國(guó)際公認(rèn)的總線標(biāo)準(zhǔn)，按這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置的接口都稱為通用標(biāo)準(zhǔn)接口，由它們構(gòu)成的系統(tǒng)都稱GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）系統(tǒng)一、概述2.1GPIB總線

（GeneralPurposeInterfacebus，GPIB）是國(guó)際通用的儀器接口標(biāo)準(zhǔn)，是專門為儀器控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。這套接口系統(tǒng)最初由美國(guó)HP公司提出，后被美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)和國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)接受為程控儀器和自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)接口，因此，也稱IEEE488接口或IEC625接口，目前的協(xié)議是488.2。使用GPIB接口，可將不同廠家生產(chǎn)的各種型號(hào)的儀器，用一條無(wú)源標(biāo)準(zhǔn)方便地連接起來(lái)，在計(jì)算機(jī)控制下完成各種復(fù)雜的測(cè)量。

2.1.1GPIB總線標(biāo)準(zhǔn)GPIB總線標(biāo)準(zhǔn)包括:

接口：由邏輯電路組成，與各儀器安裝在一起，用于對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行發(fā)送、接收、編碼、譯碼

總線：是24芯無(wú)源電纜，用來(lái)傳輸各種消息1.GPIB的基本性能①可用一組總線（16根）連接若干臺(tái)裝置，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，數(shù)目不超過15臺(tái)。②互連電纜的傳輸路徑總長(zhǎng)不超過20m.③數(shù)據(jù)傳輸采用位并行（8位）、字節(jié)串行、雙向異步傳輸方式，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率為1MBps④信息邏輯采用負(fù)邏輯，低電平（≤0.8V）為“1”，高電平（≥2.0V）為“0”，電平與TTL相容。⑤地址容量：聽地址31個(gè)，講地址31個(gè)，地址容量可擴(kuò)展。2.GPIB的接口功能在接口系統(tǒng)中，為了進(jìn)行有效的信息傳遞，一般必須具有下述3種基本的接口功能。講者：通過總線發(fā)送消息的儀器裝置。

如測(cè)量?jī)x器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等。聽者：通過總線接收講者發(fā)出的消息的裝置。

如打印機(jī)、信號(hào)源等?？卣撸菏菙?shù)據(jù)傳輸過程中的組織者。對(duì)設(shè)

備進(jìn)行控制，允許其它設(shè)備尋址，允許講者使用總線等，通常由計(jì)算機(jī)擔(dān)任。GPIB定義的10種接口功能①聽功能：接收信號(hào)、數(shù)據(jù)②講功能：發(fā)送信號(hào)、數(shù)據(jù)③控功能：通過微處理器發(fā)布各種命令④源握手功能：為講功能和控功能服務(wù)⑤受握手功能：為聽功能服務(wù)⑥服務(wù)請(qǐng)求功能：量程益出、震蕩器停止等意外故障發(fā)生時(shí)，主動(dòng)向控者提出請(qǐng)求，以進(jìn)行相應(yīng)處理。⑦并行點(diǎn)名功能：快速查詢請(qǐng)求服務(wù)裝置，速度快⑧遠(yuǎn)地/本地功能：選擇遠(yuǎn)地或本地工作方式⑨觸發(fā)功能：產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)，以啟動(dòng)有關(guān)儀器功能進(jìn)行工作⑩清除功能：產(chǎn)生一個(gè)內(nèi)部清除信號(hào)，使某儀器功能回到初始狀態(tài)。2.1.2GPIB總線結(jié)構(gòu)和接口信號(hào)

總線為24芯電纜:16條信號(hào)線，8根地址線，24芯簧片插頭座GPIB插頭引腳分布16條信號(hào)線按功能分為：8根雙向8位數(shù)據(jù)線

3根數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線

5根接口管理控制線引腳分配對(duì)應(yīng)關(guān)系：

1~4：DIO1~DIO45:EOI6:DAV7:NRFD8:NDAC9:IFC10:SRQ11:ATN12:機(jī)殼地13~16:DIO5~DIO817:REN18~24:地?cái)?shù)據(jù)總線8根、數(shù)據(jù)掛鉤聯(lián)絡(luò)線3根數(shù)據(jù)總線DIO1~DIO8:用于傳送接口信息和儀器消息，包括數(shù)據(jù)、地址、命令。數(shù)據(jù)有效線DAV（DataAvailable）：當(dāng)DIO線上出現(xiàn)有效數(shù)據(jù)時(shí)，講者置DAV線為低（“1”），示意聽者接收數(shù)據(jù)。未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線NRFD（NotReadyforData）:當(dāng)NRFD=1時(shí)，表示系統(tǒng)中至少有1個(gè)聽者未準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)。未收到數(shù)據(jù)線NDAC(NotDataAccept)：當(dāng)NDAC=1時(shí)，表示系統(tǒng)中至少有1個(gè)聽者未完成接收數(shù)據(jù)，講者暫不要撤掉數(shù)據(jù)線上的消息。接口管理線5根注意線ATN(Attention):由控者使用，指明DIO線上信息的類型。

ATN=1DIO線上的信息為接口消息（命令、地址等）其它設(shè)備只能接收；

0DIO線上的信息為講者發(fā)出的器件信息（控制命令、數(shù)據(jù)等），聽者必須聽。接口清除線IFC（InterfaceClear）:接口清除線，由控者使用，將接口置為已知的初始狀態(tài)，作為復(fù)位線接口管理線遠(yuǎn)程允許線REN（RemoteEnable）:由控者使用

REN=1聽者都處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，脫離本地狀態(tài)

0儀器必處于本地狀態(tài)服務(wù)請(qǐng)求線SRQ(ServiceRequest):任何一個(gè)具有服務(wù)請(qǐng)求功能的儀器或設(shè)備，可向控者發(fā)出SRQ=1，要求控者對(duì)各種異常事件進(jìn)行處理，控者通過點(diǎn)名查詢轉(zhuǎn)入相應(yīng)的服務(wù)程序。結(jié)束或識(shí)別線EOI(EndorIdentify):

當(dāng)EOI=1，ATN=0時(shí)，表示講者已傳遞完一組字節(jié)的信息當(dāng)EOI=1,ATN=1時(shí)，表示控者執(zhí)行并行點(diǎn)名識(shí)別操作。利用DAV，NRFD，NDAC這三條線形成的掛鉤關(guān)系

宣布數(shù)據(jù)有效DAV=1或撤除數(shù)據(jù)DAV=0講者當(dāng)所有的聽者準(zhǔn)備好，則NRFD=0只要有一個(gè)聽者未準(zhǔn)備好，則NRFD=1當(dāng)所有的聽者都已接收完數(shù)據(jù)時(shí)，則NDAC=0只要有一個(gè)聽者未接受完，則NDAC=1NRFDNDACDAV&聽者1講者2講者3&RFDRFDDACDACDAC2.GPIB三線掛鉤技術(shù)

GPIB系統(tǒng)采用廣播式通信。講者必須先知道是否所有的聽著已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。只有在都準(zhǔn)備就緒的條件下，講者才被允許把要廣播的數(shù)據(jù)放置到數(shù)據(jù)線上去。講者向所有聽者宣布數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效。聽者在得知數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效后才允許從數(shù)據(jù)線上接收數(shù)據(jù)。接收完畢后，還應(yīng)當(dāng)通知講者，只有當(dāng)講者得知所有聽者都已接收完畢，方可從數(shù)據(jù)線上把數(shù)據(jù)撤除。每個(gè)字節(jié)傳送皆按上述過程進(jìn)行。

NRFD是由聽者送向講者，它是由各聽者的RFD（即準(zhǔn)備就緒）經(jīng)線與后形成，因此只要有一個(gè)聽者還未準(zhǔn)備就緒（RFD=0），則NRFD=1。

DAV是由講者送給聽者的數(shù)據(jù)有效線。當(dāng)數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效，則講者使DAV=1。從數(shù)據(jù)線上撤除數(shù)據(jù)后，講者使DAV=0。

NDAC也是由聽者送向講者的一條線，它由各聽者DAC（即數(shù)據(jù)接收完畢）經(jīng)線與后形成。當(dāng)所有聽者皆接收完畢，則NDAC=0，只要還有一個(gè)聽者沒有接收完畢，則NDAC=1。三線掛鉤方式系統(tǒng)內(nèi)部每傳送一個(gè)字節(jié)信息都有一次三線聯(lián)絡(luò)的過程，其時(shí)序如圖。三線掛鉤過程原始狀態(tài)：講者置DAV為高，聽者置NRFD、

NDAC為低。三線掛鉤過程：①聽者置NRFD為高，表示已做好接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備；②講者發(fā)現(xiàn)NRFD呈高后，講者發(fā)送數(shù)據(jù)至DIO線上，并令DAV為低電平；③聽者發(fā)現(xiàn)DAV為低后，就令NRFD為低，表示準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；④聽者接收數(shù)據(jù)，當(dāng)每個(gè)聽者都收完數(shù)據(jù)后，置NDAC為高；⑤當(dāng)講者檢出NDAC為高后，就令DAV為高，撤消總線數(shù)據(jù)。⑥聽者檢出DAV為高，就令NDAC為低，準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)。2.1.3GPIB接口電路設(shè)計(jì)以Intel公司的8291A聽/講接口芯片、8292控者芯片、8293總線收發(fā)器芯片為例介紹。計(jì)算機(jī)GPIB接口功能通過GPIB接口卡來(lái)實(shí)現(xiàn)在GPIB接口的各種實(shí)現(xiàn)方法中，以采用GPIB接口芯片設(shè)計(jì)GPIB接口效率最高。這也是目前最常用的GPIB接口設(shè)汁方法。GPIB接口芯片分為兩種類型，一類芯片必須與微處理機(jī)配合使用，經(jīng)過編程才能形成各種接口功能。因此這類芯片又稱為"可編程GPIB接口芯片"。屬于這類接口芯片的主要有Motorola公司的MC-68488，Intel公司的8291/8292，TexasInstruments公司的TMS-9914，NEC公司的μPD7210等。另一類GPIB接口芯片不需要微處理機(jī)的支持，它的各種接口功能不是依靠軟件編程設(shè)定，而是由硬件邏輯電路產(chǎn)生。因此，這類芯片又稱為“不可編程GPIB接口芯片”。屬于這類接口芯片的主要有Fairchild公司的96LS488，NPC公司的SM8530B，Philips公司的HEF4738等。四.GPIB接口芯片及GPIB接口設(shè)計(jì)1.兩類GPIB接口芯片這兩類GPIBB接口芯片在使用及特性上有下列差別:可編程GPIB接口芯片的功能比較強(qiáng)，大多可實(shí)現(xiàn)全部十種或至少九種接口功能。不可編程GPIB接口芯片功能相對(duì)比較弱，主要實(shí)現(xiàn)講者、聽者及與講聽有關(guān)的功能?？删幊蘂PIB接口芯片必須與微處理機(jī)配合使用。不可編程GPIB接口芯片不需微處理機(jī)支持，單獨(dú)就可充當(dāng)GPIB接口。可編程GPIB接口芯片的引腳分為兩部分，一部分與IEC-625（IEEE-488）總線適配，另一部分與某一種或幾種微處理器適配。不可編程GPIB接口芯片的引腳也分為兩部分，一部分與IEC-625（IEEE-488）總線適配，另一部分加適當(dāng)電路后與可程控儀器適配，而與微處理器不存在適配關(guān)系?？删幊蘂PIB接口芯片的硬件連接比較簡(jiǎn)單，無(wú)論與IEC-625總線還是與微處理器都不必加多少硬件電路即可連接。不可編程GPIB接口芯片的硬件連接要稍許復(fù)雜一些，與IEC-625總線的連接比較簡(jiǎn)單，但是與可程控儀器的連接比較復(fù)雜，必須根據(jù)可程控儀器的類型，配置不同的硬件電路方可連接?？删幊蘂PIB接口芯片主要用于設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的GPIB接口及μP化儀表的GPIB接口，而不可編程GPIB接口芯片則主要用在為普通可程控儀器配備GPIB接口。

1.8291A接口芯片8291A是一種將微處理器接至GPIB標(biāo)準(zhǔn)總線的器件。它可以完成GPIB標(biāo)準(zhǔn)中除控者之外的全部接口功能。除此之外，還具有自動(dòng)三線掛鉤聯(lián)絡(luò)、自動(dòng)管理接口尋址等能力，這些自動(dòng)操作能力大大簡(jiǎn)化了接口管理軟件的設(shè)計(jì)。

8291A采用40腳封裝。

8291A引腳圖8291A面向CPU總線的信號(hào)引腳D0~D7：雙向數(shù)據(jù)總線RS0~RS2：片內(nèi)寄存器選擇碼輸入，連地址線/CS,/RD,/WR：片選、讀、寫輸入端INT：中斷請(qǐng)求輸出端，軟件可控高或低有效TRIG：觸發(fā)器輸出端CLOCK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端，（1~8）MHzRESET：復(fù)位信號(hào)輸入端DREQ,/DACK：DMA操作請(qǐng)求輸出、響應(yīng)端8291A面向GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口總線信號(hào)/DIO1~/DIO8：8位標(biāo)準(zhǔn)接口數(shù)據(jù)總線輸入/輸出端/DAV,/NRFD,/NDAC：掛鉤控制聯(lián)絡(luò)信號(hào)/ATN,/IFC,/REN,/SRQ,/EOI：控制管理線T/R1：外收發(fā)器控制信號(hào)輸出端，高電平時(shí)，DIO線上的數(shù)據(jù)以及DAV消息將被送到標(biāo)準(zhǔn)總線上，同時(shí)將從標(biāo)準(zhǔn)總線上接收NRFD和NDAC消息；低電平時(shí)，則相反。T/R2：外收發(fā)器控制線輸出端，用于控制EOI消息的方向。高電平時(shí)，表示EOI要輸出，低電平時(shí)則相反。2.8292控者接口芯片8292接口芯片僅有控者功能，并且它必須與8291聯(lián)合使用，組成具有10種接口功能的標(biāo)準(zhǔn)接口。

8292實(shí)質(zhì)是一片8041單片機(jī)，片內(nèi)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(lái)提供總線的各種控制信號(hào)及輔助信號(hào)。

8292是40腳封裝。

8292引腳8292與微處理器相接的信號(hào)D0~D7：雙向數(shù)據(jù)總線/CS,/RD,/WR：片選、讀、寫X1,X2：外接晶體或外部時(shí)鐘RESET：復(fù)位A0：地址線與GPIB標(biāo)準(zhǔn)接口總線相接的信號(hào)：/DAV：雙向握手信號(hào)，與8291的DAV相連/IFC：接口清除信號(hào)輸出端TCI：任務(wù)完成中斷申請(qǐng)信號(hào)SPI：由8292內(nèi)部事件引起的中斷信號(hào)輸出端3.8293總線收/發(fā)器8293內(nèi)部包括9路收/發(fā)通道和適應(yīng)不同工作模式的附加電路，每路的收/發(fā)方向可由T/R來(lái)控制。接收時(shí)采用施密特電路以增強(qiáng)抗干擾能力，發(fā)送時(shí)選用OC方式或三態(tài)方式。

8293可預(yù)置成四種模式之一。

8293引腳圖8293主要引腳功能BUS1~BUS8：直接與GPIB總線相連，根據(jù)OPTA、OPTB所選模式，可以作為數(shù)據(jù)線DIO或管理線。DATA1~DATA10：和8291或8292相連，根據(jù)OPTA、OPTB所選模式?jīng)Q定，與TTL兼容。/ATN：ATN線，與TTL兼容。/EOI：結(jié)束和識(shí)別線，與TTL兼容。T/R1：用于控制NDAC,NRFD,DAV和DIO1~DIO8的傳輸方向，輸入與TTL兼容。T/R2：用于控制EOI線的方向，輸入與TTL兼容。8293的工作模式用OPTA,OPTB這兩個(gè)腳的邏輯電平的組合，設(shè)置，選擇方式如下表：OPTBOPTA模式00模式0，講者/聽者接口控制線01模式1，講者/聽者接口數(shù)據(jù)線10模式2，講者/聽者/控者接口控制線11模式3，講者/聽者/控者接口數(shù)據(jù)線講者/聽者接口框圖講者/聽者接口框圖講者/聽者/控者接口框圖由8291A和8293組成的講者/聽者接口邏輯2.1.4GPIB儀器系統(tǒng)GPIB設(shè)備的串行連接GPIB設(shè)備的星連接典型GPIB系統(tǒng)2.2VXI總線

VXI總線標(biāo)準(zhǔn)是在VME總線和GPIB總線基礎(chǔ)上發(fā)展的一種新型儀器系統(tǒng)總線。VXI(VMEbusExtensionsforInstrumentation)VME(VersabusModuleEuropean)VXI總線以其開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、模塊化的設(shè)計(jì)、緊湊的機(jī)械結(jié)構(gòu)、良好的電磁兼容性，以及可靠性高、小型便攜和靈活通信能力等一系列優(yōu)點(diǎn)滿足了工業(yè)領(lǐng)域需求，被公認(rèn)為21世紀(jì)儀器總線系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的優(yōu)秀平臺(tái)。VXIusesstandardtechnologyGPIBVMEbusVXI基于VME和GPIB基于GPIB通信的VXI檢測(cè)模塊VXI嵌入式CPU檢測(cè)模塊2.2.1VXI總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)開放的標(biāo)準(zhǔn)各儀器廠商所提供的VXI總線產(chǎn)品都采用了標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)方式、儀器編程語(yǔ)言及I/O通信方式，可方便組建自測(cè)系統(tǒng)。高速數(shù)據(jù)吞吐量

VXI總線底板數(shù)據(jù)傳輸速率理論上可達(dá)40Mbyte/s，而一般GPIB是1Mbyte/s小型化規(guī)范化高可靠性適用于位數(shù)不同的多種微機(jī)和16位、24位、32位3種尋址方式，靈活方便2.2.2VXI總線的信號(hào)線1.VXI總線的組成在VXI總線系統(tǒng)中，各種命令、數(shù)據(jù)、地址和其它消息都通過總線傳遞。VXI總線系統(tǒng)的各種總線都印制在主機(jī)箱內(nèi)的多層底板上，通過P1/J1、P2/J2、P3/J3連接器與各模塊相連接。VXI總線系統(tǒng)共有7類總線：VME計(jì)算機(jī)總線，時(shí)鐘和同步總線模塊識(shí)別總線，觸發(fā)總線模擬相加總線，局部總線電源線VXI總線的電氣結(jié)構(gòu)示意圖2.VME計(jì)算機(jī)總線VME計(jì)算機(jī)總線包含了數(shù)據(jù)傳輸總線、仲裁總線、優(yōu)先級(jí)中斷線和公用總線，這些總線都安排在P1連接器和P2連接器的中間一行引腳上。主要有：32位數(shù)據(jù)線D00~D3132為地址線A01~A316位地址修改線AM0~AM5，提供64種地址修改碼讀/寫WRITE中斷應(yīng)答IACK，中斷請(qǐng)求IRQ1~IRQ7地址選通AS長(zhǎng)字LWORD數(shù)據(jù)選通DS0，DS1數(shù)據(jù)傳送應(yīng)答DTACK電源線+5V，-12V，+12V仲裁總線仲裁總線主要包括下列信號(hào)線：總線請(qǐng)求線BR0*~BR3*總線允許輸入線BG0IN*~BG3IN*總線允許輸出線BG0OUT*~BG3OUT*總線忙線BBSY*總線清除線BCLR*優(yōu)先中斷總線VME總線系統(tǒng)最多可以有7級(jí)中斷，優(yōu)先中斷線包括：

·中斷請(qǐng)求線IRQ1*~IRQ7*；

·中斷應(yīng)答線LACK*；

·中斷應(yīng)答輸入線LACKIN*；

·中斷應(yīng)答輸出線LACKOUT*。

公用總線公用總線包括的信號(hào)線如下：系統(tǒng)時(shí)鐘線SYSCLK

序列時(shí)鐘線SERCLK

序列數(shù)據(jù)線SERDAT*

交流故障線ACFAIL*

系統(tǒng)復(fù)位線SYSRESET*

系統(tǒng)故障線SYSFAIL3.VXI增加的信號(hào)線

新定義的信號(hào)線位于P2和P3連接器上，包括：模塊識(shí)別線時(shí)鐘和同步線儀器觸發(fā)線模擬相加線局部總線電源線（1）模塊識(shí)別線MODIDMODID線用來(lái)檢測(cè)特定位置上的模塊是否存在，或者識(shí)別一個(gè)特定器件的物理槽位。這些線（MODID00~MODID12）源于VXI系統(tǒng)的0號(hào)槽模塊，分別接至1~12槽（的MODID）。

MODID線的用途有：①檢查各插槽中模塊是否存在，包括已有故障的模塊；②識(shí)別一個(gè)特定器件的物理位置（插槽號(hào)）；③用指示燈或其他方法指出模塊的實(shí)際物理位置；④檢測(cè)0槽模塊的位置是否正確。

（2）時(shí)鐘和同步線時(shí)鐘和同步線包括一個(gè)10MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘CLK10，一個(gè)與CLK10同步的100MHz時(shí)鐘CLK100和一個(gè)與CLK100上升沿同步的同步時(shí)鐘SYN100。SYN100主要用于多個(gè)器件之間準(zhǔn)確的時(shí)間配合，執(zhí)行群觸發(fā)功能。CLK10和CLK100、SYN100都源于0號(hào)槽模塊，分別分布于P2和P3連接器上。

（3）儀器觸發(fā)線為了適應(yīng)儀器的觸發(fā)、定時(shí)和消息傳遞的要求，VXI系統(tǒng)增加了3種觸發(fā)線：TTL、ECL和星型觸發(fā)線。

8條TTL觸發(fā)器TTLTRG0*~TTLTRG7*分布在P2連接器上，采用總線連接方式、集電極開路、負(fù)邏輯、TTL電平相容。

6條ECL觸發(fā)線ECLTRG0~ECLTRG5分布在P2和P3連接器上，主要作為模塊高速定時(shí)資源。

STARX和STARY星型觸發(fā)線分布在P3連接器上，用于模塊間的異步通信。

（4）模擬相加線相加總線SUMBUS是VXI系統(tǒng)背板上的一條模擬相加結(jié)點(diǎn)。該線通過一個(gè)50Ω的電阻接地，任何模塊都可利用模擬電流源驅(qū)動(dòng)該線，也可以借助高輸入阻抗接收器（如模擬放大器）從該線接收信號(hào)。

（5）電源線VXI總線系統(tǒng)的電源可為每個(gè)儀器模塊提供的最高功率為268W，通過VXI背板總線可以提供7種不同電壓：+5V，±12V，±24V，-5.2V，-2V。其中+5V，±12V是VME標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，±24V是為模擬電路設(shè)計(jì)的，-5.2V和-2V是為高速ECL電路設(shè)計(jì)的。另外，還提供了+5V直流備用電源，當(dāng)+5V直流電源關(guān)斷時(shí)，用于維持存儲(chǔ)器、時(shí)鐘等的工作。

2.2.3VXI器件、模塊與主機(jī)箱1.VXI器件

器件是組成VXI總線系統(tǒng)最基本的邏輯組件（或邏輯單元）。通常，一個(gè)器件占據(jù)一塊VXI模塊，但也允許在一個(gè)模塊上實(shí)現(xiàn)多個(gè)器件和一個(gè)器件占據(jù)多個(gè)模塊。器件之間的基本操作是信息傳輸。根據(jù)通信能力，VXI總線器件分為寄存器基器件、消息基器件、存儲(chǔ)器器件和擴(kuò)展器件4類。

①寄存器基器件寄存器基器件是具有最基本能力的VXI總線器件，這類器件只支持寄存器直接讀/寫協(xié)議，一般只配置VME總線的從模塊功能。一些要求極少智能或根本不要求智能的模塊，如簡(jiǎn)單的開關(guān)、數(shù)字I/O和簡(jiǎn)單的串行接口卡都屬于寄存器基器件。

②消息基器件

消息基器件是具有高級(jí)通信能力的器件，這類器件在系統(tǒng)組態(tài)層設(shè)置了一組可以由其他模塊訪問的“通信寄存器”，使該器件可通過某種特定的通信協(xié)議（如VXI總線字串行協(xié)議）與系統(tǒng)中的其他器件進(jìn)行通信。通常認(rèn)為消息基器件是包含CPU并能理解ASCII命令的智能器件，如數(shù)字式多用表、頻譜分析儀、GPIB-VXI接口器件等。

③存儲(chǔ)器器件存儲(chǔ)器器件是包含一定的存儲(chǔ)器器件特征的、類似寄存器基器件的VXI總線器件，如RAM、ROM等存儲(chǔ)器卡都是存儲(chǔ)器器件。

④擴(kuò)展器件擴(kuò)展器件是為了VXI未來(lái)發(fā)展而定義的，它允許將來(lái)設(shè)計(jì)更新種類的器件、支持更高級(jí)的通信協(xié)議。

2.VXI模塊VXI總線系統(tǒng)的最小物理單元是組建模塊。它由帶電子元器件和連接器的組件板、前面板和任選的屏蔽殼組成。從大小方面看，模塊有A，B，C，D四種規(guī)格。VXI總線連接典型VXI模塊3.VXI主機(jī)箱VXIorVME背板未屏蔽C尺寸模塊雙寬度帶屏蔽的D尺寸模塊電源冷確系統(tǒng)VXI總線主機(jī)箱VXI總線主機(jī)箱為保證各模塊恰當(dāng)?shù)剡B接到底板而設(shè)。底板的構(gòu)成它是一塊印制電路板，13個(gè)插槽（0～12），其上還有：P1、P2、P3三個(gè)96腳J型連接器和信號(hào)通路冷卻、通風(fēng)設(shè)備電源每個(gè)連接器分成A、B、C三行的歐式結(jié)構(gòu)，每行32個(gè)引腳。P1是各種模塊必須的，P2、P3可選。2.2.4VXI總線的通信協(xié)議1.通信層次劃分2.字串行協(xié)議字串行協(xié)議是串行地從一個(gè)固定地址向另一個(gè)固定地址傳送數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，它是基于全雙工UART的一種通用方式，每個(gè)操作都用雙向數(shù)據(jù)寄存器和一個(gè)響應(yīng)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。字串行通信有3種方式：字串行通信（16位）長(zhǎng)字串行通信（32位）擴(kuò)展長(zhǎng)字串行通信（48位）

3.字節(jié)傳輸協(xié)議字節(jié)傳輸協(xié)議是在命令者及其從者之間傳輸8位數(shù)據(jù)的一種手段，它使用字串行“字節(jié)有效”和“字節(jié)請(qǐng)求”命令?！白止?jié)有效”命令用于命令者向從者傳輸數(shù)據(jù)；“字節(jié)請(qǐng)求”命令用于從者向它的命令者傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)的傳輸是由從者響應(yīng)寄存器的DIRDY和DORDY位來(lái)控制的。

2.2.5VXI總線的系統(tǒng)資源系統(tǒng)共用資源包括：0號(hào)槽服務(wù)器件資源管理器0號(hào)槽服務(wù)器件

VXI總線主機(jī)箱有13個(gè)插槽，面對(duì)插入方向從左至右其編號(hào)為0～12。0號(hào)槽與其它槽有所不同，0槽器件主要用來(lái)給其所在的子系統(tǒng)中的1～12號(hào)槽提供公共系統(tǒng)資源，其中包括：通過P2連接器提供系統(tǒng)時(shí)鐘CLK10和模塊識(shí)別信號(hào)(MODID)通過P3連接器提供系統(tǒng)時(shí)鐘CLK100，也可以提供同步信號(hào)SYNC100及星形線STARX和STARY資源管理器資源管理器的主要任務(wù)是配置管理系統(tǒng)。資源管理器是一個(gè)命令者器件，邏輯地址為0，其它器件的邏輯地址不能設(shè)為0。它完成系統(tǒng)配置的主要內(nèi)容如下：1）器件識(shí)別：通過讀256個(gè)配置寄存器每一地址處的狀態(tài)寄存器來(lái)判斷有無(wú)相應(yīng)的器件2）系統(tǒng)的自檢管理：在所有器件完成自檢后，強(qiáng)制自檢失敗的器件進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，或用其它方法進(jìn)行診斷測(cè)試資源管理器3）配置系統(tǒng)地址圖：首先讀出每個(gè)器件的地址空間，然后給器件分配基地址偏移量，保證地址不重疊4）進(jìn)行命令者/從者分層：通過讀消息基器件的通信寄存器找出所有的命令者，確定從者區(qū)域大小，進(jìn)行分配5）分配中斷請(qǐng)求線：只對(duì)支持用軟件的方法來(lái)確定（對(duì)中斷請(qǐng)求線的使用具有可編程能力）的器件分配中斷請(qǐng)求線啟動(dòng)正常操作：完成上述過程后，發(fā)出開始正常操作命令給頂層命令者。至此，上電工作過程完成2.2.6VXI儀器系統(tǒng)

VXI總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)有：?jiǎn)蜟PU系統(tǒng)、多CPU系統(tǒng)、獨(dú)立系統(tǒng)和分層結(jié)構(gòu)儀器系統(tǒng)VXI總線系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)2.3PXI總線PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）是PCI（PeripheralComponentInterconnect）在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是與VXI總線并行的另一種模塊式儀器總線標(biāo)準(zhǔn)。它由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟在1997年制定，將CompactPCI（堅(jiān)固PCI）規(guī)范定義的PCI總線技術(shù)發(fā)展成適合于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的機(jī)械、電氣和軟件規(guī)范，從而產(chǎn)生了新的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。

2.3.1PXI規(guī)范的體系結(jié)構(gòu)PXI總線規(guī)范涵蓋了三大方面的內(nèi)容：機(jī)械規(guī)范、電氣規(guī)范和軟件規(guī)范

1.機(jī)械規(guī)范及特性PXI模塊的結(jié)構(gòu)尺寸與連接器如圖

2.電氣規(guī)范及特性PXI總線的電氣性能

3.軟件規(guī)范PXI的軟件要求包括支持MicrosoftWindowsNT和Windows2000這樣的標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)框架，要求所有模塊帶有配置信息（configurationinformation）和支持標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)開發(fā)環(huán)境（如NI的LabVIEW、LabWindows/CVI和Microsoft的VC/C++、VB和Borland的C++等），而且符合VISA規(guī)范的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（WIN32devicedrivers)。

2.3.2PXI儀器系統(tǒng)

NI的高性能PXI機(jī)箱和控制器多總線混合測(cè)試系統(tǒng)混合測(cè)試系統(tǒng)采用外接計(jì)算機(jī)控制，通過MXI-3接口連接PXI系統(tǒng)和VXI系統(tǒng)，PXI系統(tǒng)中的GPIB接口還可以用來(lái)連接GPIB儀器。

PXI嵌入式控制PXI嵌入式控制器PXI-8105PXI外部模塊模擬輸入和輸出

邊界掃描

總線接口和通信

數(shù)字輸入和輸出

數(shù)字信號(hào)處理

功能測(cè)試和診斷

圖像采集

原型設(shè)計(jì)板卡

儀器

運(yùn)動(dòng)控制

接收器內(nèi)互連設(shè)備

開關(guān)

定時(shí)輸入和輸出

2.4LXI總線為了更好地研發(fā)自動(dòng)測(cè)量?jī)x器系統(tǒng),安捷倫技術(shù)公司和VXI科技公司于2005年9月聯(lián)合推出了新一代基于局域網(wǎng)（LocalAreaNetworks，LAN）的模塊化平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)LXI（LANeXtensionsforInstrumentation）。LXI基于著名的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)（Ethernet）技術(shù)，擴(kuò)展了儀器需要的語(yǔ)言、命令、協(xié)議等內(nèi)容，構(gòu)成了一種適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)。2.4.1LXI的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)LXI的特點(diǎn)：開放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)向后兼容性成本低廉互操作性及時(shí)方便地引入新技術(shù)LXI模塊化儀器的優(yōu)勢(shì)（1）集成更為方便，不需要專用的機(jī)箱和0槽計(jì)算機(jī)；（2）可以利用網(wǎng)絡(luò)界面精心操作，不需要編程和其他虛擬面板；（3）連接和使用更為方便，可以利用通用的軟件進(jìn)行系統(tǒng)編程；（4）非常容易實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)計(jì)量和故障診斷；（5）靈活性強(qiáng)，可以作為