智能測試系統(tǒng)-第3章GPIB總線測試系統(tǒng)

第3章GPIB總線測試系統(tǒng)第3章GPIB總線測試系統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容GPIB特性GPIB結(jié)構(gòu)GPIB接口功能GPIB測試系統(tǒng)組建方法

GPIB概述（GeneralPurposeInterfaceBus）是國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HP公司提出，后被美國電氣與電子工程師協(xié)會(IEEE)和國際電工委員會(IEC)接受為程控儀器和自動測控系統(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。GPIB發(fā)展HP設(shè)計(jì)HP-IB196519751987199019921993HP-IB成為IEEE488IEEE488.1-1987IEEE488.2SCPI被引入IEEE488NI提出HS488StandardCommandsforProgrammableInstruments修訂IEEE488.2信號源AFG310主控機(jī)DUT示波器GPIBGPIB總線應(yīng)用描述3.1GPIB的基本特性①設(shè)備容量設(shè)備容量是指GPIB接口系統(tǒng)中儀器和計(jì)算機(jī)的總?cè)萘?，通常可連接的儀器數(shù)目最多為15臺；②傳輸距離互連電纜的傳輸路經(jīng)總長不超過20m，或者裝置數(shù)目與裝置之間距離的乘積不超過20m；③數(shù)傳速度最高可達(dá)1Mbyte/s；④地址容量GPIB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用5個比特位的編碼來表示地址，地址容量為31個；⑤信息邏輯總線上信息邏輯采用負(fù)邏輯，規(guī)定：低電平（≦+0.8V）為邏輯“1”，高電平（≥+2.0V）為邏輯“0”；⑥數(shù)傳方式數(shù)據(jù)傳輸方式可以為：字節(jié)串行、位并行，雙向異步傳輸。3.2GPIB總線結(jié)構(gòu)GPIB總線是一條24芯的無源電纜線，其中16條為信號線，其余用作邏輯地或外屏蔽。1.GPIB器件采用GPIB總線互連的儀器、設(shè)備是多種多樣的，它們有的很復(fù)雜，像計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)分析儀等，有的很簡單，如開關(guān)器、衰減器等。但從測試系統(tǒng)組建的角度出發(fā)，它們都是系統(tǒng)中的一個邏輯單元，僅是測試功能不同而已；為了簡單和統(tǒng)一起見，把這些復(fù)雜程度和功能能力不同的、執(zhí)行IEEE488.2協(xié)議的各種設(shè)備統(tǒng)稱為“GPIB器件”；簡單的說，凡配備了GPIB接口的獨(dú)立裝置統(tǒng)稱為器件。器件職能在GPIB系統(tǒng)中，不同的器件承擔(dān)著不同的任務(wù)，行使不同的職能，這些職能可歸納為控者、講者和聽者職能。①控者職能控者是對系統(tǒng)進(jìn)行控制的設(shè)備，具有控制整個系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作的能力；②講者職能講者是通過接口發(fā)送各種數(shù)據(jù)和信息的設(shè)備；③聽者職能聽者是能夠通過接口接收數(shù)據(jù)的儀器設(shè)備。2.GPIB總線描述引腳分布16條信號線按功能分為：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應(yīng)關(guān)系：

10:SRQ11:ATN12:機(jī)殼地13~16:DIO5~DIO817:REN18~24:地1~4：DIO1~DIO45:EOI6:DAV7:NRFD8:NDAC9:IFC3.三線掛鉤原理系統(tǒng)內(nèi)部每傳送一個字節(jié)信息都有一次三線聯(lián)絡(luò)的過程，其時序如圖。4.總線電纜及電纜接頭總線為24芯電纜:16條信號線，8根地址線，24芯簧片插頭座。5.程控儀器的地址要實(shí)現(xiàn)程控，系統(tǒng)中每一臺儀器都必須有一個地址，控者可以通過尋址方法指令誰為講者，誰為聽者；一臺程控儀器可以被分配一個或多個聽地址，當(dāng)控者呼喚到該儀器的某個聽地址時，儀器就被受命為聽者；儀器還可以分配一個或多個講地址，當(dāng)控者尋址到該講地址時，儀器就被受命為講者。地址碼的規(guī)定GPIB接口系統(tǒng)中尋址是用DIO7~DIO1進(jìn)行的。其中DIO7，DIO6表示哪種類型地址，DIO5~DIO1則可組成31個器件講地址，31個聽地址和31個副地址（11111除外）。副地址跟在講地址和聽地址后面構(gòu)成擴(kuò)展地址，不能單獨(dú)使用。程控儀器的地址設(shè)置其中用5只開關(guān)作為儀器地址的設(shè)置開關(guān)，它對應(yīng)總線的DIO5~DIO1。開關(guān)“ON”時為邏輯1，“OFF”時為邏輯0。當(dāng)GPIBON處在ON位置時，儀器處于遠(yuǎn)控工作方式。

3.3GPIB接口功能①聽功能(L)：接收信號、數(shù)據(jù)；②講功能(T)：發(fā)送信號、數(shù)據(jù)；③控功能(C)：通過微處理器發(fā)布各種命令；④源握手功能(SH)：為講功能和控功能服務(wù)；⑤受握手功能(AH)：為聽功能服務(wù)；⑥服務(wù)請求功能(SR)：量程溢出、震蕩器停止等意外故障發(fā)生時，主動向控者提出請求，以進(jìn)行相應(yīng)處理；⑦并行點(diǎn)名功能(PP)：快速查詢請求服務(wù)裝置，速度快；⑧遠(yuǎn)地/本地功能(RL)：選擇遠(yuǎn)地或本地工作方式；⑨器件觸發(fā)功能(DT)：產(chǎn)生一個內(nèi)部觸發(fā)信號，以啟動有關(guān)儀器功能進(jìn)行工作；⑩器件清除功能(DC)：產(chǎn)生一個內(nèi)部清除信號，使某儀器功能回到初始狀態(tài)。3.4GPIB消息分類與性質(zhì)消息：在GPIB接口系統(tǒng)中，在總線上傳送的所有信息統(tǒng)稱為消息；按消息的用途，消息可分為接口消息和器件消息；按消息傳送路徑的不同，消息可分為遠(yuǎn)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總線本地消息本地消息1.接口消息接口消息是用于實(shí)現(xiàn)并管理各種接口功能的控制、掛鉤和命令等信息的總稱。它只能被接口本身所接收和使用；單線消息：用專線傳送的消息稱為單線消息。它們是：ATN，IFC，REN，DAV，NDAC，NRFD，SRQ和EOI。

多線消息：用多條DIO線傳送的消息稱為多線消息。

多線接口消息多線接口消息有：通令指令副令地址四類它們都是系統(tǒng)中作為控者的設(shè)備發(fā)布的，用作對其他儀器設(shè)備的管理信息。（1）通令（UniversalCommand）通令：所有器件必需接收的命令。通令的7位騙碼格式為：其中高三位恒為001，低四位表示不同通令的編碼。（2）指令(AddressedCommand)指令：指定系統(tǒng)中一個或幾個器件接收的命令。編碼格式為：其中低四位表示不同的編碼。（3）副令(SecondaryCommand)副令：在指令后緊跟著發(fā)出的補(bǔ)充命令，供指令指定的器件接收。有2條：

1）并行點(diǎn)名可能（ParallelPollEnable，PPE）

PPE副令是PPC命令的補(bǔ)充，其作用是使接口具體執(zhí)行安排并行點(diǎn)名的消息。PPE的編碼格式為：×110SP3P2P1

2）并行點(diǎn)名不可能（ParallelPolldisable，PPD）

PPD副令也是PPC命令的補(bǔ)充。PPC命令已使被尋址儀器安排并行點(diǎn)名，其后再補(bǔ)充副令PPD，則使已安排并行點(diǎn)名的儀器脫離并行點(diǎn)名工作方式，不參加這次點(diǎn)名活動。PPD編碼格式為：×111×

×

×

×（4）地址(Address)地址：控者發(fā)出的器件的聽地址或講地址。三種：我的講地址(MyTalkAddress,MTA)我的聽地址(MyListenAddress,MLA)我的副地址(MySecondaryAddress,MSA)其編碼格式為：2.器件消息器件消息：在儀器功能單元之間通過總線傳送的消息，也稱儀器消息或設(shè)備消息。它們只與儀器本身的功能有關(guān)，雖然也通過接口總線傳遞，但它穿越接口功能區(qū)，僅為器件功能所接收和使用。常見的器件消息有：①對器件的控制命令，如選擇數(shù)字電壓表的量程；②設(shè)置器件的工作狀態(tài)，如忙、閑、準(zhǔn)備等；③獲取器件的測量結(jié)果數(shù)據(jù)，如獲取測量結(jié)果、顯示測量數(shù)據(jù)等。3.遠(yuǎn)地消息和本地消息遠(yuǎn)地消息：是指經(jīng)過GPIB總線傳遞的消息。它可以是接口消息，也可以是器件消息。在GPIB接口系統(tǒng)中，遠(yuǎn)地消息用大寫字母表示，如ATN（注意）、SRQ（服務(wù)請求）MLA（我的聽地址），LLO（封鎖本地）等。它僅在儀器設(shè)備內(nèi)部傳送，可以是測量、掛鉤、數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)處理等消息。本地消息用小寫字母表示，如rdy（準(zhǔn)備好）、lon（只聽）、ton（只講）、pon（開機(jī)）等，它們不會進(jìn)入總線。本地消息：是指一臺儀器內(nèi)部接口功能單元與儀器功能單元之間傳遞的消息。3.5GPIB接口設(shè)計(jì)PC總線BDIRBUSBUFBUSBUFBDIRBUSBUFDBABCB接口功能GPIB總線收發(fā)器GPIBGPIB總線收發(fā)器DIO管理線掛鉤線管理線掛鉤線DIO地址開關(guān)譯碼器控制邏輯中斷邏輯DMA邏輯接口功能集成IC專用集成電路：uPD7210MC68488TMS9914INTEL8291/8292/8293NAT9914以NI公司的NAT9914芯片為例作介紹。1.GPIB接口芯片NAT9914性能介紹

（1）與TMS9914的管腳兼容，與TMS9914，μPD7210控制功能的軟件兼容，但增加了控制的靈活性，低功耗設(shè)計(jì)；（2）能實(shí)現(xiàn)GPIB的十大接口功能；（3）數(shù)據(jù)發(fā)送速率可編程（T1可選350ns，500ns，l.lμs和2μs）；（4）外部時鐘可編程，最高可達(dá)20MHz；（5）自動處理IEEE488命令和未定義命令，滿足IEEE488.2的附加要求和協(xié)議，包括具有總線監(jiān)控，推薦的服務(wù)請求模式，無聽者時不發(fā)送消息的工作模式；（6）TTL電平，和CMOS器件兼容；（7）軟件可編程兩種工作方式：7210模式和9914模式。2.NAT9914引腳功能面向微處理器的信號線共19條;面向GPIB總線的信號線共19條;TE：發(fā)送/接收控制線，控制數(shù)據(jù)傳送方向。當(dāng)TE為低電平時，NAT9914從GPIB總線上接收數(shù)據(jù)；當(dāng)TE為高電平時，NAT9914向GPIB總線發(fā)送數(shù)據(jù)；TR：觸發(fā)信號線/cont：控制總線管理信號，用于控制總線信號的傳遞方向。

3.NAT9914內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部包含兩大功能電路。一部分是面對GPIB總線的各種接口功能，包括講、聽、控等10種功能的電路以及各種命令譯碼器和緩沖器等。面向微處理器的電路是25個可尋址寄存器。如果按用途來分，NAT9914的內(nèi)部寄存器可分為以下幾類。數(shù)據(jù)類寄存器，如數(shù)據(jù)輸入寄存器(DIR)中斷類寄存器，如中斷狀態(tài)寄存器0

(ISR0)查詢類寄存器，如串行查詢模式寄存器(SPMR)地址類寄存器，如地址狀態(tài)寄存器(ADSR)其它類型寄存器，如輔助命令寄存器(AUXCR)9914模式接口寄存器4.GPIB總線收/發(fā)器SN75160BN引腳圖SN75162BN引腳圖SN75160BN為數(shù)據(jù)總線的收發(fā)器件,SN75162BN為控制總線收發(fā)器。5.GPIB接口電路設(shè)計(jì)原理框圖原理電路圖GPIB接口卡應(yīng)用3.6GPIB測試系統(tǒng)組建方法GPIB系統(tǒng)是通過GPIB總線將各GPIB設(shè)備相互連接起來而組成的，GPIB系統(tǒng)的測試任務(wù)則由GPIB控者通過執(zhí)行測試程序來完成。測試程序是由GPIB系統(tǒng)的各種單線、多線消息，根據(jù)測試任務(wù)的具體要求編排而成。3.6.1GPIB測試系統(tǒng)的連接方式GPIB設(shè)備的串行連接GPIB設(shè)備的星型連接3.6.2GPIB測試系統(tǒng)的組建方法分析測試對象；明確測試任務(wù)；制定系統(tǒng)方案；選擇GPIB儀器和控制器；系統(tǒng)連接、組裝；測試軟件的編制和調(diào)試；文件編寫等。組建一個GPIB測試系統(tǒng)的基本步驟是:GPIB總線系統(tǒng)的組建方案

（1）無控者組建方案GPIB總線系統(tǒng)的組建方案（2）有控者組建方案3.6.3GPIB測試系統(tǒng)組建舉例基于GPIB的直流電源測試系統(tǒng)

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，儀器設(shè)備廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。在這些儀器設(shè)備中，電源是不可缺少的一部分，而且所有的儀器設(shè)備要正常發(fā)揮其性能，都離不開穩(wěn)定可靠的電源供給電能，所以電源的性能和品質(zhì)將直接影響儀器設(shè)備的性能。因此，為了保證電源的性能和品質(zhì)及其使用的可靠，就需要對電源的各項(xiàng)功能進(jìn)行全面測試。

1.直流電源測試參數(shù)

(1)電壓：置被測電源輸出要求的電壓值，加載電子負(fù)載，測量電子負(fù)載上的電壓值。U1為電源輸出電壓值，U2為電子負(fù)載上測量的電壓值。

(2)電流：置被測電源輸出要求的電壓值，加載恒流電子負(fù)載，使被檢電源輸出要求的電流值，測量電子負(fù)載上的電流值。I1為電源輸出設(shè)置電流值，I2為電子負(fù)載上測量的電流值。

(3)負(fù)載調(diào)整率：是指被測電源輸入電壓Us（常為220V）不變時，負(fù)載電流I0變化引起的U0變化。U0為負(fù)載電流為額定值時的輸出直流電壓值，U01為空載時的輸出直流電壓值直流電源測試參數(shù)(4)電壓調(diào)整率：是指被測電源負(fù)載不變（即負(fù)載電流I0不變）的條件下，交流電源電壓變化±10%時，其輸出直流電壓變化的相對值。(6)效率：電源效率是指被測電源電能利用率，也就是電源從外部吸收功率與向負(fù)載輸出功率兩者之的比值。U0為Us=220V時的輸出直流電壓值，U01指Us變化±10%時的輸出電壓值

(5)紋波：紋波的定義是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號，一般用雜波的峰-峰值來度量。為輸入端的功率因數(shù)

2.測試系統(tǒng)的硬件組建

（1）NIPCI-GPIB控制接口卡

NIPCI-GPIB控制接口卡采用PCI總線技術(shù)，支持即插即用，支持Windows2000/XP等操作系統(tǒng)，與IEEE488.2完全的兼容性。（2）TDS220數(shù)字示波器

TDS220是泰克公司生產(chǎn)的帶GPIB接口卡的數(shù)字示波器，帶寬為100MHz，2通道，單通道最大采樣率為1MSa/s，最大記錄長度為2500pt/s。

（3）Agilent34401A數(shù)字多用表

Agilent34401A是帶有GPIB與RS232標(biāo)準(zhǔn)接口的6位半數(shù)字多用表，電壓側(cè)量范圍寬，可對輸入電壓進(jìn)行等間隔采樣。

（4）Agilent6545A程控直流電源

Agilent6545A單路輸出電源可通過前面板或遠(yuǎn)地編程以模擬方式控制輸出電壓和電流，額定輸出電壓0~120V，額定輸出電流0~1.5A，編程精度：電