Линии синхронизации шины GPIB

Программирование измерительных устройств с интерфейсом GPIB

Цель лабораторной работы

Целью работы является изучение интерфейса GPIB (КОП) и принципов построения цифровых измерительных систем на его основе, а также получение навыков программирования указанного интерфейса в среде LabVIEW.

Интерфейс GPIB (КОП)

Интерфейс GeneralPurposeInterfaceBus (GPIB) появился в 60-х годах прошлого века, это цифровой, параллельный 8-битный интерфейс связи, со скоростью передачи данных от 1 Мбайт/сек и выше (стандарт HS-488 – 8 Мбайт/с).

Интерфейс GPIB был стандартизован американским Институтом инженеров электротехнической и электронной промышленности (IEEE). Стандарт ANSI/IEEE 488.1-1987 описывает интерфейс для связи между приборами и контроллерами различных производителей. Он содержит информацию об электрических, механических и функциональных параметрах. Аналогичный российский стандарт называется каналом общего пользования (КОП). Стандарт ANSI/IEEE 488.2-1992, определяющий состав и порядок передачи команд по шине, стал продолжением и расширением стандарта 488.1.

Шина IEEE-488 является надежным и эффективным каналом передачи данных. Поскольку шина IEEE-488 хорошо стандартизована и протестирована, большинство производителей автоматизированных измерительных систем и средств измерений продолжают встраивать в свои изделия интерфейсы GPIB в качестве основного канала передачи данных.

Шина GPIB состоит из 24 проводов: 8 линий данных, 5 линий управления шиной, 3 линии синхронизации (или квитирования) и 8 линий земли. Отличием от других стандартных интерфейсов является то, что линии данных DIO1...DIO8 пронумерованы от 1 до 8, а не от 0 до 7. В GPIB используется побайтная асинхронная схема передачи данных. Так как единицей данных является байт, в большинстве случаев для передачи данных по шине используются сообщения, состоящие из символов в кодировке ASCII. Все сигнальные линии используют отрицательную логику: положительное напряжение интерпретируется как логический ноль, а отрицательное - как логическая единица. Конкретные значения напряжений для логического нуля и единицы определены стандартом IEEE-488.1.

Каждое устройство GPIB в измерительной системе должно иметь уникальный номер от 0 до 30. Обычно номер 0 присваивается контроллеру GPIB, а номера от 1 до 30 доступны для средств измерений. Все устройства GPIB делятся на три типа: «слушатели», «говорящие» и контроллеры (listeners, talkers, controllers). В каждый конкретный момент времени в состоянии «говорящий» может быть одно и только одно устройство, в то время как в состоянии «слушатель» может быть много устройств. Контроллер выполняет функции арбитра и определяет, какие из устройств в данный момент находятся в состоянии «говорящий» и «слушатель».

Три линии синхронизации (смотреть таблицу 1) обеспечивают передачу данных и команд и гарантированный прием данных всеми устройствами типа «слушатель» в надлежащее время.

Процедура обмена данными при асинхронном обмене происходит следующим образом (смотреть рисунок 1).

1. В исходном состоянии «говорящий» ожидает готовности «слушателей» к приему следующего байта сообщения. «Говорящий» при этом поддерживает высокий уровень на шине DAV (СД).

2. «Слушатели» при готовности к приему поднимают уровень сигнала NRFD (ГП) при низком уровне сигнала NDAC (ДП). За счет включения по схеме «монтажное ИЛИ» высокий уровень сигнала NRFD (ГП) определяется самым медленным устройством из числа «слушателей» (момент t1 на рисунке1).

3. «Говорящий» фиксирует высокий уровень шины NRFD (ГП) при низком уровне шины NDAC (ДП) как готовность «слушателей» к обмену и выставляет на шину данных следующий байт данных.

4. «Говорящий» фиксирует корректность информации на шине данных и опускает уровень сигнала на шине DAV (СД) (момент t2 на рисунке 1).

Таблица 1

Линии синхронизации шины GPIB

4. «Говорящий» фиксирует корректность информации на шине данных и опускает уровень сигнала на шине DAV (СД) (момент t2 на рисунке 1).

5. «Слушатель» фиксирует низкий уровень шины DAV (СД) и начинает приём информации с шины данных, опуская уровень сигнала на шине NRFD (ГП) (момент t3 на рисунке 1).

6. «Слушатель» фиксирует информацию на шине данных и шине управления для правильной идентификации полученных данных. Затем он идентифицирует принятые данные, поднимая уровень сигнала на шине NDAC (ДП).

Рисунок 1 - Временная диаграмма обмена данными

За счет включения по схеме «монтажное ИЛИ» высокий уровень сигнала NDAC (ДП) определяется самым медленным устройством из числа «слушателей» (момент t4 на рисунке 1).

7. «Говорящий» в ответ на высокий уровень шины NDACподнимает уровень сигнала на шине DAV (момент времени t5 на рисунке 1). Высокий уровеньна шине DAV разрешает «говорящему» снять информационный байт с шины данных, что означает перевод шины данных в пассивное состояние.

8. «Слушатель» в ответ на высокий уровень шины DAV опускает уровень сигнала на шине NDAC (ДП) и переходит к дешифрации полученных данных и выполнению полученных команд.

9. После завершения интерпретации полученных данных и по мере готовности «слушателей» к возобновлению обмена по шине GPIB «слушатели» поднимают уровень сигнала на шине NRFD, сигнализируя о готовности к приёму следующей информационной посылки(байта).

Устройство типа «говорящий» помещает новые данные на шину тогда, когда все устройства типа «слушатель» готовы к приему. Тем самым, процедура синхронизации гарантирует, что скорость передачи данных по шине не превышает скорость их обработки самым медленным из слушателей. Это нужно иметь в виду при использовании GPIB для соединения устройств, работающих с разной скоростью.

Пять линий управления интерфейсом (смотреть таблицу 2) сообщают устройствам, присоединенным к шине, какие действия предпринимать, в каком режиме находиться и как реагировать на команды GPIB.

Поиск источника запроса на обслуживаниеосуществляется следующим образом.Сигнал SRQ (ЗО) является общим для всех приборов, подключенных к шине GPIB, за исключением контроллера. При этом для контроллера после получения сигнала SRQ возникает вопрос об идентификации прибора, требующего обслуживания (выставившего сигнал SRQ (ЗО) на шину).

Таблица 2