1、GPIB教程人們總是從廣泛使用的電子技術中來發明新的儀器的,移動的時鐘指針首先被用在模擬表頭上,從最早的收音機的可變電容、可變電阻和電子管人們又造出了最早的電子儀器,電視這種顯示技術又導致了示波器和分析儀的廣泛使用等。今天高效和強力的卓面和筆記本電腦正在為新型的假想儀器鋪平道路。假想儀器是利用計算機的功能和低價的特點,由人們設計出來的滿足特殊需要的、使用計算機作為儀器的一種儀器。 假想儀器的關鍵在于軟件,應用軟件可以使人們造出功能強大的假想儀器,利用計算機的巨大容量和各種應用方式,提高儀器的靈活性、再用能力和重構能力等,通過這樣極大的增強了儀器的性能,而同時又盡量的減少了開發和維護方面的開支。

2、假想儀器的基礎介紹:1965年惠普公司設計了惠普接口總線(HP-IB),用于把它們的可編程系列儀器和計算機連接起來,由于這個總線的傳輸速率比較高(1M字節/秒),很快就得到了普及,之后并被作為IEEE的標準IEEE488-1975,并演變成了ANSI/IEEE488.1-1987標準。現在一般多用的是通用目的接口總線(GPIB)了,而不用HP-IB。ANSI/IEEE488.2-1987標準增強了原來的標準,它精確的定義了控制器和儀器之間應如何進行通訊,可編程儀器標準指令(SCPI)采納了IEEE488.2定義的指令結構,并制定了一個獨特的可以和任何SCPI儀器一起使用的編程指令集。GPIB信

3、息類型GPIB是通過接口系統發送出設備相關的信息和接口信息來和其它GPIB設備進行通訊的。設備相關的信息,又被稱做數據或數據信息,它包含有設備特征信息,例如編程指令、測量結果、機器狀態和數據文件等。接口信息是管理總線的,通常又叫指令或指令信息,接口信息的作用是對總線進行初始化,對設備尋址或去設備址,和設定設備的遠程或本地編程模式。這里所使用的指令是不能和其它設備的具體指令混淆的,只要說到GPIB接口,設備的具體指令就是數據信息了。講話者、聽者和控制器GPIB設備可能是講話者、聽者或者是控制器,講話者總是向一個或者多個聽者發送數據信息,聽者接收這個數據,控制器在GPIB上通過向所有設備發送指令管

4、理著這個信息。一個數字萬用表,既是一個講話者又是一個聽者。GPIB有點像普通的計算機總線,不同的是計算機的電路板都是通過主板內連的,而GPIB卻有一個獨立的設備,是通過標準電纜內連的。GPIB控制器的作用可以和計算機的CPU作用來相比,但是如果用電話的交換機來比的話可能更合適一些。交換機(控制器)監視著網絡(GPIB)的通訊,當交換機(控制器)注意到有一個客方(設備)要呼叫時(發送一個數據信息),它就把呼叫者(講話者)和接受者(聽者)連起來。控制器通常在講話者能把自己信息發送給聽者之前就把講話者和聽者的地址確定好了(或者使它們能夠),在發送出這個信息后,控制器就可以給其它講話者和聽者確定地址了

5、。有些GPIB設備不需要控制器,例如,一個設備總是講話者,又稱做是只講設備,當它和一個或多個只聽設備連在一起時,就不需要控制器。只有當被激活了的或者確定了地址的講話者或聽者要改變身份時,就必須使用控制器,通常由計算機來處理控制器的功能。裝有合適硬件和軟件的計算機可以起到講話者/聽者和控制器的作用的。責任控制器和系統控制器GPIB可能有數個控制器,但是在任何時候只能有一個責任控制器(CIC),可以用現在的責任控制器(CIC)來激活一個空閑的控制器來作為責任控制器的,但只有系統控制器才能使自己成為責任控制器(CIC)。GPIB信號和線結構GPIB接口系統是由16個信號線和8個回地或者屏流線組成的,

6、下面講到的16個信號線,又分成了3組,8根數據線,3根握手線和5根接口管理線。數據線8根數據線,從DI01到DI08,既送數據又送指令,用ATTENTION(ATN)線的狀態來確定是數據信息還是指令信息,所有指令和絕大多數數據都使用7位ASCII或ISO碼集,在這種情況下,第8位的DI08,要么不使用,要么做奇偶校驗用。握手線這3根線異步控制著設備之間的信息字節的傳輸,把這個過程稱做是3線內鎖握手,它可以保證數據線發送和接受的信息字節不會出現傳輸錯誤。NRFD(數據未準備好)-指出一個設備已經準備就緒來接收一個字節或還沒有準備就緒,這根線在接收指令時是被所有的設備驅動的,在接收數據信息時是被所

7、有聽者驅動的,當使能HS488協議時,是被所有講話者驅動的。NDAC(未接收到數據)-指出一個設備已經接收到了一個信息字節或還沒有接收到,這根線在接收指令時是被所有的設備驅動的,在接收數據信息時是被所有聽者驅動的。DAV(有數據)-當數據線上的信號穩定時,告訴設備可以安全的接收了。當控制器發送指令時它就驅動DAV,當講話者發送數據信息時,講話者驅動DAV。接口管理線共有5根線管理著接口的信息流:ATN(注意)-當控制器要用數據線發送指令時,它驅動ATN為真,當一個講話者可以發送數據信息時,控制器驅動ATN為偽。IFC(清接口)-系統控制器驅動IFC線對總線進行初始化并成為責任控制器。REN(遠

8、控使能)-系統控制器驅動REN線可以使設備成為遠程模式或本地模式。SRQ(服務請求)-任何設備都可以驅動SQR線,異步向控制器請求服務。EOI(結束或確認)-EOI線有兩個作用,講話者用EOI線來標注一個信息串的結束,控制器使用EOI線來告訴設備在一個并行協商區內確認它們的響應。電氣物理特性設備一般都是用24芯電纜連在一起的,一端是插頭形式,一端是插座形式,可以用線性連接方式、星形連接方式或兩者組合的連接方式。星型連接方式線型連接方式標準的連接器是Amphenol或Cinch系列57微帶型或是AMPCHAMP型的,在有特殊內連的應用中,可以采用非標準電纜或非標準連接器的適配器電纜。數據線端子標

9、記DIO11DIO22DIO33DIO44DIO513DIO614DIO715DIO816管理線端子標記IFC9REN17ATN11SRQ10EOI5握手線端子標記DAV6NRFD7NDAC8GPIB連接器和信號標記方法GPIB使用標準TTL電平的負邏輯,例如,當DAV為真時,它是TTL低電平(=2.0V)。結構要求為了達到GPIB所設計的高數據傳輸率,設備之間的實際距離和總線上的設備數目都有一定的限制。正常工作時的典型限制是:任何兩個設備之間最大分開不得超過4米,整個總線上平均分開2米。最大電纜長度是20米。每一總線連接不得有超過15個設備負載,且工作的設備不得少于三分之二。對更高速率,采用

10、3線IEEE488.1握手(T1延時=350納秒),HS488的系統,限制條件是:最大電纜長度是15米,每設備負載1米。所有設備必須上電。所有設備必須使用48毫安三態驅動器。每一信號的設備電容應小于50皮法。IEEE488.2和SCPIIEEE488.2和SCPI標準主要是針對原來的IEEE488標準中的限制和含糊而言的,用IEEE488.2有可能設計出更適配和更具生產性的測試系統。SCPI簡化了編程工作,它定義了一套獨特的具有廣泛意義的給可編程儀器用的指令集,與類型和制造商無關。EEE488、IEEE488.2和SCPI標準。GPIB儀器標準的進化現在我們稱作IEEE488.1的ANSI/I

11、EEE488-1975標準,大大的簡化了可編程儀器的內連,它清楚的定義了機械、電氣和硬件協議特征,首次使不同制造商的儀器用標準電纜內連在一起了,盡管這個標準在改進測試工程師的生產能力方面已經走了很長的路,但這個標準仍有許多缺陷。特別是IEEE488.1并沒有指出數據格式、狀態報告、信息交換協議、共通結構指令或設備特點指令。這樣一來,每一個制造商都以不同方法履行這些項目,使得測試系統開發者面臨巨大的開發任務。IEEE488.2擴大和增進了IEEE488.1,它標準化了數據格式、狀態報告、糾錯、控制器功能和共通指令,這個指令是所有儀器必須以一種定義了的方式進行響應的。通過這樣的標準化,IEEE48

12、8.2系統更適配和更可依賴了。IEEE488.2主要集中于軟件協議方面,保持了和傾向于硬件的IEEE488.1標準的適配性。建立在IEEE488.2標準之上的SCPI,定義了設備特征指令,標準化了可編程儀器。SCPI系統編程更容易,維護更容易。在大多數情況下,你可以內換或升級儀器而不必去改變測試程序。SCPI和IEEE488.2的結合給我們提供了有意義的生產增益,它給我們了一個非常清楚的軟件標準,就像是IEEE488.1對硬件一樣。IEEE488.2由于IEEE488.2-1987強調解決了原始IEEE488標準中出現的問題,因此使得人們更容易接受IEEE488總線而且使這種總線的應用增長到了

13、一個新水平。IEEE488.2把文本定在仍舊與現存的IEEE488.1標準適配的前提之上,在IEEE488.2控制器和儀器之間通訊的特征上,它給出的超越概念是精細的講話和可原諒的聽,換一句話說,就是IEEE488.2精確的定義了怎樣在IEEE488.2控制器和IEEE488.2儀器之間講話,通過這樣,一個完整的IEEE488.2適配系統是高度可靠和有效的,同時這個標準也要求IEEE488.2設備能夠和現存的IEEE488.1設備在一起工作,可以作為一個聽者來接收其廣泛的指令和數據格式。控制器雖然IEEE488.2對控制器的沖擊比對儀器的少,但是對控制器也要求有幾個條件和可以選擇進行改進的,這些

14、使IEEE488.2控制器成為測試系統不可缺少的元件。IEEE488.2精確的定義了IEEE488.2控制器發送指令和數據的方法和附加功能。正是這些IEEE488.2控制器條件,使儀器制造商能設計出更合適和高效的儀器,這個標準化給測試系統開發者帶來的好處是開發時間縮短和開發價格更低,主要是它解決了由于儀器不適配,不同的指令結構和數據格式所帶來的問題。IEEE488.2控制器條件IEEE488.2對控制器定義了許多條件,包括有一套正確的IEEE488.1接口能力,例如給接口清0線施加100毫微秒的脈沖,設定和檢測EOI,設定和確認REN線,檢測SRQ線的狀態和傳輸,檢測NDAC的狀態和對任何I/

15、O傳輸進行限制超時,其它的控制器的關鍵條件是總線控制序列和總線協議。IEEE488.2控制序列IEEE488.2標準定義的有控制序列,這個控制序列給出了發自控制器的正確的IEEE488.1信息和多重信息時的順序。有15個必須的控制序列和有四個可選擇的控制序列。描述控制序列條件發送ATN真指令,SENDCOMMAND強制發送數據的地址,SENDSETUP強制發送ATN偽指令,SENDDATABYTES強制發送一個程序信息,SEND強制發送接收數據的地址,RECEIVESETUP強制接收ATN偽數據,RECEIVE/RESPONSEMESSAGE強制接收一個響應信息,RECEIVE強制給IFC線施

16、加脈沖,SENDIFC強制使設備為DCAS,DEVICECLEAR強制使設備為本地狀態,ENABLELOCALCONTROLS強制使設備為遠程但本地鎖狀態,SETRWLS強制使設備為本地鎖狀態,SENDLLO強制讀IEEE488.1狀態字節,READSTATUSBYTE強制發送組執行觸發器(GET)信息,TRIGGER強制把控制交給另一個設備,PASSCONTROL可選引導一個并行協商,PERFORMPARALLELPOLL可選構造設備的并行協商響應,PARALLELPOLLCONFIGURE可選去掉設備的并行協商能力,PARALLELPOLLUNCONFIGURE可選IEEE488.2必須的

17、和可選擇的控制序列IEEE488.2控制序列描述了GPIB的正確狀態和每一個定義操作的指令信息的順序,IEEE488.2控制序列消除了可能的總線條件的含糊性,這樣儀器和控制器匹配的更好了。由于正確的定義了總線狀態和設備怎樣響應特殊信息,IEEE488.2解決了這樣的問題。IEEE488.2協議協議就是高一級的套路,它把許多控制序列組合在一起來執行共同的測試系統操作。IEEE488.2定義了兩個必須的協議和六個可選擇的協議。關鍵字名稱條件RESET重設系統強制FINDRQS找設備請求服務可選ALLSPOLL串行協商所有設備強制PASSCTL傳送控制可選REQUESTCTL請求控制可選FINDST

18、N找聽者可選SETADD設地址,但要有FINDSTN可選TESTSYS自測可選IEEE488.2控制器協議這些協議由于它們組合了幾個指令來執行任何測試系統都必須的最共同的操作,大大縮減了開發時間。RESET協議保證了GPIB已被初始化,所有設備都被清0并處在一種已知狀態。ALLSPOLL協議和每一個設備串行協商返回每一個設備的狀態字節。PASSCTL和REQUESTCTL協議在總線的許多不同設備之間傳遞控制。TESTSYS協議給每一個設備發出指令進行自測試，并且給控制器報告是否存在問題或準備就緒可以操作了。FINDSTN和FINDRQS兩個協議比較重要些,FINDSTN協議占有IEEE488.

19、2控制器監視總線能力的優勢,給總線上聽者進行定位,控制器通過發布一個特殊的聽者地址然后監視NDAC握手線來確定這個地址上是否存在著一個設備,這是控制器執行FINDSTN協議的過程。FINDSTN協議的結果就是所有定位了的設備的地址表。FINDLSTN總是用在應用程序的一開始,這樣可以保證構造合適的系統并且提供出一個具體的GPIB設備表,這個表被用做是所有其它IEEE488.2協議的輸入參數。IEEE488.2控制器的監視總線能力也用于檢測和診斷測試系統內的問題。IEEE488.2儀器IEEE488.2的儀器特征會對組件或硬件造成很大影響的,但是IEEE488.2儀器更容易編程的,因為它們響應著

20、共同的指令并且使用標準的信息交換協議和數據格式,而且以一種定義的很好的方式進行詢問。IEEE488.2信息交換協議是SCPI標準的基礎,用SCPI對測試系統編程更加容易。IEEE488.2定義了一套儀器必須具備的最小的IEEE488.1接口能力,這就是所有的設備都能夠發送和接收數據,請求服務和響應清設備信息。IEEE488.2精確的定義了發送給儀器的指令格式和儀器響應時發送的碼和格式。所有的儀器必須執行一定的操作進行總線通訊并且報告狀態。因為這些操作對所有設備都是一樣的,IEEE488.2定義了執行這些操作的編程指令和用于接收共同狀態信息的詢問方式。助記符組描述*IDN?系統數據認可詢問*RS

21、T內部操作重置*TST?內部操作自測詢問*OPC同步完成操作*OPC?同步完成操作詢問*WAI?同步等待完成*CLS狀態和事件清狀態*ESE狀態和事件事件狀態使能*ESE?狀態和事件事件狀態使能詢問*ESR?狀態和事件事件狀態寄存器詢問*SRE狀態和事件服務請求使能*SRE?狀態和事件服務請求使能詢問*STB?狀態和事件讀狀態字節詢問IEEE488.2強制共同指令由于IEEE488.2標準化了狀態報告,控制器可以準確的知道怎樣去獲取系統中每一個儀器的狀態信息,這個狀態報告模型是建立在IEEE488.1狀態字節上的,所以它提供了更詳細的狀態信息,狀態報告模型見下圖。狀態報告模型SCPI1990年

22、4月23日,一組儀器制造商在一起宣布了SCPI特征,SCPI給可編程儀器定義了一套共通的指令。在SCPI之前,每一個儀器制造商都給自己的可編程儀器開發有自己的指令集。這種指令集由于缺少標準化,迫使測試系統開發者在應用中對使用的不同的儀器要學習許多不同的指令集和儀器特征參數,導致了編程的復雜性和造成不可預計的拖延和增加開發投資。通過定義一套標準的編程指令集,SCPI減少了開發時間,增加了測試程序的可讀性和擴大了儀器內換性能。對儀器軟件編程指令來講,SCPI既是一個完整的又是一個可擴充的標準。1990年代中期發布了SCPI的第一個版本,現在SCPI協會繼續給SCPI標準增加指令和功能,除了IEEE

23、488.2強制的共通指令和詢問之外,SCPI還有一套它自己的必須的共通指令。雖然IEEE488.2是SCPI的基礎,但SCPI定義的編程指令可以用于任何的硬件和通訊連接器。SCPI的標準規則是縮略指令關鍵字和采用IEEE488.2信息交換協議規則來格式指令和參數,你可以使用長型指令關鍵字(MEASure),也可以使用短型大寫字(MEAS)。SCPI給測試工程師提供了許多的便利,其中之一是SCPI提供了一套廣泛的編程功能,它包含了一個儀器的主要功能。這套標準指令保證了向更高一級的儀器的內換能力而最小化了設計新的測試系統的努力。SCPI指令集是等級結構的,因此很容易添加新特征指令和新功能。SCPI

24、儀器模型作為一種獲取適配性和歸類化指令組的方法,SCPI定義了一個可編程儀器的模型,如下圖,對所有不同類型的儀器都適用。SCPI儀器模型并不是儀器所有的功能元件都要用在每一個儀器上的,例如,示波器并不要求SCPI模型中信號產生部分的功能,SCPI定義了等級指令集去控制每一個功能元件內的特殊功能。信號路徑元件控制著把信號連接到儀器的內部的功能,測量元件把信號轉換成預處理格式,信號產生元件把內部數據轉換成實際的信號,寄存元件在儀器內部存儲數據,格式化元件把儀器數據轉換成可以在標準總線上傳輸的格式,觸發器元件同步儀器的動作,使得儀器按照內部功能、外部事件或其它儀器的要求動作。測量功能是儀器之間最高水

25、平的適配了,因為測量是以信號參數作為特征的,而不是儀器的功能了。在大多數情況下,你可以不必改變SCPI指令就可以用另一個儀器來做特殊的測量了,而不必使用原來的儀器。測量元件MEASurement又被細分成三個部分-輸入INPut部分,傳感SENSe部分和計算CALCulate部分。輸入INPut元件在輸入信號被變換進入傳感SENSe部分之前對輸入信號進行調節,輸入INPut部分包括有濾波、偏置和衰減功能。傳感SENSe元件在你可處理信號之前把信號變成內部數據,傳感SENSe部分包括了控制范圍、精度、門時間和正常模式抑制這些參數。計算CALCulate部分的功能包括有轉換單位、上升時間、下降時間

26、和頻率參數。信號產生元件把數據轉換成輸出的實際信號,SCPI把信號產生部分細分成三個功能塊-輸出OUTPut部分,源SOURce部分和計算CALCulate部分,輸出OUTPut部分在輸出信號產生后調節輸出信號,輸出OUTPut部分的功能包括有濾波、偏置和衰減。源SOURce部分產生一個基于一定特征和內部數據的信號,源SOURce部分的特征在于這個信號的幅度調制、功率、電流、電壓和頻率這些參數上。計算CALCulate部分的功能是把應用數據進行轉換來說明信號產生異常時修正其外部效果、說明轉換單位和轉換主域。SCPI指令例下面的指令給一個數字萬用表編程,構造它測量20V的交流信號,精度是0.001V。:MEASure:VOLTage:AC?20,0.001最前的冒號指出這是一個新指令。關鍵字MEASure:VOLTage:AC告訴數字萬用表去測量交流電壓。問號?告訴數字萬用表把它測量的東西送回計算機或控制器。20和0.001是測量的范圍(20V和測量精度(0.001)。GPIB參考資料高速GPIB握手協議(HS488)國家儀器公司開發出了有自主專利的高速GPIB握手協議(HS488),用于增加GPIB系統的數據傳輸速率。在所有數據