通俗易懂、淺顯地解釋GPIB通信的概要及術(shù)語(yǔ)，解釋編程所需要的基礎(chǔ)知識(shí)。

》Contents

》什么是GPIB？

》GPIB的規(guī)格

》GPIB的特點(diǎn)

》連接GPIB通信設(shè)備與計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

》連接數(shù)量

》連接方式

》線纜長(zhǎng)度

》數(shù)據(jù)傳輸速度

》通話端與收聽端

》主端與從端

》設(shè)備地址

》握手通信

》控制器的作用

》GPIB的信號(hào)線

》SRQ(服務(wù)請(qǐng)求)與輪詢

》接口功能

》信息與指令

什么是GPIB？

GPIB(General Purpose Interface Bus)是作為計(jì)算機(jī)與計(jì)量?jī)x器的接口開發(fā)的，主要用于連接計(jì)算機(jī)與計(jì)量?jī)x器。美國(guó)Hewlett Packard公司的內(nèi)部規(guī)格“HP-IB”獲得IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers： 美國(guó)電氣和電子工程師協(xié)會(huì))的認(rèn)可，并成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。現(xiàn)在，很多計(jì)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)配置GPIB接口，在使用計(jì)算機(jī)與計(jì)量?jī)x器的計(jì)測(cè)系統(tǒng)上得到廣泛應(yīng)用。

GPIB的規(guī)格

GPIB的規(guī)格有“IEEE488”和“IEEE488.2”兩種，其中后者是上位協(xié)議，屬于現(xiàn)在的主流。IEEE488.2在IEEE488規(guī)定的傳輸方法之上，增加了字符數(shù)據(jù)和數(shù)值表示的語(yǔ)法、各設(shè)備共通使用的指令(Command)、查詢(Query)等規(guī)定，支持IEEE488.2的設(shè)備不僅可以遵照IEEE488.2的標(biāo)準(zhǔn)通信，而且在IEEE488規(guī)定的范圍內(nèi)也能通信。

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GPIB的特點(diǎn)

1、采用總線結(jié)構(gòu)的接口，利用馱載封裝方式的連接器，設(shè)備間的連接和構(gòu)成容易。此外，即使連接的設(shè)備增加，也可只用計(jì)算機(jī)的一個(gè)接口。

2、通過(guò)握手通信，能夠進(jìn)行可靠性高的數(shù)據(jù)傳輸。

3、作為計(jì)量?jī)x器行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)總線，很多計(jì)量?jī)x器配置有GPIB接口，學(xué)習(xí)一個(gè)的步驟，就能夠控制各種各樣的計(jì)量?jī)x器。

4.即使是通信速度不同的設(shè)備，也能連接(但是，整個(gè)系統(tǒng)適應(yīng)通信速度就是最慢的設(shè)備的速度)。

馱載封裝結(jié)構(gòu)的連接器

連接GPIB通信設(shè)備與計(jì)算機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

目前，仍有很多計(jì)量?jī)x器配置GPIB接口，之所以能夠在計(jì)量?jī)x器行業(yè)確立標(biāo)準(zhǔn)總線的地位，是因?yàn)樵谂c計(jì)算機(jī)的連接上具有以下的諸多優(yōu)點(diǎn)。

1、用計(jì)算機(jī)描述和執(zhí)行設(shè)備的控制編程，實(shí)現(xiàn)了計(jì)測(cè)的自動(dòng)化、省力化。

2、用圖表表示計(jì)測(cè)數(shù)據(jù)，保存文件等，實(shí)現(xiàn)了活用計(jì)算機(jī)能力的計(jì)測(cè)系統(tǒng)。

在1臺(tái)計(jì)算機(jī)上連接多臺(tái)計(jì)量?jī)x器，各設(shè)備通過(guò)程序進(jìn)行自動(dòng)計(jì)測(cè)，用計(jì)算機(jī)收集計(jì)測(cè)得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、表示處理、數(shù)據(jù)保存，這是一般的使用方法。

使用GPIB通信設(shè)備與計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)示例

引進(jìn)效果

1、通過(guò)自動(dòng)化提高能力和效率

實(shí)現(xiàn)各種控制的自動(dòng)化能夠大幅降低觀測(cè)人員的肉體和精神負(fù)擔(dān)。

2、通過(guò)GPIB通信，以塊為單位高效地將來(lái)自CCD攝像頭的圖像數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)，可大幅縮短觀測(cè)時(shí)間。

問(wèn)題點(diǎn)、想改善之處

由于GPIB通信的制約(整個(gè)系統(tǒng)的線纜總長(zhǎng))，必須在望遠(yuǎn)鏡附近進(jìn)行操作和觀測(cè)，非常不便；研究人員之間想實(shí)時(shí)共享信息等，有很多要求。

在“計(jì)測(cè)和控制設(shè)備開發(fā)”、“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開發(fā)”上擁有豐富經(jīng)驗(yàn)的Contec能夠改善此類問(wèn)題點(diǎn)。

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連接數(shù)量

規(guī)格規(guī)定包括控制器(計(jì)算機(jī))在內(nèi)，一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)能夠連接的設(shè)備數(shù)量為15臺(tái)，超過(guò)這個(gè)數(shù)字的設(shè)備不能連接到一個(gè)系統(tǒng)上。

連接方式

菊花鏈、星形(放射狀)及其組合等，能夠進(jìn)行自由度高的連接。但是，禁止環(huán)路連接。

菊花鏈連接

星形連接

注意：禁止環(huán)路連接。

線纜長(zhǎng)度

各裝置間的線纜長(zhǎng)度為4m以下，在一個(gè)系統(tǒng)中，可用于裝置相互連接的線纜最大長(zhǎng)度為“2m×裝置個(gè)數(shù)”或者20m，以二者中短的為準(zhǔn)

例1：總共有2臺(tái)設(shè)備時(shí)(控制器1臺(tái)+GPIB通信設(shè)備1臺(tái))

2m×(裝置個(gè)數(shù)=2臺(tái))< 20m，因此，一個(gè)系統(tǒng)總的線纜最大長(zhǎng)度為4m。

例2：總共有3臺(tái)設(shè)備時(shí)(控制器1臺(tái)+GPIB通信設(shè)備2臺(tái))

2m×(裝置個(gè)數(shù)=3臺(tái))< 20m，因此，一個(gè)系統(tǒng)總的線纜最大長(zhǎng)度為6m。

例3：總共有15臺(tái)設(shè)備時(shí)(控制器1臺(tái)+GPIB通信設(shè)備14臺(tái))

2m×(裝置個(gè)數(shù)=15臺(tái))>20m，因此，一個(gè)系統(tǒng)總的線纜最大長(zhǎng)度為20m。

數(shù)據(jù)傳輸速度

使用8根數(shù)據(jù)線，以最大1MB/秒的速度，一次傳輸1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。然而，很多計(jì)測(cè)儀器的通信速度慢，而且連接在同一總線上的設(shè)備的通信速度就是通信速度最慢的設(shè)備的速度。

通話端與收聽端

在連接在總線上的設(shè)備中，將接受數(shù)據(jù)的設(shè)備表示為聽話人(Listener)，將發(fā)送數(shù)據(jù)的設(shè)備表示為講話人(Talker)。由控制器指定講話人和聽話人。將管理整個(gè)系統(tǒng)的裝置叫做控制器，通常由計(jì)算機(jī)(個(gè)人計(jì)算機(jī))擔(dān)任。

主端與從端

所謂主端，如同其名稱所表達(dá)的那樣，就是主人(Master)，在進(jìn)行GPIB通信上具有決定權(quán)（發(fā)送指令等），相對(duì)主端，從端就是仆從(Slave)，需要遵照主端的指示(接收指令等)運(yùn)作。在系統(tǒng)構(gòu)成上，需要主端1臺(tái)，而需要從端1臺(tái)以上，而且在控制計(jì)量?jī)x器時(shí)，計(jì)算機(jī)是控制器，因此就是主端。

設(shè)備地址

連接到GPIB系統(tǒng)上的各裝置在同一系統(tǒng)內(nèi)具有唯一(固有)的地址，通過(guò)該地址識(shí)別各裝置(將分配給自身的地址叫做我的地址)。如果將設(shè)備比作電話，設(shè)備地址就相當(dāng)于電話號(hào)碼，可向該編號(hào)的設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，或從其接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行通信。在同一通信系統(tǒng)內(nèi)，可在“0～30之間”自由設(shè)定設(shè)備地址，但不得與其他設(shè)備的地址重復(fù)。

握手通信

所謂握手，就是發(fā)送端向接收端發(fā)送“正在發(fā)送數(shù)據(jù)”的信號(hào)，接收端接收該信號(hào)，從信號(hào)線上讀入數(shù)據(jù)。并向發(fā)送端返回“已接收數(shù)據(jù)”的信號(hào)，這種通信方式一邊由雙方共同確認(rèn)數(shù)據(jù)的收發(fā)，一邊傳輸數(shù)據(jù)。由此，GPIB實(shí)現(xiàn)了可靠性高的數(shù)據(jù)收發(fā)。

控制器的作用

為了防止數(shù)據(jù)沖突，限定某一時(shí)刻只有1臺(tái)GPIB總線上的設(shè)備能夠發(fā)送數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的就是控制器。控制器主要進(jìn)行以下動(dòng)作。也就是說(shuō)，要是用程序來(lái)表現(xiàn)這些，可以說(shuō)就能夠構(gòu)建以計(jì)算機(jī)為控制器的GPIB系統(tǒng)。

1、指定講話人。

2、指定與講話人配對(duì)的聽話人(也可指定多個(gè)裝置)。

3、可將系統(tǒng)復(fù)位到初始狀態(tài)。

4、進(jìn)行各設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

5、承擔(dān)相應(yīng)各設(shè)備的服務(wù)請(qǐng)求的職責(zé)。

6、可向各設(shè)備發(fā)送指令(Command)。

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GPIB的信號(hào)線

由8根數(shù)據(jù)線、3根握手線、5根管理總線組成，規(guī)格對(duì)連接器、信號(hào)配置的規(guī)定如下。尤其是編寫GPIB程序上所需的管理總線，需要透徹理解其職責(zé)。

GPIB的連接器芯配置圖

管理總線(5根)

用于高效控制連接在總線上的裝置，管理信息流動(dòng)。在控制GPIB的設(shè)備上承擔(dān)重要的職責(zé)。

ATN(Attention)

在數(shù)據(jù)模式和指令模式中使用數(shù)據(jù)線，其中數(shù)據(jù)模式用于在裝置間傳輸數(shù)據(jù)，指令模式用于從控制器向各裝置發(fā)送指令。指示當(dāng)前的數(shù)據(jù)線狀態(tài)的是ATN線。ATN線的管理由控制器進(jìn)行。當(dāng)ATN線變成低電平后，各裝置必須從控制器接收指令。如果ATN線是低電平，就是指令模式；如果ATN線是高電平，就是數(shù)據(jù)模式(收發(fā)測(cè)量數(shù)據(jù)等)。

IFC(Interface Clear)

為初始化所有設(shè)備的接口功能，由控制器發(fā)送。各裝置接收該信號(hào)，將接口功能置于初始狀態(tài)。但是，緩沖器的內(nèi)容等各設(shè)備固有的部分(設(shè)備功能)不會(huì)被初始化(設(shè)備功能部分的初始化通過(guò)設(shè)備清除指令或者設(shè)備固有的指令進(jìn)行)。以100μsec以上的脈沖信號(hào)發(fā)送IFC信號(hào)。

SRQ(Service Request)

接受控制的各裝置為向控制器發(fā)送處理結(jié)束、異常發(fā)生的通知，使用該信號(hào)。當(dāng)某一裝置進(jìn)入請(qǐng)求服務(wù)的狀態(tài)時(shí)，該裝置將SRQ線置于低電平。如果控制器獲悉SRQ線處于低電平，進(jìn)行輪詢(輿論調(diào)查)處理，調(diào)查哪一設(shè)備請(qǐng)求了什么樣的服務(wù)。

REN(Remote Enable)

用于控制設(shè)備的遠(yuǎn)程/本地狀態(tài)。只有具有控制器功能的裝置才能使用。

EOI(End or Identify)

在進(jìn)行通信時(shí)，彼此需要同時(shí)結(jié)束通信(發(fā)送結(jié)束/接收結(jié)束)。進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)通信時(shí)，使用“EOI”表示數(shù)據(jù)的終端。進(jìn)行字符數(shù)據(jù)通信時(shí)，可以使用“分隔符代碼”；而進(jìn)行二進(jìn)制數(shù)據(jù)通信時(shí)，需要利用EOI線控制數(shù)據(jù)的終端。

數(shù)據(jù)線(8根)

用于發(fā)送多路信息或者傳輸數(shù)據(jù)。

接地線(8根)

除了數(shù)據(jù)線以外，其余的信號(hào)線全部采用接地線與雙絞線結(jié)構(gòu)。GPIB使用的線纜和連接器采用的是屏蔽結(jié)構(gòu)，抗電磁干擾性優(yōu)越。

握手線(3根)

用于數(shù)據(jù)線的握手。

DAV(Data Valid)

這是表示正在發(fā)送數(shù)據(jù)的信號(hào)線。

NDAC(No Data Accepted)

這是表示接收未完成的信號(hào)線。

NRFD(Not Ready For Data)

這是表示接收準(zhǔn)備未完成的信號(hào)線。

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SRQ(服務(wù)請(qǐng)求)與輪詢

為了用程序控制GPIB設(shè)備，接收數(shù)據(jù)，除了理解管理總線的操作外，理解SRQ(服務(wù)請(qǐng)求)與輪詢的動(dòng)作能夠編寫高效的程序。

SRQ(服務(wù)請(qǐng)求)

為了向控制器發(fā)送異常發(fā)生、發(fā)送準(zhǔn)備完成的通知等，發(fā)出中斷請(qǐng)求，為此設(shè)置了SRQ功能。如果發(fā)出SRQ請(qǐng)求，SRQ線為“真”，向控制器傳達(dá)連接在總線上的某個(gè)設(shè)備發(fā)出了服務(wù)請(qǐng)求。然而，只靠SRQ信號(hào)分不清哪一設(shè)備發(fā)出了請(qǐng)求，于是控制器進(jìn)行輪詢(輿論調(diào)查)處理，查清發(fā)出了服務(wù)請(qǐng)求的設(shè)備，并確認(rèn)內(nèi)容。

串行查詢

這種方法由控制器向認(rèn)為發(fā)出了服務(wù)請(qǐng)求的設(shè)備，一臺(tái)一臺(tái)地依次詢問(wèn)是否發(fā)出了SRQ信號(hào)。接到串行查詢的設(shè)備向控制器發(fā)送被稱為“狀態(tài)字節(jié)”的1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。控制器調(diào)查各設(shè)備的狀態(tài)字節(jié)，把握哪一設(shè)備發(fā)出了服務(wù)請(qǐng)求，提出了什么樣的請(qǐng)求。一般多用串行查詢。

并行查詢

這種方法將8根數(shù)據(jù)線分別分配給1臺(tái)設(shè)備，一次性調(diào)查哪些設(shè)備(最多8臺(tái)設(shè)備)發(fā)送了SRQ。如果執(zhí)行并行查詢，各設(shè)備向分配的線路發(fā)送“0”或者“1”，答復(fù)是否向控制器發(fā)送了服務(wù)請(qǐng)求。

狀態(tài)字節(jié)

狀態(tài)字節(jié)(1個(gè)字節(jié))與收發(fā)數(shù)據(jù)一樣，被輸出到數(shù)據(jù)線上。當(dāng)設(shè)備發(fā)出了SRQ時(shí)，狀態(tài)字節(jié)的第6位為“真(1)”，沒(méi)有發(fā)出SRQ的設(shè)備為“假(0)”。狀態(tài)字節(jié)的其余位可以表達(dá)各設(shè)備固有的含義。例如，可將發(fā)出SRQ的原因(計(jì)測(cè)結(jié)束、異常發(fā)生等)通知控制器。在被控制器輪詢后，狀態(tài)字節(jié)的第6位為恢復(fù)為“0”。

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接口功能

GPIB的規(guī)格將對(duì)象設(shè)備的功能分割為接口功能和設(shè)備功能，規(guī)格只規(guī)定了接口功能。但是，連接在GPIB上的設(shè)備不必安裝所有功能。

設(shè)備功能

這是設(shè)備固有的部分，不屬于GPIB規(guī)格。設(shè)備固有的指令、設(shè)備的操作方法、測(cè)量量程的設(shè)定方法等。

接口功能

這是GPIB的規(guī)格規(guī)定的功能。GPIB通信設(shè)備只從各功能中安裝必要的功能。

具備GPIB的裝置的結(jié)構(gòu)

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信息與指令

GPIB準(zhǔn)備有規(guī)格規(guī)定的各種各樣的信息、指令。使用這些控制GPIB通信設(shè)備。

多路接口信息

這是為使GPIB連接的設(shè)備動(dòng)作而準(zhǔn)備的、規(guī)格規(guī)定的信息(指令)。這是只有控制器才能使用的信息(指令)，使用數(shù)據(jù)線(8根)發(fā)出多路接口信息。有地址指令、通用指令。

設(shè)備信息

這是只有1根信號(hào)線才具有意義的信息。當(dāng)線路為“真”時(shí)表示命令開始，為“假”時(shí)表示命令結(jié)束。

單線信息

這是只有1根信號(hào)線才具有意義的信息。當(dāng)線路為“真”時(shí)表示命令開始，為“假”時(shí)表示命令結(jié)束。

●ATN (Attention)

●IFC (Interface Clear)

●SRQ (Service Request)

●REN (Remote Enable)

●EOI (End or Identify)

地址指令

這是只對(duì)特定設(shè)備使用、由GPIB規(guī)格規(guī)定的指令(Command)。

GTL (Go To Local)

將對(duì)方設(shè)備置于本地狀態(tài)。

SDC (Selected Device Clear)

將設(shè)備復(fù)位到初始狀態(tài)。

PPC (Parallel Poll Configure)

設(shè)定并行查詢功能的響應(yīng)位。

GET (Group Execute Trigger)

為設(shè)備設(shè)置觸發(fā)(計(jì)測(cè)開始等)。

TCT (Take Control)

可將對(duì)方設(shè)備指名為活動(dòng)控制器。

通用指令

這是對(duì)連接的所有設(shè)備使用、由GPIB規(guī)格規(guī)定的指令(Command)。

LLO (Local Lock-Out)

禁止對(duì)方設(shè)備的本地功能。

DCL (Device Clear)

將總線上的所有設(shè)備置于初始狀態(tài)。

PPU (Parallel Poll Unconfigure)

取消并行查詢功能的響應(yīng)位。

SPE (Serial Poll Enable)

將對(duì)方設(shè)備置于串行查詢模式。

SPD (Serial Poll Disable)

解除對(duì)方設(shè)備的串行查詢模式。

UNL (UNLISTEN)

全部解除當(dāng)前的聽話人指定。

UNT (UNTALK)

全部解除當(dāng)前的講話人指定。

IEEE488.2共通指令

這是符合IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可共通使用的指令(Command)?？筛咝У乜刂艷PIB通信設(shè)備。

準(zhǔn)備有“*RST”、“*CLS”、“*TRG”、“*IDN?”等的指令、查詢(Query)。

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基礎(chǔ)知識(shí)與術(shù)語(yǔ)說(shuō)明

工控機(jī) CPU / 芯片組 存儲(chǔ)器 擴(kuò)展插槽 顯示器接口

測(cè)量控制 模擬量輸入輸出 數(shù)字量輸入輸出 電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制 串行通信 GPIB通信