Стандартный приборный интерфейс GPIB для измерительных систем.

Стандартный приборный интерфейс GPIB для измерительных систем.

1. Назначение интерфейса и соединение приборов в системе.

Приборный интерфейс GPIB с параллельно-последовательной передачей данных пред­назначен для обеспечения взаимодействия программируемых и не­программируемых средств измерений с другой аппаратурой в рамках автоматической измерительной системы.

Данный интерфейс в технической литературе имеет и другие названия - МЭК 625.1, HP-IB, IEC-625.1, IEEE-488.1, а также канал общего пользования.

Интерфейс обычно трактуется как сопряжение, представляющее собой стыкующую часть в виде платы или блока, которая располагается между приборами системы или частями одного прибора, через которую происходит обмен информацией.

В России данный интерфейс известен, как стандартный, на основе принятого отечественного стандарта ГОСТ 26.003-85 [ СТ СЭВ 2740-80 ] – Система интерфейса для измерительных устройств с байт - последовательным и бит - параллельным обменом информации.

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных блоков в автоматизированных системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, технической, метрологической, энергетической, конструктивной, электромагнитной и программной совместимостей функциональных блоков.

Качество стандарта на интерфейс может быть оценено соотношением, устанавливаемым между ограничениями на реализацию интерфейса и устройств сопряжения и возможностями варьирования тех или иных характеристик интерфейса с целью более эффективного приспособления его к конкретной измерительной системе.

В противном случае увеличивается вероятность несовместимости интерфейсных функциональных блоков, разрабатываемых различными производителями.

Особенностью стандарта является отсутствие ограничений на конструктивную реализацию и способы построения функциональных блоков, а также способы объединения их в измерительную систему.

Стандарт определяет только интерфейс, по которому осуществляется обмен информацией, синхронизация и управление. Интерфейс является полностью пассивным, Все активные цепи, по которым вырабатывают управляющую информацию и осуществляют приём и передачу информации, размещаются на печатных платах устройств.

Активные цепи и интерфейс, выполняемый обычно в виде кабеля того или иного типа, на каждом конце которого имеется двусторонний разъём с винтовыми зажимами, образуют собственную магистраль. Конструкция разъёма обеспечивает установку одного разъёма на другой, что позволяет собирать измерительные системы любой произвольной конфигурации.

Интерфейс используется в современных измерительных системах в качестве межблочного и в последнее время в качестве внутриблочного.

Необходимо отметить, что функциональные спецификации стандартного интерфейса определяют только взаимное подключение функциональных блоков. Для обеспечения полного взаимного соединения функциональных блоков необходимо наряду с требованиями к электрической, конструктивной и информационной совместимости определить требования к форматам данных, команд и слов состояния функциональных блоков. Однако, использование интерфейса, определяющего только стандартные функциональные требования, значительно упрощает проблему взаимного соединения различных функциональных блоков.

Система интерфейса представляет собой совокупность механических, электрических, информационных и зависящих от приборов функциональных элементов, которые необходимы для взаимодействия приборов в системе.

Линия сигналов интерфейса представляет собой каждый из совокупности проводов в канале общего пользования системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединёнными приборами.

Скорость передачи данных в каждой сигнальной линии интерфейса не превышает

1 Мбит/с.

Совокупность нескольких линий сигналов, используемых в интерфейсе и, выполняющих определённую функцию в измерительной системе, образуют шину.

В нормативных документах не содержится чётких указаний о приеме и передаче данных в соответствии с условиями интер­фейса одним и тем же прибором. Задачей разработчиков приборов и пользователей как раз и является изыскание таких возможностей в рамках интерфейса, которые обеспечили бы организацию внутрисистемного обмена информацией в соответствии с требуемыми кри­териями функционирования системы.

Соединение приборов между собой должно осуществляться через многопроводный магистральный интерфейс. Общая длина интерфейса не должна превышать 20 м.. Число приборов, присоединяемых к интерфейсу, должно быть не более 15. При этом не менее, чем две трети всех приборов должно находиться в состоянии питание включено, при этом система остается работоспособной, если при выключении любого количества приборов уровень сигналов в линиях интерфейса составляет не менее 2.5 В.

Структурная схема подключения приборов измерительной системы с магистралью GPIB приведена на рис.1.

Общее число адресов приемников и источников информации в системе не должно превышать 31 при однобайтовой и 961 при двухбайтовой адресации.

Система интерфейса обеспечивает:

работу приборов на расстоянии до 20 м при максимальной скорости 250000 байтов в секунду, со стандартной эквивалентной нагрузкой через каждые 2 м, при использовании возбудителя с открытым коллектором с втекающим током не менее 48 мА;

работу приборов на расстоянии до 20 м при максимальной скорости 500000 байтов в секунду, со стандартной нагрузкой через каждые 2 м, при использовании возбудителя на три состояния с втекающим током не менее 48 мА.

Для достижения максимальных скоростей передачи данных (до 1000000 байтов в секунду) необходимо:

использовать возбудители на три состояния с втекающим током не менее 48 мА;

сократить длину кабеля до 15 м с эквивалентной нагрузкой не более чем через каждый метр;

подать питание на все приборы;

чтобы емкостная нагрузка каждого прибора не превышала 50 пФ на линию, исключая линии IFC и REN;

добавить (при необходимости) резистивные нагрузки - по одной на сигнальную линию. При этом общее количество нагрузок на линии не должно превышать 15;

использовать минимальное значение времени T ₁=350 нс.

Если прибор при времени T ₁=350 нс работает в условиях, не удовлетворяющих выше перечисленным, то не гарантируется передача данных без ошибок.

Допускается применение приборов с временем T ₁==700 нс и ёмкостью 50 пФ на линию, имеющих дополнительные резистивные нагрузки.

При необходимости, допускается использование в устройстве буферной памяти для байтов данных.

Рис. 1. Структурная схема измерительной системы с интерфейсом GPIB:

а – с выделенным прибором – контроллером; б – без выделенного прибора контроллера.

При этом на рис. 1. A – прибор, способный передавать, принимать и управлять (например, ПК); B – прибор, способный передавать и принимать (например, цифровой вольтметр); C - прибор, способный только принимать (например, генератор сигналов);

D – прибор, способный только передавать(например, считывающее устройство).

Во избежание ошибок при функционировании не допускается включение и выключение приборов во время работы системы, если не используются специальные возбудители линии.

2. Структура магистрали интерфейса.

По характеру взаимодействия с магистралью устанавливается четыре группы функциональных блоков: контроллер С, источник SH, приёмник AH и источник – приёмник. Обмен информацией в измерительной системе с магистралью GPIB осуществляется между источником SH (Source handshake) и приемником AH (Acceptor handshake), под воздействием управляющих частей приборов-контроллеров.

Прибор с функцией приемника может быть подключен к соответ­ствующим адресным шинам магистрали интерфейса, и тем самым обеспечивается возможность восприятия им сообщений от другого абонента системы. Аналогичным образом обеспечивается возмож­ность передачи сообщений и прибору с функцией источника инфор­мации. Адресация абонентов и управление реализацией их функций осуществляются прибором-контроллером. Прибор может обладать функциями приемника AH и источника SH информации, а также контрол­лера C в их различных сочетаниях.

Взаимосвязь различных приборов через систему шин представ­лена на рис. 1.

В общем случае функции управления совмещают в одном приборе с функциями приемника или источника сообщений с тем, чтобы обеспечить воздействие на систему в зависимости от приборного сообщения. В тех случаях, когда прибор-источник свя­зан с одним или несколькими параллельно соединенными прибора­ми-приемниками, можно отказаться от управляющих элементов.

Специализация любого интерфейса должна включать в себя структуру шин, функции и их операции, управляющие сигналы и протоколы обмена, а также электрические и конструктивные параметры

Магистраль интерфейса состоит из 16 сигнальных линий, по которым в кодированном виде передаются все информационные данные, а также интерфейсные и приборные сообщения между або­нентами.

Все сигнальные линии объединены в три группы шин: шина дан­ных - обеспечивает 8 линий, шина управления побайтной передачей данных - обеспечивает 3 линии и шина общего управления интерфейсом - обеспечивает 5 линий (см. рис. 1.).

Обозначения линий представляют собой сокращенные названия или аббревиатуру соответствующих слов команд, сигналов и технических средств, в том виде, в каком они изложены в нормативной документации на интерфейс GPIB, то есть состоят из начальных букв этих слов на английском языке.

Расшифровка сокращенных наименований линий, связь между состояниями линий и их логическими значениями приведе­ны в табл. 1.

Шина данных ( Data bus ).

Шина данных предназначена для передачи интерфейсных сооб­щений - адресов, команд и служебной информации от контроллера к приборам, приборных сообщений - программ и результатов измерений между приборами, а также сигналов состояния от приборов к контрол­леру.

Передача каждого байта информации по шине данных осуществ­ляется асинхронным образом по сигналам шины управления переда­чей данных. При этом обеспечивается обмен данными между прибо­рами различного быстродействия.

Тип информации, передаваемой по шине данных, определяется состоя­нием линии управления интерфейсом. При этом период времени, в течение которого информация на линиях данных DIO1…DIO8 (Data Input - Output) действительна, зависит от наличия сигналов на линии управления интерфейсом.

Шина общего управления интерфейсом (General Interface Management bus attention).

Шина общего управления интерфейсом должна использоваться для передачи управляющих сигналов между контроллером и всеми другими приборами, соединенными с GPIB, с помощью линий ATN, EOI, IFC, REN, SRQ. Пять линий шины общего управления предназначены для управления трансляцией потока информационных сигналов через интерфейс.

Линия АТ N ( Attention-Внимание ) - используется контроллером для организации связи между приборами в зависимости от интерпрета­ции сообщения приборное или интерфейсное, передаваемого по шине данных DIO. Принадлежность сообщения идентифицируется уровнем сигнала в шине ATN. Осуществляется установка приборов в состояние готовности (управление). Источником сигнала в шине является контроллер. Выдача сигналов на линию ATN осуществляется только тем прибором, которое в данный момент выполняет функцию контроллера в системе. Когда на линию ATN поступает сигнал низкое состояние, все остальные приборы переходят в режим ожидания и только контроллер может передавать информацию. Когда линия ATN переходит в высокое состояние, передают или принимают только те приборы, которые были адресованы во время низкого состояния линии ATN. При этом на передачу од­новременно может быть включено не более, одного прибора, в то время как на прием таких ограничений не накладывается, то есть в приеме одновременно может находиться и более одного прибора. Любой прибор становится источником, когда его адрес как источника помещается на шину данных в то время, когда линия ATN находится в низком состоянии и остается источником до тех пор, пока не будут переданы команды: не передавай, очистить интерфейс или когда по шине данных передастся адрес другого источ­ника.

Таблица 1 Система шин приборного интерфейса
Группы шин	Число линий	Обозначение	Содержание или действие сигнала	Источник сигнала	Необходимые функ­ции интерфейса
Шина данных		DIO1 … DIO8	Бит информации равен логической 1	Контроллер или пере­дающий прибор	С, Т, ТЕ
Шина управления побайтной передачей данных		DAV	Данные подготовлены	Контроллер или пере­дающий прибор	SH
NRFD	К приему данных не подготовлен	Прибор-приемник	AH
NDAC	Данные не приняты	Прибор-приемник	AH
Шина общего управления интерфейсом		IFС	Сброс интерфейса	Контроллер	С
АТN	Внимание	Контроллер	С
RЕN	Дистанционное управ­ление	Контроллер	C
ЕOI	Конец или идентифи­кация	Контроллер или передающий прибор	С, Т, ТЕ
SRQ	Требование на обслу­живание	Передающий прибор	Т, ТЕ

Линия Е OI ( End of Identify-Конец обработки или конец идентификации ) - в зависимости от уровня сигнала на линии АТN данная линия используется либо для посылки источником признака окончания передачи им последовательности приборных сообщений по шине данных, либо исполь­зуется контроллером для анализа заявок - требований на обслу­живание приборов. Линия EOI устанавливается передатчиком в низкое со­стояние параллельно спередачей последнего байта данных, сиг­нализируя, что данных больше нет. Она может устанавливаться в низкое состояние также контроллером при реализации им параллельного опроса, в этом случае EOI интерпретируется как идентификация.

Линия I FС ( Interface Clear -Сбро с (очистка) интерфейса) - используется контроллером для переключения схемы интерфейса и элементов сопряжения приборов в исходное состояние, то есть для приведения интерфейса в состояние готовности. Источником сигнала на линии является контроллер. Когда линия IFC, используемая при запуске системы, пе­реходит в низкое состояние, прекращается вся деятельность кана­ла передачи информации, все приборы освобождают себя от адресов и переходят в состояние холостого хода.

Линия RЕN ( Remote Enable-Разрешение на дистанционное управление ) - ис­пользуется контроллером при наличии других соответствующих сообщений для переключения приборов на дистанционное или мест­ное управление. Источником сигнала на линии является контроллер. При установлении линии REN в низкое состояние прибор получает разрешение на переключение управления с мест­ного на дистанционное. При высоком состоянии линии REN прибор должен находитьсяв местном управлении.

Линия SRQ ( Service Request – Требование (запрос) на обслуживание) - общая сигналь­ная линия интерфейса, по которой приборы системы, имеющие соответствующие предписанные уровни приоритетного обслуживания, могут посылать соответствующие заявки на прерывание текущего обмена в магистрали и их приоритетное обслуживание контролле­ром. Источником сигнала на линии является передающий прибор. Линия SRQ переходит в низкое состояние в том случае, когда какое-либо устройство посылает контроллеру сигнал запро­са на обслуживание.

Шина управления побайтной передачей данных ( Data byte transfer control bus ).

Предназначена - для согласования передачи, синхронизации и сопровождения данных. Управление передачей информации по линиям данных (адреса, команды, результаты измерений или другие данные) должно осуществляться по трем линиям, входящим в шину управления DAV, NRFD, NDAC.

Линия DAV( Data Valid - Данные подготовлены (действительны ) ) - в зависимости от источника сигнала (контроллер или передающий прибор) осуществляет разрешение и сопровождение данных.

Линия DAV переводится в низкое состояние передающим прибором (источником), указывая на достоверность байта на шине данных.

Обязательным условием для перевода линии является высокое состояние линии NRFD, когдавсе приемники приняли и обработали всю предыдущую информацию.

Время задержки перехода линии DAV в низкое состояние опре­деляется типом возбудителей, применяемых в приборах.

Линия NRFD ( Not Ready for Data - Не готов к приёму данных ) -используется прибором-приёмником при выставлении сообщения о подготовке к приёму данных.

Линия NRFD —это линия обмена сигналами между при­емниками и источником, высокое состояние которой указыва­ет, что приемники готовы к приему информации. Линия NRFD управляется приборами, адресованными на прием или всеми приборами, когда линия ATN имеет низкое состояние. Установ­ка линии в низкое состояние возможна только тогда, когда линия DAV переходит в низкое состояние. В высокое состояние линия NRFD переходит по окончании выдачи сигналов на линии NDAC и по окон­чании внутреннего цикла приемника. Устройства, не адресован­ные на прием, должны постоянно поддерживать высокое состояние линии NRFD.

Линия NDAC ( Not Data Accepted - Данные не приняты ) - используется прибором-приёмником при выставлении сообщения о подтверждении приёма данных.

Наличие сигнала на линии NDAC - высокое состояние, ука­зывает о конце приема информации приемниками. Линия NDAC управляется всеми приёмниками, когда линия ATN имеет низкое состояние, или теми приёмниками, которые адресованы на приём, когда линия ATN имеет высокое состояние. Линия NDAC принимаетвысокое состояние, когда линии DAV и NRFD имеют низкое состояние и приёмник, осуществил приём информации. Устройства, не адресованные на приём, должны постоянно поддерживать высокое состояние линии NDAC.

Дата добавления: 2015-08-29