Приборная шина GPIB - Авдеев В.А. и др., 2001

При создании разнообразных систем сбора и обработки измерительной информации (систем связи с объектом) используют приборные интерфейсы. Для подключения к ПК оконечных устройств (ОУ) таких, как цифровые вольтметры, цифровые частотомеры, генераторы сигналов, контроллеры ЦАП, анализаторы спектра, цифровые вычислительные устройства и т.д., разработан стандарт GPIB (IEEE-488) приборной шины общего назначения. Каждое из ОУ может быть передатчиком (ПЕР), приемником (ПР) или передатчиком–приемником (ПЕР-ПР) информации. Шина GPIB – это асинхронная шина связи с квитированием, содержащая 16 линий (8 линий шины данных, 8 линий управления). По мультиплексированной шине данных передаются адреса (АДР), данные (ДАН) и команды (КОМ) в режиме разделения времени (рис. 4.1).

Для управления работой ОУ в шине GPIB используется контроллер шины (КШ), в качестве которого может быть применен ПК. Скорость передачи данных по шине 250 Кбайт/с и максимальная длина связи до 20 м.

Для сопряжения шины с ПК выпускаются платы, содержащие специализированные БИС КШ, формирователи и приемники сигналов.

Логическая единица на шине представляется низким уровнем (< 0,8 В), а логический ноль – высоким уровнем (> 2,5 В), т.е. реализуется инверсная логика, как и у интерфейса Multibus.

Ко всем линиям подключаются формирователи с открытым коллектором, поэтому высокий уровень является пассивным.

Рассмотрим назначение сигналов на линиях ШУ: сигнал

– данные не приняты (низкий активный уровень указывает, что данные не приняты, а высокий пассивный уровень (В) – неподтверждение приема данных); сигнал

– данные доступны, используется для считывания данных приемником; сигнал

– внимание, указывает на передачу по ШД команды;

– сброс интерфейса, низкий (Н) активный уровень переводит ОУ в исходное состояние; сигнал

– запрос обслуживания, устанавливается приемником, если закончена процедура, обнаружена ошибка, подготовлены данные для передачи; сигнал

– дистанционное управление, низкий активный уровень этого сигнала разрешает всем ОУ принимать команды и данные с ШД, а высокий уровень – запрещает работу ОУ на шине; сигнал

– конец идентификации, имеющий два применения.

Первое применение сигнала

состоит в том, что низкий уровень ОУ – передатчика сообщает всем приемникам об окончании передачи данных.

При втором применении, если

= Н, все ОУ переходят в режим параллельного опроса для установки на шине данных байтов состояния.

Протокол передачи байта данных имеет следующий вид (рис. 4.2). Передача каждого байта сопровождается сигналами квитирования

(напомним, что черта над обозначением сигнала указывает, что низкий уровень является активным).

В начале передатчик (КШ) определяет готовность всех выбранных ОУ к приему информации ( на линии

должен быть высокий уровень).

Затем КШ направляет данные к ОУ и одновременно сопровождает их сигналом

с низким активным уровнем, указывающим на наличие данных на ШД.

Как только на магистральной линии

установится пассивный высокий уровень, то это указывает КШ на завершение приема данных. Последовательность действий на шине отмечена цифрами 1, 2, 2, 3. Возникает вопрос: какие ОУ должны принимать данные, а какие нет?

Ответ на него может быть получен после рассмотрения форматов команд, так как команды настраивают ОУ на передачу или прием информации. Команды передаются также как и данные, только в начале устанавливается сигнал

. Протокол передачи команды показан на рис. 4.3.

Команды делятся на четыре типа: адресные, приема, передачи и универсальные. В формате команды используются биты D7–D5 ШД. В табл. 4.1 представлены коды типов команд.

Тип команды

Адресная

Универсальная

Приема

Передачи

Вторичная

Вторичная команда используется для настройки ОУ на параллельный опрос или для передачи вторичного адреса. Формат команды приема (передачи) имеет вид, представленный на рис. 4.3.

Структурная схема одного из вариантов сопряжения шины ISA и GPIB показана на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Структурная схема сопряжения шины ISA и GPIB

Структурная схема сопряжения построена на базе микроконтроллера (МК) SMJ9914A и содержит, кроме известных элементов связи с шиной ISA (ДшА, ДшУС и ПП), схему формирования сигналов запросов (СФЗ) IRQN и DREQM, генератор тактовых сигналов (ГС) и специальные приемопередатчики для шины GPIB SN75160 и SN75162. МК выполняет роль моста между системной шиной и приборной шиной GPIB. Связь между системным процессором (СП) и МК осуществляется через 13 8-битных регистров, 6 из которых доступны по чтению и 7 – по записи. Из МК читается и вводится в СП информация о состоянии ВУ, подключенных к шине GPIB, и записывается управляющая информация (выводится из СП) для ВУ. Выбор регистров МК выполняется тремя младшими битами адреса, поступающими на входы RS(2-0) МК. Один и тот же адрес может использоваться как для чтения (-IOR), так и для записи (-IOW) информации, например, адрес 111 (RS2-RS0) при чтении определяет вводимые в СП данные, а при записи – выводимые из СП данные. В соответствующий регистр с адресом 100 может быть передан адрес идентификации, считанный заранее СП из схемы, содержащей передатчик (Пер) с DIP-переключателями, с помощью которых вручную набирается этот адрес. МК содержит средства ПДП и прерывания, которые формируют сигналы

, поступающие в СФЗ для выработки запросов IRQN и DREQM. В состав СФЗ входят адресуемые триггеры (порты), разрешающие режимы прерывания или ПДП.

Кратко рассмотрим функциональное назначение некоторых сигналов МК:

- разрешение записи;

- разрешение кристалла;

- разрешение ПДП; DBIN – чтение данных; CLK – тактовая частота;

- управление направлением передачи; TE – разрешение передачи;

- запрос ПДП; INT – прерывание; EOI – конец блока сообщения; IFC – очистить интерфейс; REN – выбор управления с передней панели или GPIB; SRQ – запрос обслуживания.

Для двунаправленной передачи данных со стороны шины GPIB используются линии DIO0-DIO7, а для связи с СП – линии D(7-0).

МК выполняет протоколы GPIB (IEEE 488) и освобождает СП от этих функций.

4. Приборные интерфейсы

4.1. Приборная шина GPIB