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仪表总线技术及应用GPIB总线技术

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GPIB、VXI、PXI、LXI仪器自动测试系统的应用及发展

GPIB、VXI、PXI、LXI仪器自动测试系统的应用及发展

GPIB、VXI、PXI、LXI仪器自动测试系统的应用与发展一、自动测试系统和测试总线的基本概念自动测试系统(Automatic Test System，ATS)指的是以计算机为核心，在程序控制下，自动完成特定测试任务的仪器系统。

与传统测试仪器不同，自动测试系统强调在计算机的控制下，由若干可程控的通用设备共同完成测试任务。

AST首先要解决的关键问题是程控设互相协议的问题，也就是接口总线问题。

测试总线是指可以应用在测试、测量和控制系统中的总线。

在专用测试设备中的总线包括GPIB （General Purpose Interface Bus）、VXI（VMEbus eXtensions for Instrumentation）、PXI（PCI eXtensions for Instrumentation）、LXI(LAN eXtensions for Instrumentation）等总线。

二、基于GPIB总线技术的自动测试系统1、GPIB发展历程最初的GPIB是在1960年代后半期由惠普（当时称为HP-IB）开发的，用于连接和控制惠普制造的可编程仪器。

在引进了数字控制器和可编程测试设备之后，对来自多个厂商的仪器和控制器之间进行标准高速通信接口的需求也应运而生。

在1975年，美国电气与电子工程师学会（IEEE）发布了ANSI/IEEE标准488-1975，即用于可编程仪器控制的IEEE标准数字接口，它包含了接口系统的电气、机械和功能规。

最初的IEEE 488-1975在1978年经过修改，主要是出版声明和附录方面。

现在这个总线已经在全世界围被使用，它有三个名字：•通用接口总线（GPIB）•惠普接口总线（HP-IB）•IEEE 488总线由于最初的IEEE 488文档并没有包含关于使用的语法和格式规的叙述。

这部分工作最终形成了一个附加标准IEEE 488.2，用于IEEE 488（被更名为IEEE 488.1）的代码、格式、协议和通用指令。

GPIB总线使用介绍

GPIB总线使用介绍

器件内部接口功能设置
对于某一类器件来说，并不需要将上述十种功能全部 配置，而应根据具体器件来选配接口功能。以下是几种器 件应该配置的接口功能。
器件名称 信号发生器 打印机 纸带读出器 电压表 功率计 RLC表 绘图仪 计算机 作用 听者 听者 讲者 讲者、听者 讲者、听者 讲者、听者 讲者、听者 讲者、听者、控者 所需配置接口功能 AH,L AH,L AH,T,SH AH,L,SH,T,SR,RL[PP,DC,DT] AH,L,SH,T,SR,RL[PP,DC,DT] AH,SH,T,L,SR,DT AH,SH,T,L,SR,DC[PP] AH,L,SH,T,C

GP-IB标准包括接口与总线两部分：接口部分是由各种逻辑电路 组成，与各仪器装置安装在一起，用于对传输的信息进行发送、 接收、编码和译码；总线部分是一条无源的多芯电缆，用做传输 各种消息。将具有GP-IB接口的仪器用GP-IB总线连接起来的标准 接口总线系统如图所示。
4.2.4 GPIB标准接口的总线结构
数据有效 DATA VALID
未准备好接收数据 NOT READY FOR DATA 未收到数据 NOT DATA ACCEPTED 注意 ATTENTION 结束或识别 END OR IDENTIFY 服务请求 SERVICE REQUEST 接口清除 INTERFACE CLEAR 远控可能 REMOTE ENABLE
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统

在一个GP-IB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有“讲 者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。
讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（ 如测量仪器、数据采集器、 计算机等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻， 只能有一个讲者在起作用。 听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等）， 在一个GP-IB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。 控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址 或允许“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GPIB系统不允许 有两个或两个以上的控者同时起作用。

最新GPIB总线PPT课件

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作用：控制数据总线的时序，以保证数据总线能正确、有节奏地传 输信息，这种传输技术称为三线挂钩技术。
（3）5条接口管理控制线（ATN，IFC，REN，EOI和SRQ）
作用：控制GP－IB总线接口的状态
GPIB母线结构
分 信号线 类 代号
DIO1
数 DIO2 据 DIO3 输 入 DIO4 输 出 DIO5 母 DIO6 线
控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中 的某一台装置可以具有三要素中的一个、两个或全部。GPIB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者与控者的功能。
4.2.2 GPIB的基本特性
GP-IB标准接口系统的基本特性如下：
（1） 可连接的仪器数量。可以用一条总线互相连接若干台装置，以 组成一个自动测试系统。 系统中装置的数目最多不超过15台，互连总 线的长度不超过20m。
（5） 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。
4.2.3 GPIB标准接口的机械结构
总线上传递的各种信息通称为消息。带标准接口的智能仪器按功能可分为 仪器功能和接口功能两部分，所以消息也有仪器消息和接口消息之分。
所谓接口消息是指用于管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者 发出而只被接口部分所接收和使用。
讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（ 如测量仪器、数据采集器、 计算机等），在一个GP-IB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻， 只能有一个讲者在起作用。
听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等）， 在一个GP-IB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。
控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址 或允许“讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GP IB系统不允许 有两个或两个以上的控者同时起作用。

第3章总线接口技术

第3章总线接口技术
第3章
虚拟仪器总线接口技术
第3章 虚拟仪器总线接口技术
教学内容
3.1 GPIB总线 总线 3.2 VXI总线 总线
Instrument ห้องสมุดไป่ตู้river
3.1 GPIB总线
（General Purpose Interface Bus，GPIB） ， ）
是国际通用的仪器接口标准， 是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪器 控制应用而设计的。 控制应用而设计的。这套接口系统最初由美 公司提出， 国 HP公司提出， 后被美国电气与电子工程 公司提出 师协会(IEEE)和国际电工委员会 和国际电工委员会(IEC)接受 师协会 和国际电工委员会 接受 为程控仪器和自动测控系统的标准接口， 为程控仪器和自动测控系统的标准接口，因 也称IEEE488接口或 接口或IEC625接口，目 接口， 此，也称 接口或 接口 前的协议是488.2。 前的协议是 。
5. 程控仪器的地址
要实现程控， 要实现程控 ， 系统中每一台仪器都必须有一 地址， 个 地址 ， 控者可以通过寻址方法指令谁为讲 谁为听者； 者，谁为听者； 一台程控仪器可以被分配一个或多个听地址 听地址， 一台程控仪器可以被分配一个或多个 听地址 ， 当控者呼唤到该仪器的某个听地址时， 当控者呼唤到该仪器的某个听地址时 ， 仪器 就被受命为听者； 就被受命为听者； 仪器还可以分配一个或多个讲地址 ， 当控者 仪器还可以分配一个或多个 讲地址， 讲地址 寻址到该讲地址时，仪器就被受命为讲者。 寻址到该讲地址时，仪器就被受命为讲者。
GPIB发展
Standard Commands for Programmable Instruments HP-IB成为 IEEE488 HP 设计 HP-IB 1965 1975 SCPI被引入IEEE488 IEEE488.1-1987 IEEE488.2 1987 1990 修订IEEE488.2 NI提出HS488

GPIB总线

GPIB总线


4.1 概述
Standard Commands for Programmable Instruments HP-IB成为 IEEE488 HP 设计 HP-IB SCPI被引入IEEE488 IEEE488.1-1987 IEEE488.2 修订IEEE488.2 NI提出HS488
1965
1975
4.4 GPIB总线系统中的消息及其传递

总线消息的分类：

按用途来分，总线上传递的消息可分为接口消息和仪器消息两大类。 按传递的途径来分，总线上传递的消息可分为本地消息和远地消息两 种。远地消息是经总线传递的消息，它可以是仪器消息也可以是接口 消息，用三个大写英文字母表示，如MLA（我的听地址）。本地消息 是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息， 用三个小写英文字母表 示，如pon（电源开）。
16条信号线按功能可分为以下三组：

（1） 8条双向数据总线（DIO1～DIO8）

作用：传递仪器消息和大部分接口消息，包括数据、命令和地址。 由于这一标准没有专门的地址总线和控制总线，因此必须用其余两 组信号线来区分数据总线上信息的类型。

（2） 3条数据挂钩联络线（DAV，NRFD和NDAC）
控制gpib总线接口的状态gpib母线结构分信号线使用该线的传递的消息信号线名称类代号接口功能接口消息器件消息dio1dio2数据dio3输1通令1程控命令入dio4数据输入输出2数据输datainputoutput3地址dio53状态拜特出dio6线dio7dio8gpib母线结构分信号线使用该线的传递的消息信号线名称类代号接口功能接口消息器件消息数据有效davshdavdatavalid挂钩未准备好接收数nrfdahrfd母data线未收到数据ndacahdacdataaccepted注意atnatnattention结束或识别eoiidy接endidentify口管服务请求srqsrsrqend理servicerequest母线接口清除ifcifcinterfaceclear远控可能renrenremoteenable仪器功能与接口功能自动测试系统中的任何一个仪器装置都分为两部分

GPIB总线及应用技术

GPIB总线及应用技术

GPIB总线及应用技术
周琴
【期刊名称】《低压电器》
【年(卷),期】2008(000)001
【摘要】介绍了通用接口总线(GPIB)及其应用.阐述了GPIB特点、性能、系统、接口卡及其自动测量系统的软件结构.最后,利用PC机、带GPIB的标准源、数字万用表组成一基于GPIB的自动化测试系统.该系统可减少工作量,并提高检测速度和可靠性.
【总页数】4页(P37-40)
【作者】周琴
【作者单位】上海电机学院,电气学院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TP274+.5;TP336
【相关文献】
1.基于GPIB总线技术的热电池测试系统设计 [J], 肖志刚;柳维旗
2.基于VXI-GPIB总线的自动测试系统设计与实现 [J], 杨彪;高优;姚莉娟
3.基于GPIB总线技术的自动测试系统设计 [J], 何进
4.GPIB总线控制卡的维修 [J], 付少辉;林升;彭浩;张红民
5.基于GPIB总线的数字多用表自动测试系统 [J], 曹银银;王宏维;孙菡;李璟
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虚拟仪器总线接口技术

第2 章
虚拟仪器总线接口技术
第2章 虚拟仪器总线接口技术
教学内容
GPIB通用接口总线 VXI总线 PXI总线 LXI总线
Instrument Driver
2.1 GPIB总线
（General Purpose Interface Bus，GPIB） 是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪器控制
应用而设计的。这套接口系统最初由美国HP公司 提出，后被美国电气与电子工程师协会(IEEE)和 国际电工委员会(IEC)接受为程控仪器和自动测控 系统的标准接口 ，因此，也称IEEE488接口 或 IEC625接口，目前的协议是488.2。
2.1.1 GPIB的基本特性
①设备容量 设备容量是指GPIB接口系统中仪器和计算机的总容量，通常可连
接的仪器数目最多为15台； ②传输距离
互连电缆的传输路经总长不超过20m，或者装置数目与装置之间 距离的乘积不超过20m； ③数传速度
最高可达1Mbyte/s； ④地址容量
GPIB标准规定采用5个比特位的编码来表示地址，地址容量为31个； ⑤信息逻辑
1）模块式结构； 2）高速数据吞吐量；
VXI总线底板数据传输速率理论上可达 40Mbyte/s； 3）小型化； 4）可靠性高，可维护性好； 5）适应性、灵活性强。
2.2.2 VXI器件、模块与机箱
VXI测试系统采用器件→模块→机箱的方 式构成系统；
VXI系统的全部总线均集中在多层印刷电 路板内，模块与VXI总线通过连接器连接；
混合单频信号发生器举例
例6.4 多频信号发生器。
4. 公式波形
• “公式波形”函数的图标及端口。
“公式波形”函数中定义的变量及含义
公式波形举例
例6.5 创建一个能产生sinc函数波形的信号发生器

仪表总线技术及应用第4章 GPIB总线技术


仪器A (计算机) IEC 控者、讲 接口 者和听者
功能
仪器B IEC (激励源) 接口 听者功能
➢3条数据挂钩联络线（DAV， NRFD和NDAC） 作用：控制数据总线的时序， 以保证数据总线能正确、有节 奏地传输信息，这种传输技术 称为三线挂钩技术。
➢5条接口管理控制线 （ATN，IFC，REN，EOI 和SRQ）作用：控制GP－ IB总线接口的状态
线
ATN=1，表示DIO线上载的是接口消息； ATN=0，表示DIO线上载的是器件消息
信 号 线
IFC=1，表示有关接口功能必须被清除；
IFC=0，表示接口功能不被清除
REN
控者C功能
REN=1，表示一切器件均处于远控状态； REN=0，表示一切器件处于本控状态。
SRQ
欲讲者SR功能
EOI
控者的C功能或 讲者的T功能
4.1概述
通用接口总线（General Purpose Interface Bus, GPIB），主要用于连接和控制多个可编程仪器，组建自动 测试系统。
★国际通用的仪器接口标准最初由美国HP公司研制，称为
HP-IB标准。 1975年IEEE在此基础上加以改进，将其规范化为 IEEE－488标准予以推荐。1977年IEC又通过国际合作命名为 IEC－625国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了 HP－IB，IEEE－488，GPIB，IEC－IB等多种称谓，但日渐普 遍使用的名称是GPIB。
12页
July 18, 2021
IEEE 488总线信号定义说明
（3）接口管理线，包括接口清零线、服务请求线、监视线、识别线 和远程控制线。
．IFC(interface clear)接口清零线。该线的状态由控制器建立，并 作用于所有设备。当它为有效低电平时，整个IEEE 488总线停止工 作，发送器停止发送，接收器停止接收。使系统处于已知的初始状 态。它类似于复位信号RESET。可用计算机的复位键来产生IFC信 号。

GPIB总线使用介绍


数 据 输 入 输 出 母 线
DIO2 DIO3 1、通令 2、专令 3、地址 4、副令或副地址
DIO4
DIO5 DIO6 DIO7 DIO8
数据输入输出 DATA INPUT OUTPUT
C或T
1、程控命令 2、数据 3、状态拜特
GPIB母线结构
分 类 信号线 代号 DAV 挂 钩 母 线 信号线名称 使用该线的 接口功能 SH 传递的消息 接口消息 DAV 器件消息
4.4 GPIB总线系统中的消息及其传递

总线消息的分类：

按用途来分，总线上传递的消息可分为接口消息和仪器消息两大类。 按传递的途径来分，总线上传递的消息可分为本地消息和远地消息两 种。远地消息是经总线传递的消息，它可以是仪器消息也可以是接口 消息，用三个大写英文字母表示，如MLA（我的听地址）。本地消息 是由仪器本身产生并在仪器内部传递的消息， 用三个小写英文字母表 示，如pon（电源开）。
数据有效 DATA VALID
未准备好接收数据 NOT READY FOR DATA 未收到数据 NOT DATA ACCEPTED 注意 ATTENTION 结束或识别 END OR IDENTIFY 服务请求 SERVICE REQUEST 接口清除 INTERFACE CLEAR 远控可能 REMOTE ENABLE
4.1 概述
• • • • • •
从 1975年就成为编程的标准 8位的并行协议
传输率低于1 Mbytes/s
标准电缆 最多控制14台仪器 有大量支持其标准的仪器
4.2 GPIB的基本特性与总线结构
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统

GPIB总线使用介绍





三、五种具有相应管理能力的接口功能。




服务请求功能（SR）： 当系统中某一装置在运行时遇到某些情况时（ 例 如测量已完毕、出现故障等），能向系统控者提出服务请求的能力。 并行点名功能（PP）： 系统控者为快速查询请求服务装置而设置的并行 点名能力。只有配备PP功能的装置才能对控者的并行点名做出响应。 远控本控功能（R／L）：选择远地和本地两个工作状态的能力。 装置触发功能（DT）： 使装置能从总线接收到触发信息，以便进行触发 操作。在一些要进行触发操作或同步操作装置的接口中，必须设置DT功 能。 装置清除功能（DC）： 能使仪器装置接收清除信息并返回到初始状态。 系统控者通过总线命令使那些配置有DC功能的装置同时或有选择地被清 除而回到初始状态。
数据有效 DATA VALID
未准备好接收数据 NOT READY FOR DATA 未收到数据 NOT DATA ACCEPTED 注意 ATTENTION 结束或识别 END OR IDENTIFY 服务请求 SERVICE REQUEST 接口清除 INTERFACE CLEAR 远控可能 REMOTE ENABLE
（5） 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。

4.2.3 GPIB标准接口的机械结构

总线上传递的各种信息通称为消息。带标准接口的智能仪器按功能可分为 仪器功能和接口功能两部分，所以消息也有仪器消息和接口消息之分。 所谓接口消息是指用于管理接口部分完成各种接口功能的信息，它由控者 发出而只被接口部分所接收和使用。 仪器消息是与仪器自身工作密切相关的信息，它只被仪器部分所接收和使 用，虽然仪器消息通过接口功能进行传递，但它不改变接口功能的状态。 接口消息和仪器消息的传递范围如图所示。
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第11页
January 24, 2020
GPIB总线信号定义说明
（2）字节传送控制线，在IEEE 488总线上数据传送采用异步 握手（挂钩）联络方式，即用DAV、NRFD和NDAC 3根线进 行握手联络。
．DAV(Data Available)数据有效线。当由发送器控制的数据 总线上的数据有效时，发送器置DAV为低电平，(逻辑1)，指 示接收器可以从总线上接收数据。
第7页
January 24, 2020
4.2.2 GPIB的总线特征
GP-IB标准接口系统的基本特性如下： （1） 可连接的仪器数量。可以用一条总线互相连接若干台装置， 以组成一个自动测试系统。 系统中装置的数目最多不超过15台， 互连总线的长度不超过20m。 （2） 数据传输采用并行比特（位）、串行字节（位组）双向异步 传输方式，其最大传输速率不超过1兆字节每秒 （3） 总线上传输的消息采用负逻辑。低电平（≤＋0.8V）为逻辑 “1”，高电平（≥＋2.0V）为逻辑“0” （4） 地址容量。单字节地址：31个讲地址，31个听地址；双字 节地址：961个讲地址，961 （5） 一般适用于电气干扰轻微的实验室和生产现场。
控者是数据传输过程中的组织者和控制者，例如对其他设备进行寻址或允许 “讲者”使用总线等。控者通常由计算机担任，GP-IB系统不允许有两个或两个 以上的控者同时起作用。
控者、讲者、听者被称为系统功能的三要素，对于系统中的某一台装置可以具有 三要素中的一个、两个或全部。GP-IB系统中的计算机一般同时兼有讲者、听者 与控者的功能。
1987
1990
1992
1993
第4页
4.2 GPIB总线的基本特性与总线结构
January 24, 2020
第5页
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统
GPIB总线
January 24, 2020
测速传感器
测速放大器
压电测压传感器 电荷放大器
TCCK
瞬态波 IEEE
形
488
存储器
打印机
IBM PC
被
DUT
测 设
备
仪器C (数字万用
IEC
表) 接口
讲者、听 者 功能
仪器D IEC (打印机) 接口 听者职能
EOI RE N SRO IFC AT N NDAV NRFD DAV DIO ~ DIO
81
January 24, 2020
图 4
.
数据总线 3
（8根） 通
用
并
行
接
口
挂钩总线 （3根）
总 线 结
仪表总线技术及应用
第4章 GPIB总线技术
4.1 概述 4.2 GPIB总线的基本特性与总线结构 4.3 基本接口功能 4.4 GPIB总线系统中消息及其传递 4.5 三线联络基本过程 4.6 IEEE 488.2标准 4.7 GPIB接口芯片及接口设计
January 24, 2020
第2页
January 24, 2020
第8页
January 24, 2020
4.2.3 GPIB总线信号
GPIB总线电缆内共有16条信号线，按功能可分为以下三组：
图4.2 GPIB总线系统
第9页
4.2.3 GPIB总线信号
8条双向数据总线（DIO1～ DIO8）作用：传递仪器消息 和大部分接口消息，包括数据、 命令和地址。由于这一标准没 有专门的地址总线和控制总线， 因此必须用其余两组信号线来 区分数据总线上信息的类型。
4.1概述
通用接口总线（General Purpose Interface Bus, GPIB），主要用于连接和控制多个可编程仪器，组建自动 测试系统。
★国际通用的仪器接口标准最初由美国HP公司研制，称为
HP-IB标准。 1975年IEEE在此基础上加以改进，将其规范化为 IEEE－488标准予以推荐。1977年IEC又通过国际合作命名为 IEC－625国际标准。此后，这同一标准便在文献资料中使用了 HP－IB，IEEE－488，GPIB，IEC－IB等多种称谓，但日渐普 遍使用的名称是GPIB。
第3页
January 24, 2020
4.1概述
Standard Commands for
Programmable Instruments
HP-IB成为 IEEE488
SCPI被引入IEEE488
HP 设计 HP-IB
IEEE488.1-1987 IEEE488.2
修订IEEE488.2
1965
1975
．NRFD(not ready for data)未准备好接收数据线，只要连接 在总线上被指定为接收器中的设备，尚有一个未准备好接收数 据，接收器就置NRFD线为有效低电平，示意发送器不要发出 数据。当所有接收器都准备好时，NRFD变为高电平。
监示器
总 线
键盘
绘图仪
图4.1 武器参数测试Байду номын сангаас析系统
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January 24, 2020
4.2.1 基于GPIB总线的测试系统
在一个GP-IB标准接口总线系统中，要进行有效的通信联络至少有 “讲者”、“听者”、“控者”三类仪器装置。
讲者是通过总线发送仪器消息的仪器装置（ 如测量仪器、数据采集器、计算 机等），在一个 GP-IB系统中，可以设置多个讲者， 但在某一时刻，只能有一 个讲者在起作用。 听者是通过总线接收由讲者发出消息的装置（如打印机、信号源等），在一个 GP-IB系统中，可以设置多个听者，并且允许多个听者同时工作。
构
与
管理总线
接
（5根）
口
能
力
第10页
January 24, 2020
GPIB总线信号定义说明
GPIB的信号线除8条地线外，有以下三类信号线： （1）DIO1~DIO8，数据总线，双向 除了用于传送数据外，还用于“听”、“讲”方式的设
置，以及设备地址和设备控制信息的传送。即在D7~D0上可 以传送数据、设备地址和命令。这是因为该总线没有设置地 址线和命令线，这些信息要通过数据线上的编码来产生。
仪器A (计算机) IEC 控者、讲 接口 者和听者
功能
仪器B IEC (激励源) 接口 听者功能
3条数据挂钩联络线（DAV， NRFD和NDAC） 作用：控制数据总线的时序， 以保证数据总线能正确、有节 奏地传输信息，这种传输技术 称为三线挂钩技术。
5条接口管理控制线 （ATN，IFC，REN，EOI 和SRQ）作用：控制GP－ IB总线接口的状态