Schnittstellenkonverter GPIB-RS-232

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Messtechnik

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Viele moderne Messgeräte sind mit der IEEE488-Schnittstelle ausgestattet, die im Westen als GPIB (General Purpose Interface Bus) und in Russland als CPC (General Use Channel nach GOST 26.003-80) bekannt ist. Damit können Sie Geräte zu automatisierten Messsystemen kombinieren. Um einen solchen Komplex zu steuern, benötigen Sie jedoch einen Computer, der mit einem Adapter für diese Schnittstelle ausgestattet ist. In der typischen Konfiguration der meisten Personal Computer ist es nicht verfügbar, und als eigenständiges Produkt ist es nicht billig. Das vorgeschlagene Gerät wird es ermöglichen, einen Standard-Computer-COM-Port zu verwenden, um einen öffentlichen Kanal zu steuern und Informationen darüber auszutauschen.

Zunächst müssen Sie die Grundprinzipien der GPIB-Schnittstelle verstehen. Ihre Organisation lässt sich mit der Tätigkeit einer Kommission vergleichen: Der Vorsitzende entscheidet, wer von den Kommissionsmitgliedern spricht und wer zuhört. Dementsprechend sind Geräte, die in drei Modi arbeiten, mit dem öffentlichen Kanal mit dem gemeinsamen Bus verbunden: Controller (Controller), Lautsprecher (Talker) und Zuhörer (Listener). Der Zuhörer erhält nur Informationen. Bis zu 14 Zuhörer sind gleichzeitig erlaubt. Der Sprecher darf Informationen übermitteln. Es ist immer nur ein Sprecher erlaubt.

Der Controller (Controller) vereint die Funktionen eines Hörers und eines Lautsprechers und ist darüber hinaus in der Lage, alle anderen Geräte anzusprechen. Der über den GPIB-Bus verbundene Gerätekomplex sollte nur einen Controller enthalten.

Alle Geräte sind über 16 Signalleitungen und acht gemeinsame Drahtleitungen parallel geschaltet. Es wird negative Logik verwendet: niedriger Signalpegel - log. 1 (wahr), hoher Pegel - log. 0 (falsch). Die Signalleitungen sind in drei Gruppen unterteilt: Information, Byteübertragung, Synchronisation und Schnittstellensteuerung.

Die Informationsleitungen DIO1–DIO8 (LD0–LD7) bilden einen 7-Bit-Zweiwege-Datenbus. Typischerweise werden Informationen in Textform unter Verwendung des siebenstelligen ASCII-Codes (American Standard Code for Information Interchange) oder seines inländischen Äquivalents KOI-123 übertragen. Um beispielsweise die Zahl 1 zu übertragen, werden nacheinander die ASCII-Codes für die Ziffern 0110001 (2), 0110010 (3) und 0110011 (XNUMX) übertragen. Über den Datenbus werden auch Schnittstellenbefehle, Adressen und Gerätesteuerbefehle übertragen.
Die Taktleitungen koordinieren die Übertragung von Acht-Bit-Bytes über den Datenbus. Dank der Interaktion des Sprechers mit dem Zuhörer oder Zuhörern, wenn es mehrere von ihnen gibt, auf diesen Leitungen, wird die Übertragungsgeschwindigkeit automatisch ausgewählt, basierend auf den Fähigkeiten der aktiven Teilnehmer am Austausch. Somit ist es möglich, Geräte mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten über einen öffentlichen Kanal zu verbinden. Geräte, die nicht am Austausch teilnehmen, bleiben passiv.

Insgesamt gibt es drei Synchronisationslinien. Ein Low-Pegel auf der DAV- (Data Valid) oder SD- (Data Synchronization) Leitung wird vom Sprecher nur eingestellt, wenn die von ihm auf den Datenbus ausgegebenen Informationen zuverlässig sind und der Hörer ein Signal der Akzeptanzbereitschaft erhalten hat - ein High auf der Leitung NRFD (Not Ready) oder GP (Ready to Receive). Ein niedriger Pegel (log. 1) auf dieser Leitung bedeutet nicht empfangsbereit. Da die NRFD-Signalausgänge aller Geräte Open-Collector und parallel geschaltet sind, entsteht hier erst dann ein High-Pegel, wenn mindestens ein Hörer empfangsbereit ist.

Fig. 1

In ähnlicher Weise zeigt ein hoher Pegel auf der NDAC- (Not Data Accepted) oder DP- (Data Accepted) Leitung an, dass der Listener die Informationen erfolgreich empfangen hat. Wie bei der NRFD-Leitung ist ein High-Pegel auf der NDAC-Leitung nicht möglich, bis alle Hörer ihn eingestellt haben.

Zeitdiagramme für Byte-Übertragungszyklen sind in Fig. 1 gezeigt. XNUMX, wo die folgenden charakteristischen Zeitpunkte vermerkt sind:

T_1 – alle Zuhörer sind bereit, ein Byte zu empfangen;
T0 – der Sprecher meldet, dass er ein Byte an den Datenbus gesendet hat;
T1 – der Listener hat begonnen, ein Byte zu empfangen und zu verarbeiten und meldet, dass er noch nicht bereit ist, das nächste zu empfangen;
T2 – der Listener hat ein Byte empfangen;
T3 – der Lautsprecher meldet, dass das Byte auf dem Datenbus nicht mehr gültig ist;
T4 – der Zuhörer entfernt das Empfangsabschlusssignal in Vorbereitung auf den nächsten Zyklus;
T5, T6 - ähnlich wie T-1 und To des vorherigen Zyklus.
Die fünf Steuerleitungen der Schnittstelle sollen denjenigen mitteilen, die mit dem öffentlichen Kanal verbunden sind, welche Aktionen zu ergreifen sind, in welchem ​​​​Modus sie sich befinden und wie sie auf Befehle reagieren sollen. Detaillierte Informationen über den Zweck dieser Linien enthält Tabelle. eines.

Tabelle 1

Jedem der durch einen gemeinsamen Kanal verbundenen Geräte wird eine eindeutige Adresse zugewiesen. Um ein bestimmtes Gerät anzusprechen, überträgt der Controller seine Adresse im Befehlsmodus (wenn die ATN-Leitung niedrig ist). Die Adresse belegt die niederwertigsten fünf Bits eines Bytes und kann im Bereich 0-30 liegen, der Wert 31 ist für allgemeine Schnittstellenbefehle reserviert. Jedes Gerät, das mit einer GPIB-Schnittstelle ausgestattet ist, verfügt über Einrichtungen zum Einstellen und Ändern seiner Adresse, wie z. B. fünf abnehmbare Jumper auf der Rückseite. Durch die Bits DIO6 und DIO7 des Adressbytes stellt die Steuerung den Funktionszweck des Geräts ein. Bei Low auf der DIO6-Leitung ist dies der Zuhörer und auf der DIO7-Leitung der Lautsprecher.

Fig. 2

Das Diagramm des vom Autor entwickelten GPIB-zu-RS-232-Schnittstellenkonverters ist in Abb. 2 dargestellt. 1. An Stecker X1 wird eine Wechsel- oder Konstant-Versorgungsspannung beliebiger Polarität angelegt. Die Diodenbrücke VD5 richtet es gleich oder führt zur gewünschten Polarität, und der integrierte Stabilisator bringt es auf den Wert von XNUMX V, der zur Versorgung der Mikroschaltungen erforderlich ist.

Die Buchse X2 wird mit dem Stecker eines der COM-Ports des Computers verbunden. Der Chip DA1 gleicht die Signalpegel der RS-232-Schnittstelle mit denen ab, die der Mikrocontroller DD1 empfängt und erzeugt. Der im Diagramm angegebene Wert der Frequenz des Quarzresonators ZQ1 liefert eine genaue Einstellung der Standardgeschwindigkeit des Informationsaustauschs mit dem Computer.

Eine hohe Lastkapazität auf dem Datenbus der GPIB-Schnittstelle (DIO1 - DIO8) wird durch den bidirektionalen DD2-Transceiver-Chip bereitgestellt. Wenn Sie mehr als fünf oder sechs Geräte an einen öffentlichen Kanal anschließen müssen, müssen Sie möglicherweise auch die Signale auf den anderen Schnittstellenleitungen verstärken.

Die HL1-LED zeigt den laufenden Informationsaustausch mit am öffentlichen Kanal angeschlossenen Geräten an, und HL2 zeigt das Vorhandensein der Konverter-Versorgungsspannung an.

Der HZ-Stecker ist für die Programmierung des DD1-Mikrocontrollers bestimmt, der bereits auf der Konverterplatine installiert ist. Wenn es mit einem Programmiergerät vorprogrammiert ist, wird dieser Anschluss nicht benötigt. Die Konfiguration des Mikrocontrollers muss wie folgt eingestellt werden: erweitertes (erweitertes) Byte - OxFF, hohes (hohes) Byte - OxDF, niedriges (niedriges) Byte - OxDE.

X4-Buchse - RPM7-24G-PB-V, Standard für GPIB-Schnittstelle (KOP). Die Lage und der Zweck seiner Kontakte sind in Abb. 3 dargestellt. 1. Die Taste SB XNUMX dient zum Neustart des Mikrocontrollers nach einem Programmfehler.

Fig. 3

Das Aussehen des auf dem Steckbrett montierten Konverters ist in Abb. 4 dargestellt. 232. Nach dem Zusammenbau sollte es an einen Computer angeschlossen werden und ein beliebiges Terminalprogramm ausführen. Ich habe das Programm RSXNUMX Pro verwendet.

Die Verbindungsparameter müssen lauten: Baudrate 115200, keine Parität, eine Tabellenziffer. Der Konverter führt die Funktionen eines Shared-Access-Channel-Controllers aus und führt die in Tabelle 232 angegebenen Befehle aus, die über RS-2 gegeben werden. XNUMX.

Jeder von ihnen besteht aus zwei Zeichen - einem Bezeichner und einem Parameter. Das Symbol $ beispielsweise kennzeichnet eine Gruppe von Einmalbefehlen. Das darauffolgende Zeichen (Zahl) wählt einen bestimmten Befehl aus dieser Gruppe aus. Die Kennung # bedeutet, dass der ASCII-Code des begleitenden Zeichens über die GPIB-Schnittstelle übertragen werden muss.

Der Befehl $6 initiiert das parallele Polling mehrerer Fixtures. Es wird normalerweise ausgegeben, nachdem der Controller eine Serviceanforderung (SRQ=1) erhalten hat, um festzustellen, welches Gerät Aufmerksamkeit benötigt. Um dies zu signalisieren, wird ihnen jeweils ein bestimmtes Bit des Datenbusses (DIO) zugeordnet. Dies erfolgt über entfernbare Jumper auf der Instrumententafel oder durch PPC-Schnittstellenbefehle (Parallel Poll Configure - Parallel Poll Configuration), die von der Steuerung ausgegeben werden. Nach der Initialisierung des parallelen Pollings muss lediglich der Zustand der Leitungen DIO7-DIO1 mit Hilfe des $8-Befehls gelesen und analysiert werden.

Die serielle Abfrage ist langsamer als die parallele Abfrage, bestimmt jedoch den Grund für die Anforderung genauer. Zum Starten benötigen Sie den Schnittstellenbefehl SPE (Serial Poll Enable). Danach sendet jedes als Lautsprecher adressierte Gerät sein Statusbyte.

Eine vollständige Liste der Schnittstellenbefehle finden Sie unter „Tutorial Description of the Hewlett-Packard Interface Bus“, das online unter vt100.net/manx/details/7,17449 zu finden ist. Beachten Sie, dass nicht alle mit GPIB ausgestatteten Geräte bestimmte allgemeine Befehle ausführen müssen Schnittstellenbefehle.

Verwenden Sie die in der Tabelle verfügbaren. 2-Befehle können Sie alle Operationen auf dem GPIB-Bus ausführen, was dem Benutzer die Möglichkeit gibt, ein Computerprogramm zur Wartung eines bestimmten Geräts oder seines Systems unabhängig zu schreiben. Um diese Möglichkeit zu veranschaulichen, hat der Autor das GPIB-Terminalprogramm geschrieben.

Fig. 5

Nachdem Sie dieses Programm gestartet haben, müssen Sie das in Abb. 5 Auf der Registerkarte „Einstellungen“ geben Sie die Nummer des COM-Ports an, an den der Konverter angeschlossen ist, und die GPIB-Adresse des Geräts, mit dem gearbeitet werden soll, und stellen Sie die Zeichen ein, die das Ende der Nachrichtenzeile während der Übertragung und des Empfangs anzeigen. Klicken Sie am Ende der Einstellungen auf die Schaltfläche "Übernehmen und speichern".

Das erfolgreiche Öffnen des Ports wird durch die Aufschrift „Port ist offen“ im Bereich „Empfangene Daten“ der Registerkarte „Terminal“ angezeigt. Auf Abb. Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für die Antwort des Instruments auf die Abfrage *idn? - Name des Herstellers, Typ und andere Informationen über das Gerät anfordern. Es ist zu beachten, dass die Antworten des Geräts auf die an es gesendeten Befehle nicht immer bereitgestellt werden. Nachdem das Gerät einen Befehl erhalten hat, führt er ihn häufig "still" aus (wechselt beispielsweise in den erforderlichen Betriebsmodus), ohne die Steuerung darüber zu informieren.

Fig. 6

Für eine visuelle Untersuchung des Prozesses des Informationsaustauschs über einen öffentlichen Kanal bietet das Programm das in Abb. 7 Reiter „Teams“. Versuchen wir, den Befehl *idn? die hier zur Verfügung stehenden Mittel. Zunächst sollte das Gerät als Listener mit der Adresse 2 angesprochen werden. Senden Sie dazu das Adressbyte mit dem Wert 0x22 hexadezimal oder 34 dezimal.

Fig. 7

Durch Drücken der Bildschirmtaste ATN setzen Sie ATN=1 (Low-Pegel auf der gleichnamigen Leitung). Beachten Sie, dass nach jeder Operation der aktuelle Zustand der Steuerleitungen automatisch unten auf der Registerkarte angezeigt wird. Geben Sie die Adresse in dem Format, das der markierten Position des Felds „Format“ entspricht, in das Eingabefeld neben der Schaltfläche „Senden“ ein und klicken Sie auf diese Schaltfläche. Setzen Sie ATN=0, indem Sie die entsprechende Taste drücken.

Durch Eingabe der erforderlichen Werte und Drücken der Schaltfläche "Senden" senden wir die folgende Folge von Bytes: 0x2A, 0x69, 0x64, 0x0E, 3x0f^ 0x0D, 0x13A. Beachten Sie, dass Sie durch Aktivieren des Elements "ASCII" keine Hexadezimalcodes eingeben können, sondern die Zeichen selbst, die den Befehl bilden. Die Carriage Return (OxOD)- und Line Feed (OxOA)-Zeichen, die es beenden, müssen jedoch weiterhin im Hexadezimal- oder Dezimalformat (bzw. 10 und XNUMX) eingegeben werden.

Als nächstes adressieren wir das Gerät als Lautsprecher, wofür wir die ATN-Taste drücken, dann wählen und die Adresse 0x42 oder 66 übertragen. Unmittelbar nach dem Loslassen der ATN-Taste erhalten wir die Antwort des Geräts durch Drücken der Bildschirmtaste „Lesen“ zu empfangen jedes Zeichen. Beachten Sie, dass beim Empfang des letzten Zeichens der Antwort EO1=1 gesetzt wird.

Nachdem Sie den Umgang mit der GPIB-Schnittstelle auf niedrigem Niveau erlernt haben und über Programmierkenntnisse verfügen, können Sie mit der Entwicklung von Programmen zur Steuerung von Messsystemen beginnen.

Das im Artikel beschriebene Schnittstellenwandler-Mikrocontroller-Programm und das Computerprogramm können heruntergeladen werden daher.

Autor: M. Terentjew, Uljanowsk; Veröffentlichung: radioradar.net

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