IEEE-488

IEEE-488 ( Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation ) är en internationell standardspecifikation som beskriver ett gränssnitt för anslutning av digitala mätinstrument till en buss . 

Utvecklad av Hewlett-Packard i slutet av 1960-talet för användning i automatiserad testutrustning ( ATE  ) under namnet Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB) [ 1] .  1975 standardiserades den av American Institute of Electrical and Electronics Engineers som IEEE-488, och används fortfarande i denna egenskap. IEEE-488 är även känd som GPIB ( General Purpose Interface Bus ), IEC-625 ( IEC 625.1) och andra namn . I den liknande sovjetiska standarden GOST 26.003-80 "Gränssnittssystem för mätanordningar med byte-seriell, bitparallell informationsutbyte", kallas det "flertrådig offentlig trunkkanal".  

Egenskaper

Varje enhet på bussen har en unik fembitars primäradress som sträcker sig från 0 till 30 (således är ett möjligt antal enheter 31). Enhetsadresser behöver inte vara sammanhängande, utan måste vara distinkta för att undvika konflikter. Standarden tillåter upp till 15 enheter att anslutas till en tjugometers fysisk buss, med kopplingar av kedjetyp för förlängning [2] [3] .

Aktiva expandrar låter dig utöka bussen och använda upp till 31 teoretiskt möjliga enheter på den logiska bussen.

Tre olika typer av enheter är definierade som kan anslutas till bussen: "lyssnare" (lyssnare), "talare" (högtalare) och / eller kontroller (mer exakt, enheter kan vara i tillståndet "lyssnare" eller "talare", eller vara av typen "controller"). En enhet i tillståndet "lyssnare" läser meddelanden från bussen; en enhet i tillståndet "talare" skickar meddelanden till bussen. Vid varje given tidpunkt kan det finnas en och endast en enhet i tillståndet "talare", medan det kan finnas ett godtyckligt antal enheter i tillståndet "lyssnare". Kontrollanten fungerar som en medlare och bestämmer vilken av enheterna som för närvarande är i tillstånden "talare" och "lyssnare". Flera kontroller kan kopplas till bussen samtidigt. I det här fallet är en av styrenheterna (vanligtvis placerad på GPIB-gränssnittskortet) ansvarig styrenhet (Controller-in-Charge, CIC) och delegerar sina funktioner till andra styrenheter efter behov.

Kontroll- och dataöverföringsfunktionerna är logiskt åtskilda; avsändaren kan hänvisa till en enhet som talare  och en eller flera enheter som lyssnare utan att behöva delta i dataöverföringen .  Detta gör det möjligt att dela samma buss över flera kontroller. Vid varje given tidpunkt kan endast en bussenhet vara aktiv som ansvarig styrenhet.

Data överförs över bussen under en trefas klar/tillgänglig/accepterad anslutningsetableringsprocedur där den långsammaste deltagande enheten bestämmer transaktionshastigheten. Den maximala dataöverföringshastigheten var 1 MB/s i originalutgåvan av standarden och har höjts till 8 MB/s i tillägg till standarden.

Elektriskt är IEEE-488 en åttabitars parallellbuss som innehåller sexton signallinjer (åtta dubbelriktade för data, tre för anslutning, fem för bussstyrning) plus åtta returledningar för jord.

Alla signallinjer använder negativ logik: den största positiva spänningen tolkas som en logisk "0", och den största negativa spänningen tolkas som en logisk "1". Datalinjer (DIO) är numrerade från 1 till 8, och datalinjer (LD) i GOST är numrerade från 0 till 7.

De fem kontrolllinjerna för gränssnittet talar om för enheter som är anslutna till bussen vilka åtgärder de ska vidta, vilket läge de ska vara i och hur de ska svara på GPIB-kommandon.

Kommandon

GPIB-kommandon överförs alltid med det klassiska IEEE-488.1-protokollet. Standarden definierar formatet för kommandon som skickas till verktyg och formatet och kodningen av svar. Kommandon är vanligtvis förkortningar av motsvarande engelska ord. Frågekommandon slutar med ett frågetecken. Alla obligatoriska kommandon har en asterisk (*). Standarden definierar den minsta uppsättning möjligheter som varje verktyg måste ha, nämligen: ta emot och överföra data, skicka en serviceförfrågan och svara på "Rensa gränssnitt"-signalen. Alla kommandon och de flesta data använder 7-bitars ASCII -uppsättningen , där den 8:e biten inte används eller används för paritet.

För att ta emot information från enheter som är anslutna till bussen och konfigurera om bussen, skickar styrenheten kommandon i fem klasser: "Uniline" ("single-bit"), "Universal Multiline" ("multi-bit allmänt ändamål"), "Address Multiline" " ("multi-bit adress") , "Talk Address Group Multiline" ("multi-bit gruppadress sändning") och "Listen Address Group Multiline" ("multi-bit grupp adress mottagning").

IEEE-488.2 escape-sekvenser

Den andra komponenten i kommandosystemet är Programmable Instrument Command Standard, SCPI .( Eng.  Standard Commands for Programming Instruments ), antagen 1990 . SCPI definierar standardregler för att förkorta nyckelord som används som kommandon. Nyckelord kan användas i antingen långa (till exempel MEASure - mått) eller korta bokstäver (MEAS). Kommandon i SCPI-format har ett kolon som prefix. Kommandoargument separeras med kommatecken. SCPI-standarden fungerar på en programmerbar instrumentmodell. Modellens funktionella komponenter inkluderar ett mätsystem (undersystem "ingång", "sensor" och "kalkylator"), ett signalgenereringssystem (undersystem "kalkylator", "källa" och "utgång") och undersystem "format", " display", "minne" och "trigger". Naturligtvis saknar vissa verktyg vissa system eller delsystem. Till exempel har ett oscilloskop inget signalgenereringssystem, men en programmerbar digital sekvensgenerator har inget  mätsystem. Kommandon för att arbeta med komponenter i system och undersystem är hierarkiska och består av underkommandon separerade med kolon.

Ett exempel på ett kommando som konfigurerar en digital multimeter för att mäta växelspänning upp till 20 V med en noggrannhet på 1 mV och samtidigt begär mätresultatet [1] :

:MÅT:SPÄNNING:AC?20,0,001

• Kolon markerar början på ett nytt kommando.
• Nyckelorden MEASure:VOLTage:AC talar om för multimetern att göra en AC-spänningsmätning.
• Frågetecknet talar om för multimetern att mätresultatet ska returneras till datorn eller styrenheten.
• Siffrorna 20 och 0,001, separerade med kommatecken, ställer in mätområdet och noggrannheten.

Styrprotokoll 488.2

Protokoll kombinerar uppsättningar av kontrollsekvenser för att utföra en fullständig mätoperation. 2 obligatoriska och 6 valfria protokoll är definierade. RESET-protokollet säkerställer att alla instrument initieras. ALLSPOLL-protokollet pollar varje fixtur i sekvens och returnerar en statusbyte för varje fixtur. PASSCTL- och REQUESTCTL-protokollen tillhandahåller överföring av styrning av bussen till olika enheter. TESTSYS-protokollet implementerar en självtestfunktion för varje enhet.

FINDLSTN- och FINDRQS-protokollen stöder GPIB-systemhantering. I det här fallet används de möjligheter som finns i 488.1-standarden. Styrenheten exekverar FINDLSTN-protokollet, genererar en lyssnaradress och kontrollerar närvaron av en enhet på bussen baserat på tillståndet för NDAC-linjen. FINDLSTN-protokollet returnerar en lista över lyssnare, och exekvering av detta protokoll innan programmet börjar köra säkerställer att den aktuella systemkonfigurationen är korrekt. FINDRQS-protokollet använder möjligheten att testa SRQ-linjen. Inmatningslistan över enheter kan prioriteras. Detta säkerställer att de mest kritiska enheterna servas först.

Anslutningar

IEEE-488

IEEE-488 specificerar en 24-stifts mikrokontakt av Amphenol -bandtyp för anslutning. Mikrokontakten av bandtyp har ett D-format metallhölje som är större än D-subminiatyrkontakten . Kontakten kallas ibland felaktigt för en " Centronics-kontakt " eftersom samma typ av 36-stiftskontakt användes av skrivartillverkare för sina respektive skrivaranslutningar.

En ovanlig egenskap hos IEEE-488-kontakten är att den vanligtvis använder en "dubbelhövdad" design, med en kontakt på ena sidan och en hona på den andra sidan av kontakten (i båda ändarna av kabeln). Detta möjliggör anslutning av kontakter för en enkel kedjekoppling. De mekaniska egenskaperna hos kopplingen begränsar antalet kontakter i en stapel till fyra eller färre.

De hålls på plats med antingen UTS ( Unified Thread Standard ) gängade skruvar (nu till stor del föråldrade) eller M3,5×0,6 metriska skruvar. Enligt konvention är de metriska skruvarna svartmålade så att två kontakter av olika typer inte skär varandra.  

IEC-625

IEC-625-standarden kräver användning av 25-stifts D-subminiatyrkontakter, samma som används av en IBM PC-kompatibel dator för parallellporten . Denna kontakt har, jämfört med den 24-poliga kontakttypen, inte vunnit någon betydande acceptans på marknaden.

Historik

I slutet av 1960-talet tillverkade Hewlett-Packard (HP) olika mätverktyg och testutrustning som digitala multimetrar och logiska signalanalysatorer. De använde HP Interface Bus (HP-IB) för att upprätta kommunikation mellan sig själva och datorn .

Bussen var relativt enkel, baserad på den dåvarande tekniken, med enkla parallella elbussar och några enskilda styrlinjer. Till exempel var HP 59501 Power Supply Programmer och HP 59306A Relay Actuator relativt enkla kringutrustning som använde HP-IB, implementerade endast på TTL-logik och använde inte mikroprocessorer .

Andra tillverkare har effektivt kopierat HP-IB och kallar deras design för General Purpose Interface Bus (GPIB), vilket skapar de facto industristandarden för automatiserad mätkontroll. När populariteten för GPIB ökade, ökade också dess standardisering av internationella standardiseringsorganisationer.

Standarder

IEEE

1975 standardiserade IEEE bussen som "Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation" IEEE-488 (nu IEEE-488.1). Den formaliserade de mekaniska, elektriska och grundläggande parametrarna för GPIB-protokollet, men sa ingenting om kommandot eller dataformatet.

1987 introducerade IEEE "Standard Codes, Formats, Protocols and Common Commands" IEEE-488.2, vilket omdefinierade den tidigare specifikationen som IEEE-488.1. IEEE-488.2 gav en grundläggande syntax och format för konventioner som enhetsoberoende kommandon, datastrukturer, felprotokoll och liknande. IEEE-488.2, byggd på IEEE-488.1 utan att ersätta den; utrustning kan överensstämma med 488.1 utan att uppfylla 488.2. Den nya standarden innehåller två delar: IEEE-488.1, som beskriver hårdvaran och lågnivåinteraktionen med bussen, och IEEE-488.2, som definierar i vilken ordning kommandon sänds över bussen. IEEE-488.2-standarden reviderades igen 1992. Vid tiden för antagandet av den första versionen av standarden fanns det ännu ingen standard för verktygsspecifika kommandon. Kontrollkommandon för samma klass av instrument (som en multimeter) varierade mycket mellan tillverkare och även modeller.

1990 introducerades "Programmable Instrument Command Standard". [5] SCPIlagt till universella standardkommandon och en serie verktygsklasser med överföring av klassspecifika kommandon. Även om SCPI utvecklades baserat på IEEE-488.2-standarden, kan den enkelt anpassas till vilken annan (icke-IEEE-488.1) hårdvarubas.

IEC

IEC har parallellt med IEEE utvecklat en egen standard - IEC-60625-1 och IEC-60625-2.

Motsvarande ANSI- standard var känd som "ANSI Standard MC 1.1" .

2004 kombinerade IEEE och IEC sina respektive standarder till IEEE/IEC "Dual Protocol" IEC-60488-1, där Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation - Del 1: Allmänt [6] ersattes IEEE -488.1/IEC-60625-1 och IEEE-488.2/IEC-60625-2. [7] IEC-60488-2 har ersatts i enlighet därmed med del 2: Koder, format, protokoll och vanliga kommandon [8]

GOST

Det totala antalet adresser till mottagare och informationskällor i systemet bör inte överstiga 961 med en två-byte organisation.

Bilaga nr 8 förklarar faktiskt frånvaron av feldetekteringsverktyg i standarden:

Behovet av feldetektering i enheter varierar kraftigt beroende på den bullriga miljön, vikten av data som passerar genom gränssnittet, typen av enhetsfunktioner som är aktiva vid datakällan och sänkan och den allmänna tillämpningen av systemet där enheten är Begagnade.

Specialiserade och specifika metoder för feldetektering ingår inte i denna standard. Den lämpliga feldetekteringsmetoden beror på den specifika applikationen eller systemet och specificeras därför inte i denna standard.

Några av de allmänna punkterna nedan tjänar till att illustrera fördelarna med konventionella feldetekteringsverktyg.

Paritetsbiten på LD7 för att detektera fel som finns på LD0-LD6 av en 7-bitars kod [9] ger minimala medel för feldetektering och kräver minimal hårdvara. Paritetskontroll låter dig upptäcka ett enda fel inom grupperingen av bitar i vilken byte som helst. Flera felaktiga bitar inom en enda byte kanske inte upptäcks.

Den longitudinella paritetsbiten på varje LD-linje i slutet av en rad eller datablock kan användas på samma sätt som en paritetsbit (för samma syfte och samma resultat).

Cyklisk styrning som använder redundanta koder är mer komplex och ökar avsevärt kostnaden för kontroll jämfört med ovanstående metoder. Olika cykliska styrkoder kan användas för att upptäcka olika typer av fel. Särskilda cykelkontrollrörelser omfattas inte av denna standard.

HS-488 från National Instruments

National Instruments har introducerat en bakåtkompatibel tillägg till IEEE-488.1, ursprungligen kallad High Speed ​​​​GPIB (HS-488). Med hjälp av standardkablar och hårdvara förbättrar HS-488 bussens prestanda genom att eliminera fördröjningar i samband med behovet av att vänta på en bekräftelse i IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC) tri-signalschema, där den maximala genomströmningen inte överstiger 1,5 MB/s. Således var det möjligt att öka dataöverföringshastigheten till 8 MB/s, även om hastigheten minskade när fler enheter kopplades till bussen. Detta återspeglades i standarden 2003 (IEEE-488.1-2003) [10] .

Användning

I automatisk mätutrustning

Produkter tillverkade av National Instruments är inriktade på automatisering av laboratoriearbetsstationer . Dessa är sådana klasser av mätinstrument som analysatorer-testare, kalibreringssystem , oscilloskop och strömförsörjning baserade på GPIB-bussen [11] . Modulära lösningar (VXI) råder för multifunktionssystem, och de mest populära enheterna här är alla typer av multiplexeromkopplare. Multimetrar är lika representerade i båda fallen.

Komplexa mätsystem tillverkas av HP, Wavetek, B&K Precision (Cobra Electronics), Kinetic Systems, Inc. 1993 fanns mer än hälften av GPIB-gränssnitten på Sun , SGI , IBM RISC System/6000 och HP-arbetsstationer. De använder mjukvaruverktyg på nivå med speciella språk som förkortat testspråk för alla system(ATLAS) och allmänna språk som Ada [12] .

Som ett gränssnitt i en dator

HP-utvecklarnas uppmärksamhet var fokuserad på att utrusta gränssnittet med digital instrumentering, designerna planerade inte särskilt att göra IEEE-488 till ett gränssnitt för kringutrustning för stordatorer. Men när HP:s första mikrodatorer behövde ett gränssnitt till kringutrustning ( hårddiskar , bandenheter , skrivare , plottrar , etc.), var HP-IB lättillgänglig och lätt att anpassa för detta ändamål.

Datorer tillverkade av HP använde HP-IB, såsom HP 9800 [13] , HP 2100-serien [14] och HP 3000-serien [15] . Några av de tekniska miniräknare som tillverkades av HP på 1980-talet, såsom HP-41 och HP-71B-serien, hade också IEEE-488-kapacitet, via den valfria HP-IL/HP-IB-gränssnittsmodulen.

Andra tillverkare har också antagit Universal Interface Bus för sina datorer, till exempel Tektronix 405x-linjen.

Commodore PET använde IEEE-488-bussen med en icke-standard kortkontakt för att ansluta sina externa enheter. Commodore ärvde åttabitars datorer som VIC-20, C-64 och C-128, som använde ett seriellt gränssnitt med en rund DIN-kontakt, för vilken de behöll IEEE-488-gränssnittsprogrammering och terminologi.

Medan IEEE-488-busshastigheten har höjts till 10 MB/s för vissa applikationer, har bristen på kommandoprotokollstandarder begränsat tredjepartserbjudanden och interoperabilitet . I slutändan ersatte snabbare och mer kompletta standarder (som SCSI ) IEEE-488 i kringutrustning.

Fördelar

• Enkelt hårdvarugränssnitt
• Låter dig blanda höghastighetsenheter med låghastighetsenheter
• Populär, väl understödd på marknaden

Nackdelar

• Kontakter och kablar är mekaniskt skrymmande
• Prisgränser och specifikationsförlängningar
• Brist på kommandoprotokollstandarder (före SCPI)
• Optionsimplementeringar (t.ex. slutet av överföringsbehandling) kan komplicera interoperabilitet
• Ingen obligatorisk galvanisk isolering mellan buss och enheter

Se även

• LAN-extensions for Instrumentation (LXI)
• Virtual Instrument Software Architecture (VISA)

Anteckningar

1. ↑ 1 2 Anatomy of GPIB . Tillträdesdatum: 13 februari 2010. Arkiverad från originalet den 9 januari 2014. (obestämd)
2. ↑ Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 13 februari 2010. Arkiverad från originalet 2 december 2008.  (obestämd)  . - "Den primära adressen är ett tal i intervallet 0 till 30." Arkiverad kopia (inte tillgänglig länk) . Hämtad 13 februari 2010. Arkiverad från originalet 2 december 2008. (obestämd) 
3. ↑ Arkiverad kopia (länk ej tillgänglig) . Hämtad 13 februari 2010. Arkiverad från originalet 7 juli 2011.  (obestämd)  . - "alla adresser i intervallet 0 - 30, inklusive, får användas". Arkiverad kopia (inte tillgänglig länk) . Hämtad 13 februari 2010. Arkiverad från originalet 7 juli 2011. (obestämd) 
4. ↑ Numreringen av kontakter enligt GOST skiljer sig från den som anges i IEEE / IEC !!
5. ↑ Historia av GPIB . Nationella instrument. — "1990 inkluderade IEEE 488.2-specifikationen dokumentet Standard Commands for Programmable Instrumentation (SCPI)." Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
6. ↑ IEC/IEEE-standard för högre prestandaprotokoll för det digitala standardgränssnittet för programmerbar instrumentering - Del 1: Allmänt (antagande av IEEE Std 488.1-2003) . IEEE. Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
7. ↑ Ersatta eller återkallade publikationer . IEC. Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
8. ↑ Digitalt standardgränssnitt för programmerbar instrumentering - Del 2: Koder, format, protokoll och vanliga kommandon (antagande av (IEEE Std 488.2-1992) . IEEE. Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
9. ↑ GOST 13052-74.
10. ↑ Uppgraderad standard ökar hastigheten för IEEE 488 instrumentbussar åttafaldigt . IEEE (6 oktober 2003). Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
11. ↑ Yu.A. Semerenko. Ansluta instrumentell GPIB till en persondator via LPT-porten  // Instrument och experimentella tekniker. - 2005. - T. 48 , nr. 5 . - S. 53-55 . Arkiverad från originalet den 12 december 2017.
12. ↑ A. Bazhenov. GPIB, 488.2 och SCPI-standarder och deras inverkan på utvecklingen av mätautomation  // World of Computer Automation. - 2000. - Nr 1 . Arkiverad från originalet den 4 mars 2016.
13. ↑ HP 98135A HP-IB-gränssnitt 9815 . HP datormuseum . Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
14. ↑ 59310A HP-IB-gränssnitt . HP datormuseum . - "HP-IB-gränssnitt för HP1000- och HP2000-datorer". Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)
15. ↑ 27113A HP-IB-gränssnitt . HP datormuseum . - "CIO HP-IB-gränssnitt för 3000-serien 900". Hämtad 6 februari 2010. Arkiverad från originalet 17 april 2012. (obestämd)

Länkar

• IEC-60488-1: Protokoll med högre prestanda för det digitala standardgränssnittet för programmerbar  instrumentering . - International Electrotechnical Commission, 2004. - Vol. Del 1: Allmänt.  (Engelsk)
• IEC-60488-2: Standard digitalt gränssnitt för programmerbar instrumentering . - International Electrotechnical Commission, 2004. - T. Del 2: Koder, format, protokoll och vanliga kommandon.  (Engelsk)
• GPIB buss
• GRÄNSSNITTSBUS FÖR ALLMÄNT SYFTE
• Anatomi av en GPIB
• Yashkardin V.L. HPIB. GPIB. IEEE488. IEC 625. IEC 60488. Digitalt gränssnitt för programmerbara instrument. . SoftElectro (2012). (obestämd)