IEEE-488

IEEE-488 ( Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation ) er en international standardspecifikation , der beskriver en grænseflade til tilslutning af digitale måleinstrumenter til en bus . 

Udviklet af Hewlett-Packard i slutningen af ​​1960'erne til brug i automatiseret testudstyr ( ATE  ) under navnet Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB) [ 1] .  I 1975 blev det standardiseret af American Institute of Electrical and Electronics Engineers som IEEE-488, og bruges stadig i denne kapacitet. IEEE-488 er også kendt som General Purpose Interface Bus (GPIB), IEC-625 ( IEC 625.1) og andre navne . I den lignende sovjetiske standard GOST 26.003-80 "Grænsefladesystem til måleenheder med byte-seriel, bit-parallel informationsudveksling", kaldes det "multi-wire public trunk channel".  

Karakteristika

Hver enhed på bussen har en unik fem-bit primær adresse i området fra 0 til 30 (således er et muligt antal enheder 31). Enhedsadresser behøver ikke at være sammenhængende, men skal være adskilte for at undgå konflikter. Standarden tillader, at op til 15 enheder kan tilsluttes en tyve meter fysisk bus ved hjælp af kædestik til forlængelse [2] [3] .

Aktive udvidere giver dig mulighed for at forlænge bussen og bruge op til 31 teoretisk mulige enheder på den logiske bus.

Der er defineret tre forskellige typer enheder, der kan tilsluttes bussen: "lytter" (lytter), "taler" (højttaler) og/eller controller (mere præcist kan enheder være i tilstanden "lytter" eller "taler", eller være af typen "controller"). En enhed i "lytter"-tilstand læser beskeder fra bussen; en enhed i "taler"-tilstand sender beskeder til bussen. På ethvert givet tidspunkt kan der være én og kun én enhed i "taler"-tilstanden, mens der kan være et vilkårligt antal enheder i "lytter"-tilstand. Controlleren fungerer som en dommer og bestemmer, hvilke af enhederne der i øjeblikket er i tilstandene "taler" og "lytter". Der kan tilsluttes flere controllere til bussen på samme tid. I dette tilfælde er en af ​​controllerne (normalt placeret på GPIB-interfacekortet) den ansvarlige controller (Controller-in-Charge, CIC) og uddelegerer sine funktioner til andre controllere efter behov.

Kontrol- og dataoverførselsfunktionerne er logisk adskilte; afsenderen kan henvise til en enhed som en oplæser  og en eller flere enheder som lyttere uden at skulle deltage i dataoverførslen .  Dette gør det muligt at dele den samme bus på tværs af flere controllere. På et givet tidspunkt kan kun én busenhed være aktiv som ansvarlig controller.

Data overføres over bussen under en trefaset klar/tilgængelig/accepteret forbindelsesetableringsprocedure, hvor den langsomste deltagende enhed bestemmer transaktionshastigheden. Den maksimale dataoverførselshastighed var 1 MB/s i den originale udgave af standarden og er blevet øget til 8 MB/s i udvidelser til standarden.

Elektrisk er IEEE-488 en otte-bit parallel bus, der indeholder seksten signallinjer (otte tovejs for data, tre for tilslutning, fem for busstyring) plus otte returledninger til jord.

Alle signallinjer bruger negativ logik: den største positive spænding fortolkes som en logisk "0", og den største negative spænding fortolkes som en logisk "1". Datalinjer (DIO) er nummereret fra 1 til 8, og datalinjer (LD) i GOST er nummereret fra 0 til 7.

De fem grænsefladekontrollinjer fortæller enheder, der er tilsluttet bussen, hvilke handlinger de skal udføre, hvilken tilstand de skal være i, og hvordan de skal reagere på GPIB-kommandoer.

Kommandoer

GPIB-kommandoer transmitteres altid ved hjælp af den klassiske IEEE-488.1-protokol. Standarden definerer formatet af kommandoer sendt til værktøjer og formatet og kodningen af ​​svar. Kommandoer er normalt forkortelser af de tilsvarende engelske ord. Forespørgselskommandoer slutter med et spørgsmålstegn. Alle obligatoriske kommandoer er foranstillet med en stjerne (*). Standarden definerer det minimumssæt af muligheder, som hvert værktøj skal have, nemlig: modtage og sende data, sende en serviceanmodning og svare på "Ryd interface"-signalet. Alle kommandoer og de fleste data bruger 7-bit ASCII -sættet , hvor den 8. bit ikke bruges eller bruges til paritet.

For at modtage information fra enheder, der er tilsluttet bussen og omkonfigurere bussen, sender controlleren kommandoer af fem klasser: "Uniline" ("single-bit"), "Universal Multiline" ("multi-bit generelt formål"), "Address Multiline" " ("multi-bit adresse") , "Talk Address Group Multiline" ("multi-bit gruppeadressetransmittering") og "Listen Address Group Multiline" ("multi-bit gruppeadressemodtagelse").

IEEE-488.2 escape-sekvenser

Den anden komponent i kommandosystemet er Programmable Instrument Command Standard, SCPI .( Eng.  Standard Commands for Programming Instruments ), vedtaget i 1990 . SCPI definerer standardregler for afkortning af nøgleord, der bruges som kommandoer. Nøgleord kan bruges i enten lange (for eksempel MEASure - måle) eller korte caps (MEAS). Kommandoer i SCPI-format er præfikset med et kolon. Kommandoargumenter er adskilt af et komma. SCPI-standarden fungerer på en programmerbar instrumentmodel. Modellens funktionelle komponenter omfatter et målesystem (undersystemer "input", "sensor" og "beregner"), et signalgenereringssystem (undersystemer "beregner", "kilde" og "output") og undersystemer "format", " display", "hukommelse" og "trigger". Naturligvis mangler nogle værktøjer nogle systemer eller undersystemer. For eksempel har et oscilloskop ikke et signalgenereringssystem, men en programmerbar digital sekvensgenerator har ikke  et målesystem. Kommandoer til at arbejde med komponenter i systemer og undersystemer er hierarkiske og består af underkommandoer adskilt af kolon.

Et eksempel på en kommando, der konfigurerer et digitalt multimeter til at måle AC-spænding op til 20 V med en nøjagtighed på 1 mV og samtidig anmoder om måleresultatet [1] :

:MÅL:SPÆNDING:AC?20,0,001

• Kolon markerer starten på en ny kommando.
• MÅL:SPÆNDING:AC nøgleordene fortæller multimeteret at tage en vekselspændingsmåling.
• Spørgsmålstegnet fortæller multimeteret, at måleresultatet skal returneres til computeren eller controlleren.
• Tallene 20 og 0,001, adskilt af et komma, indstiller måleområdet og nøjagtigheden.

Controllerprotokoller 488.2

Protokoller kombinerer sæt af kontrolsekvenser for at udføre en komplet måleoperation. Der er defineret 2 obligatoriske og 6 valgfrie protokoller. RESET-protokollen sikrer, at alle instrumenter initialiseres. ALLSPOLL-protokollen poller hver opstilling i rækkefølge og returnerer en statusbyte for hver opstilling. PASSCTL- og REQUESTCTL-protokollerne giver overførsel af kontrol af bussen til forskellige enheder. TESTSYS-protokollen implementerer en selvtestfunktion for hver enhed.

FINDLSTN- og FINDRQS-protokollerne understøtter GPIB-systemstyring. I dette tilfælde anvendes de muligheder, der ligger i 488.1-standarden. Controlleren udfører FINDLSTN-protokollen, genererer en lytteradresse og kontrollerer tilstedeværelsen af ​​en enhed på bussen baseret på tilstanden af ​​NDAC-linjen. FINDLSTN-protokollen returnerer en liste over lyttere, og udførelse af denne protokol, før applikationen begynder at køre, sikrer, at den aktuelle systemkonfiguration er korrekt. FINDRQS-protokollen bruger muligheden for at teste SRQ-linjen. Indtastningslisten over enheder kan prioriteres. Dette sikrer, at de mest kritiske enheder serviceres først.

Forbindelser

IEEE-488

IEEE-488 specificerer et 24-bens Amphenol bånd-type mikrostik til tilslutning. Mikrostikket af båndtypen har et D-formet metalhus, der er større end D-subminiaturestikket . Konnektoren kaldes nogle gange fejlagtigt som et " Centronics-stik ", fordi den samme type 36-bens stik blev brugt af printerproducenter til deres respektive printerforbindelser.

Et usædvanligt træk ved IEEE-488-stikket er, at det normalt bruger et "dobbelthovedet" design med et stik på den ene side og en hun på den anden side af stikket (i begge ender af kablet). Dette muliggør tilslutning af stik til en simpel kædeforbindelse. De mekaniske egenskaber ved stikket begrænser antallet af stik i en stak til fire eller færre.

De holdes på plads med enten UTS ( Unified Thread Standard ) gevindskruer (nu stort set forældede) eller M3,5×0,6 metriske skruer. Efter konvention er de metriske skruer malet sorte, så to stik af forskellige typer ikke krydser hinanden.  

IEC-625

IEC-625-standarden påbyder brugen af ​​25-bens D-subminiature-stik, det samme som bruges af en IBM PC-kompatibel computer til parallelporten . Dette stik har, sammenlignet med 24-bens stiktypen, ikke vundet væsentlig accept på markedet.

Historie

I slutningen af ​​1960'erne producerede Hewlett-Packard (HP) forskellige måleværktøjer og testudstyr såsom digitale multimetre og logiske signalanalysatorer. De brugte HP Interface Bus (HP-IB) til at etablere kommunikation mellem dem selv og computeren .

Bussen var forholdsvis enkel, baseret på eksisterende teknologi på det tidspunkt, ved hjælp af simple parallelle elektriske busser og nogle få individuelle styrelinjer. For eksempel var HP 59501 Power Supply Programmer og HP 59306A relæaktuator relativt simple perifere enheder, der brugte HP-IB, kun implementeret på TTL-logik og brugte ikke mikroprocessorer .

Andre producenter har effektivt kopieret HP-IB og kalder deres design for General Purpose Interface Bus (GPIB), hvilket skaber de facto industristandarden for automatiseret målekontrol. Efterhånden som populariteten af ​​GPIB voksede, voksede dets standardisering af internationale standardiseringsorganisationer.

Standarder

IEEE

I 1975 standardiserede IEEE bussen som "Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation" IEEE-488 (nu IEEE-488.1). Den formaliserede de mekaniske, elektriske og grundlæggende parametre for GPIB-protokollen, men sagde intet om kommandoen eller dataformatet.

I 1987 introducerede IEEE "Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands" IEEE-488.2, hvilket omdefinerede den tidligere specifikation som IEEE-488.1. IEEE-488.2 gav en grundlæggende syntaks og et format for konventioner såsom enhedsuafhængige kommandoer, datastrukturer, fejlprotokoller og lignende. IEEE-488.2, bygget på IEEE-488.1 uden at erstatte det; udstyr kan overholde 488.1 uden at overholde 488.2. Den nye standard indeholder to dele: IEEE-488.1, som beskriver hardwaren og interaktion på lavt niveau med bussen, og IEEE-488.2, som definerer rækkefølgen, hvori kommandoer sendes over bussen. IEEE-488.2-standarden blev revideret igen i 1992. På tidspunktet for vedtagelsen af ​​den første version af standarden var der endnu ikke nogen standard for værktøjsspecifikke kommandoer. Kontrolkommandoer for samme klasse af instrumenter (såsom et multimeter) varierede meget mellem producenter og endda modeller.

I 1990 blev "Programmable Instrument Command Standard" indført. [5] SCPItilføjet universelle standardkommandoer og en række værktøjsklasser med overførsel af klassespecifikke kommandoer. Selvom SCPI blev udviklet baseret på IEEE-488.2-standarden, kan den let tilpasses til enhver anden (ikke-IEEE-488.1) hardwarebase.

IEC

IEC har parallelt med IEEE udviklet sin egen standard - IEC-60625-1 og IEC-60625-2.

Den tilsvarende ANSI- standard var kendt som "ANSI Standard MC 1.1" .

I 2004 kombinerede IEEE og IEC deres respektive standarder i IEEE/IEC "Dual Protocol" IEC-60488-1, hvor Standard for Higher Performance Protocol for Standard Digital Interface for Programmerbar Instrumentation - Del 1: Generelt [6] erstattede IEEE -488.1/IEC-60625-1 og IEEE-488.2/IEC-60625-2. [7] IEC-60488-2 er blevet erstattet i overensstemmelse hermed af Del 2: Koder, formater, protokoller og fælles kommandoer [8]

GOST

Det samlede antal adresser på modtagere og informationskilder i systemet bør ikke overstige 961 med en to-byte organisation.

Bilag nr. 8 erklærer faktisk fraværet af fejldetektionsværktøjer i standarden:

Behovet for fejldetektion i enheder varierer meget afhængigt af det støjende miljø, vigtigheden af ​​de data, der passerer gennem grænsefladen, typen af ​​enhedsfunktioner, der er aktive ved datakilden og vasken, og den generelle anvendelse af det system, som enheden er i. Brugt.

Specialiserede og specifikke midler til fejldetektion er ikke inkluderet i denne standard. Den passende fejldetektionsmetode afhænger af den særlige applikation eller system og er derfor ikke specificeret i denne standard.

Nogle af de generelle punkter nedenfor tjener til at illustrere fordelene ved konventionelle fejldetektionsværktøjer.

Paritetsbitten på LD7 til detektering af fejl indeholdt på LD0-LD6 af en 7-bit kode [9] giver minimale midler til fejldetektion og kræver minimal hardware. Paritetskontrol giver dig mulighed for at detektere en enkelt fejl inden for grupperingen af ​​bits af enhver byte. Flere fejlagtige bits inden for en enkelt byte detekteres muligvis ikke.

Den langsgående paritetsbit på hver LD-linje i slutningen af ​​en række eller blok af data kan bruges på samme måde som en paritetsbit (til samme formål og de samme resultater).

Cyklisk kontrol ved hjælp af redundante koder er mere kompleks og øger omkostningerne ved kontrol betydeligt sammenlignet med ovenstående metoder. Forskellige cykliske kontrolkoder kan bruges til at detektere forskellige typer fejl. Særlige cykluskontrolbevægelser er ikke omfattet af denne standard.

HS-488 fra National Instruments

National Instruments har introduceret en bagudkompatibel udvidelse til IEEE-488.1, oprindeligt kaldet High Speed ​​​​GPIB (HS-488). Ved at bruge standardkabler og hardware forbedrer HS-488 busydeevnen ved at eliminere forsinkelser forbundet med behovet for at vente på en bekræftelse i IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC) tri-signalskemaet, hvor den maksimale gennemstrømning ikke overstiger 1,5 MB/s. Det var således muligt at øge dataoverførselshastigheden til 8 MB/s, selvom hastigheden faldt, når flere enheder blev tilsluttet bussen. Dette blev afspejlet i standarden i 2003 (IEEE-488.1-2003) [10] .

Brug

I automatisk måleudstyr

Produkter fremstillet af National Instruments er fokuseret på automatisering af laboratoriearbejdsstationer . Disse er sådanne klasser af måleinstrumenter som analysatorer-testere, kalibreringssystemer , oscilloskoper og strømforsyninger baseret på GPIB-bussen [11] . Modulære løsninger (VXI) er fremherskende for multi-purpose systemer, og de mest populære enheder her er alle slags multiplexer switche. Multimetre er lige repræsenteret i begge tilfælde.

Komplekse målesystemer er produceret af HP, Wavetek, B&K Precision (Cobra Electronics), Kinetic Systems, Inc. I 1993 var mere end halvdelen af ​​GPIB-grænsefladerne på Sun- , SGI- , IBM RISC System/6000- og HP-arbejdsstationer. De bruger softwareværktøjer på niveau med specielle sprog, såsom Abbreviated Test Language for All Systems(ATLAS) og generelle sprog som Ada [12] .

Som en grænseflade i en computer

HP-udviklernes opmærksomhed var fokuseret på at udstyre grænsefladen med digital instrumentering, designerne havde ikke særlig planer om at gøre IEEE-488 til en perifer enhedsgrænseflade til mainframe-computere. Men da HP's første mikrocomputere havde brug for en grænseflade til periferiudstyr ( harddiske , båndstationer , printere , plottere osv.), var HP-IB let tilgængelig og let tilpasset til det formål.

Computere fremstillet af HP brugte HP-IB, såsom HP 9800 [13] , HP 2100-serien [14] og HP 3000-serien [15] . Nogle af de tekniske regnemaskiner produceret af HP i 1980'erne, såsom HP-41- og HP-71B-serien, havde også IEEE-488-kapacitet via det valgfrie HP-IL/HP-IB-interfacemodul.

Andre producenter har også taget Universal Interface Bus til deres computere, såsom Tektronix 405x-linjen.

Commodore PET brugte IEEE-488-bussen med et ikke-standard kortstik til at forbinde deres eksterne enheder. Commodore arvede otte-bit computere såsom VIC-20, C-64 og C-128, som brugte et serielt interface ved hjælp af et rundt DIN-stik, for hvilket de beholdt IEEE-488-grænsefladeprogrammeringen og -terminologien.

Mens IEEE-488-bushastigheden er blevet øget til 10 MB/s for nogle applikationer, har manglen på kommandoprotokolstandarder begrænset tredjepartstilbud og interoperabilitet . I sidste ende erstattede hurtigere og mere komplette standarder (såsom SCSI ) IEEE-488 i periferiudstyr.

Fordele

• Enkel hardwaregrænseflade
• Giver dig mulighed for at blande højhastighedsenheder med lavhastigheds
• Populær, godt understøttet på markedet

Ulemper

• Stik og kabler er mekanisk omfangsrige
• Takstgrænser og specifikationsudvidelser
• Mangel på kommandoprotokolstandarder (før SCPI)
• Optionsimplementeringer (f.eks. slutningen af ​​overførselsbehandling) kan komplicere interoperabilitet
• Ingen obligatorisk galvanisk isolering mellem bus og enheder

Se også

• LAN-udvidelser til instrumentering (LXI)
• Virtual Instrument Software Architecture (VISA)

Noter

1. ↑ 1 2 GPIB's anatomi . Dato for adgang: 13. februar 2010. Arkiveret fra originalen 9. januar 2014. (ubestemt)
2. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 13. februar 2010. Arkiveret fra originalen 2. december 2008.  (ubestemt)  . - "Den primære adresse er et tal i området 0 til 30." Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 13. februar 2010. Arkiveret fra originalen 2. december 2008. (ubestemt) 
3. ↑ Arkiveret kopi (link ikke tilgængeligt) . Hentet 13. februar 2010. Arkiveret fra originalen 7. juli 2011.  (ubestemt)  . - "enhver adresse i området 0 - 30 inklusive, kan bruges". Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 13. februar 2010. Arkiveret fra originalen 7. juli 2011. (ubestemt) 
4. ↑ Nummereringen af ​​kontakter i henhold til GOST afviger fra den, der er angivet i IEEE / IEC !!
5. ↑ GPIBs historie . Nationale instrumenter. — "I 1990 inkluderede IEEE 488.2-specifikationen dokumentet Standard Commands for Programmable Instrumentation (SCPI)." Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
6. ↑ IEC/IEEE Standard for Higher Performance Protocol for Standard Digital Interface for Programmerbar Instrumentation - Del 1: Generelt (vedtagelse af IEEE Std 488.1-2003) . IEEE. Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
7. ↑ Udskiftede eller tilbagetrukne publikationer . IEC. Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
8. ↑ Standard digital grænseflade til programmerbar instrumentering - Del 2: Koder, formater, protokoller og fælles kommandoer (vedtagelse af (IEEE Std 488.2-1992) . IEEE. Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen den 17. april 2012. (ubestemt)
9. ↑ GOST 13052-74.
10. ↑ Opgraderet standard øger hastigheden af ​​IEEE 488 instrumentbusser ottedobbelt . IEEE (6. oktober 2003). Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
11. ↑ Yu.A. Semerenko. Grænseflade af den instrumentelle GPIB med en personlig computer gennem LPT-porten  // Instrumenter og eksperimentelle teknikker. - 2005. - T. 48 , no. 5 . - S. 53-55 . Arkiveret fra originalen den 12. december 2017.
12. ↑ A. Bazhenov. GPIB, 488.2 og SCPI standarder og deres indvirkning på udviklingen af ​​måleautomatisering  // World of Computer Automation. - 2000. - Nr. 1 . Arkiveret fra originalen den 4. marts 2016.
13. ↑ HP 98135A HP-IB Interface 9815 . HP Computer Museum . Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
14. ↑ 59310A HP-IB Interface . HP Computer Museum . - "HP-IB interface til HP1000 og HP2000 computere". Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)
15. ↑ 27113A HP-IB Interface . HP Computer Museum . - "CIO HP-IB interface til 3000 Series 900". Hentet 6. februar 2010. Arkiveret fra originalen 17. april 2012. (ubestemt)

Links

• IEC-60488-1: Højere ydeevne protokol for den digitale standardgrænseflade til programmerbar  instrumentering . - International Electrotechnical Commission, 2004. - Vol. Del 1: Generelt.  (Engelsk)
• IEC-60488-2: Standard digitalt interface til programmerbar instrumentering . - International Electrotechnical Commission, 2004. - T. Del 2: Koder, formater, protokoller og almindelige kommandoer.  (Engelsk)
• GPIB bus
• GENERELT FORMÅL GRÆNSEFLADE BUS
• Anatomi af en GPIB
• Yashkardin V.L. HPIB. GPIB. IEEE488. IEC 625. IEC 60488. Digitalt interface til programmerbare instrumenter. . SoftElectro (2012). (ubestemt)