IEEE-488

IEEE-488 ( Interfață digitală standard pentru instrumente programabile ) este o specificație standard internațională care descrie o interfață pentru conectarea instrumentelor digitale de măsurare la o magistrală . 

Dezvoltat de Hewlett-Packard la sfârșitul anilor 1960 pentru a fi utilizat în echipamente automate de testare ( ATE  ) sub numele Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB) [ 1] .  În 1975, a fost standardizat de Institutul American de Ingineri Electrici și Electronici ca IEEE-488 și este încă folosit în această calitate. IEEE-488 este cunoscut și ca magistrală de interfață generală (GPIB), IEC-625 ( IEC 625.1) și alte denumiri . În standardul sovietic similar GOST 26.003-80 „Sistem de interfață pentru dispozitive de măsurare cu schimb de informații în serie de octeți, biți paralel”, este numit „canal trunchi public cu mai multe fire”.  

Caracteristici

Fiecare dispozitiv de pe magistrală are o adresă primară unică de cinci biți, cuprinsă între 0 și 30 (deci un număr posibil de dispozitive este 31). Adresele dispozitivelor nu trebuie să fie învecinate, dar trebuie să fie distincte pentru a evita conflictele. Standardul permite conectarea a până la 15 dispozitive la o magistrală fizică de douăzeci de metri, folosind conectori de tip lanț pentru extensie [2] [3] .

Expansoarele active vă permit să extindeți magistrala și să utilizați până la 31 de dispozitive posibile teoretic pe magistrala logică.

Sunt definite trei tipuri diferite de dispozitive care pot fi conectate la magistrală: „ascultător” (ascultător), „vorbitor” (difuzor) și/sau controler (mai precis, dispozitivele pot fi în starea „ascultător” sau „vorbitor”, sau să fie de tip „controler”). Un dispozitiv în starea „ascultător” citește mesajele din magistrală; un dispozitiv în starea „vorbitor” trimite mesaje către magistrală. În orice moment, poate exista un singur dispozitiv în starea „vorbitor”, în timp ce poate exista un număr arbitrar de dispozitive în starea „ascultător”. Controlerul acționează ca un arbitru și determină care dintre dispozitive se află în prezent în stările „vorbitor” și „ascultător”. Mai multe controlere pot fi conectate la magistrală în același timp. În acest caz, unul dintre controlere (situat de obicei pe placa de interfață GPIB) este controlerul responsabil (Controller-in-Charge, CIC) și își delegă funcțiile altor controlere după cum este necesar.

Funcțiile de control și transfer de date sunt separate din punct de vedere logic; dispecerul se poate referi la un dispozitiv ca vorbitor  și la unul sau mai multe dispozitive ca ascultători fără a fi nevoie să participe la transferul de date .  Acest lucru face posibilă partajarea aceleiași magistrale pe mai multe controlere. În orice moment, un singur dispozitiv de magistrală poate fi activ ca controler responsabil.

Datele sunt transferate prin autobuz în timpul unei proceduri trifazate de stabilire a conexiunii pregătite/disponibile/acceptate în care cel mai lent dispozitiv participant determină rata tranzacției. Rata maximă de transfer de date a fost de 1 MB/s în ediția originală a standardului și a fost crescută la 8 MB/s în extensiile la standard.

Din punct de vedere electric, IEEE-488 este o magistrală paralelă de opt biți care conține șaisprezece linii de semnal (opt bidirecționale pentru date, trei pentru conexiune, cinci pentru controlul magistralei) plus opt fire de retur pentru masă.

Toate liniile de semnal folosesc logica negativă: cea mai mare tensiune pozitivă este interpretată ca un „0” logic, iar cea mai mare tensiune negativă este interpretată ca un „1” logic. Liniile de date (DIO) sunt numerotate de la 1 la 8, iar liniile de date (LD) în GOST sunt numerotate de la 0 la 7.

Cele cinci linii de control ale interfeței le spun dispozitivelor atașate la magistrală ce acțiuni trebuie întreprinse, în ce mod să fie și cum să răspundă la comenzile GPIB.

Comenzi

Comenzile GPIB sunt întotdeauna transmise folosind protocolul clasic IEEE-488.1. Standardul definește formatul comenzilor trimise la instrumente și formatul și codificarea răspunsurilor. Comenzile sunt de obicei abrevieri ale cuvintelor corespunzătoare în limba engleză. Comenzile de interogare se termină cu un semn de întrebare. Toate comenzile obligatorii sunt prefixate cu un asterisc (*). Standardul definește setul minim de capabilități pe care trebuie să le aibă fiecare instrument, și anume: primirea și transmiterea datelor, trimiterea unei cereri de service și răspunsul la semnalul „Clear interface”. Toate comenzile și majoritatea datelor folosesc setul ASCII de 7 biți , în care al 8-lea bit nu este folosit sau este folosit pentru paritate.

Pentru a primi informații de la dispozitivele conectate la magistrală și a reconfigura magistrala, controlerul trimite comenzi din cinci clase: „Uniline” (“single-bit”), „Universal Multiline” (“multi-bit general purpose”), „Address Multiline” ” („adresă multi-biți”), „Talk Address Group Multiline” („transmiterea adresei de grup cu mai mulți biți”) și „Listen Address Group Multiline” („Recepție adrese de grup multi-biți”).

Secvențe de evacuare IEEE-488.2

A doua componentă a sistemului de comandă este standardul de comandă pentru instrumente programabile, SCPI .( Eng.  Standard Commands for Programming Instruments ), adoptat în 1990 . SCPI definește reguli standard pentru scurtarea cuvintelor cheie utilizate ca comenzi. Cuvintele cheie pot fi folosite fie în majuscule lungi (de exemplu, MEASure - măsură), fie în majuscule scurte (MEAS). Comenzile în format SCPI sunt prefixate cu două puncte. Argumentele comenzii sunt separate prin virgulă. Standardul SCPI operează pe un model de instrument programabil. Componentele funcționale ale modelului includ un sistem de măsurare (subsisteme „intrare”, „senzor” și „calculator”), un sistem de generare a semnalului (subsisteme „calculator”, „sursă” și „ieșire”) și subsisteme „format”, „ afișaj”, „memorie” și „declanșare”. Desigur, unor instrumente le lipsesc anumite sisteme sau subsisteme. De exemplu, un osciloscop nu are un sistem de generare a semnalului, dar un generator de secvențe digital programabil nu are  un sistem de măsurare. Comenzile pentru lucrul cu componente ale sistemelor și subsistemelor sunt ierarhice și constau în subcomenzi separate prin două puncte.

Un exemplu de comandă care configurează un multimetru digital pentru a măsura tensiunea AC până la 20 V cu o precizie de 1 mV și solicită simultan rezultatul măsurării [1] :

:MĂSURĂ:TENSIUNE:AC?20,0.001

• Colonele marchează începutul unei noi comenzi.
• Cuvintele cheie MEASure:VOLTage:AC indică multimetrului să ia o măsurătoare a tensiunii AC.
• Semnul întrebării îi spune multimetrului că rezultatul măsurării trebuie returnat computerului sau controlerului.
• Numerele 20 și 0,001, separate prin virgulă, stabilesc intervalul și precizia măsurării.

Protocoale controler 488.2

Protocoalele combină seturi de secvențe de control pentru a efectua o operație completă de măsurare. Sunt definite 2 protocoale obligatorii și 6 opționale. Protocolul RESET asigură că toate instrumentele sunt inițializate. Protocolul ALLSPOLL interogează fiecare fixture în secvență și returnează un octet de stare pentru fiecare fixture. Protocoalele PASSCTL și REQUESTCTL asigură transferul de control al magistralei către diferite dispozitive. Protocolul TESTSYS implementează o funcție de autotest pentru fiecare instrument.

Protocoalele FINDLSTN și FINDRQS acceptă managementul sistemului GPIB. În acest caz, sunt utilizate posibilitățile inerente standardului 488.1. Controlerul execută protocolul FINDLSTN, generând o adresă de ascultător și verificând prezența unui dispozitiv pe magistrală pe baza stării liniei NDAC. Protocolul FINDLSTN returnează o listă de ascultători, iar executarea acestui protocol înainte ca aplicația să înceapă să ruleze asigură că configurația curentă a sistemului este corectă. Protocolul FINDRQS folosește capacitatea de a testa linia SRQ. Lista de intrare a dispozitivelor poate fi prioritizată. Acest lucru asigură că cele mai critice dispozitive sunt întreținute mai întâi.

Conectori

IEEE-488

IEEE-488 specifică un micro conector de tip panglică Amphenol cu ​​24 de pini pentru conectare. Microconectorul tip panglică are o carcasă metalică în formă de D, care este mai mare decât conectorul subminiatural D. Conectorul este uneori denumit în mod eronat „ conector Centronics ”, deoarece același tip de conector cu 36 de pini a fost folosit de producătorii de imprimante pentru conexiunile imprimantei respective.

O caracteristică neobișnuită a conectorului IEEE-488 este că folosește de obicei un design „dublu”, cu o mufă pe o parte și o mamă pe cealaltă parte a conectorului (la ambele capete ale cablului). Acest lucru permite conectarea conectorilor pentru o conexiune simplă în lanț. Caracteristicile mecanice ale conectorului limitează numărul de conectori dintr-o stivă la patru sau mai puțin.

Acestea sunt ținute în poziție fie cu șuruburi filetate UTS ( Unified Thread Standard )  (acum în mare parte depășite), fie cu șuruburi metrice M3,5×0,6. Prin convenție, șuruburile metrice sunt vopsite în negru, astfel încât doi conectori de tipuri diferite să nu se intersecteze.

IEC-625

Standardul IEC-625 impune utilizarea conectorilor D-subminiatura cu 25 de pini, la fel ca cele utilizate de un computer compatibil IBM PC pentru portul paralel . Acest conector, în comparație cu tipul de conector cu 24 de pini, nu a câștigat o acceptare semnificativă pe piață.

Istorie

La sfârșitul anilor 1960, Hewlett-Packard (HP) a produs diverse instrumente de măsurare și echipamente de testare, cum ar fi multimetre digitale și analizoare de semnal logic. Ei au folosit HP Interface Bus (HP-IB) pentru a stabili comunicarea între ei și computer .

Autobuzul era relativ simplu, bazat pe tehnologia existentă la acea vreme, folosind simple magistrale electrice paralele și câteva linii de control individuale. De exemplu, HP 59501 Power Supply Programmer și HP 59306A Relay Actuator erau periferice relativ simple care foloseau HP-IB, implementate numai pe logica TTL și nu foloseau microprocesoare .

Alți producători au copiat efectiv HP-IB, denumindu-și proiectele General Purpose Interface Bus (GPIB), creând de facto standardul industrial pentru controlul automatizat al măsurătorilor. Pe măsură ce popularitatea GPIB a crescut, la fel și standardizarea acestuia de către organizațiile internaționale de standardizare.

Standarde

IEEE

În 1975, IEEE a standardizat magistrala ca „Interfață digitală standard pentru instrumente programabile” IEEE-488 (acum IEEE-488.1). A oficializat parametrii mecanici, electrici și de bază ai protocolului GPIB, dar nu a spus nimic despre comandă sau formatul de date.

În 1987, IEEE a introdus „Coduri standard, formate, protocoale și comenzi comune” IEEE-488.2, redefinind specificația anterioară ca IEEE-488.1. IEEE-488.2 a furnizat o sintaxă și un format de bază pentru convenții precum comenzi independente de dispozitiv, structuri de date, protocoale de eroare și altele asemenea. IEEE-488.2, construit pe IEEE-488.1 fără a-l înlocui; echipamentele pot fi conforme cu 488.1 fără a respecta 488.2. Noul standard conține două părți: IEEE-488.1, care descrie hardware-ul și interacțiunea la nivel scăzut cu magistrala și IEEE-488.2, care definește ordinea în care comenzile sunt transmise prin magistrală. Standardul IEEE-488.2 a fost revizuit din nou în 1992. La momentul adoptării primei versiuni a standardului, nu exista încă niciun standard pentru comenzile specifice instrumentului. Comenzile de control pentru aceeași clasă de instrumente (cum ar fi un multimetru) au variat foarte mult între producători și chiar modele.

În 1990, a fost introdus „Standardul de comandă a instrumentelor programabile”. [5] SCPIau adăugat comenzi standard universale și o serie de clase de instrumente cu transferul comenzilor specifice clasei. Deși SCPI a fost dezvoltat pe baza standardului IEEE-488.2, poate fi adaptat cu ușurință la orice altă bază hardware (non-IEEE-488.1).

IEC

IEC, în paralel cu IEEE, și-a dezvoltat propriul standard - IEC-60625-1 și IEC-60625-2.

Standardul ANSI corespunzător a fost cunoscut sub numele de „ANSI Standard MC 1.1” .

În 2004 , IEEE și IEC și-au combinat standardele respective în „Protocolul dublu” IEEE/IEC IEC-60488-1, în care Standardul pentru Protocolul de performanță înaltă pentru interfața digitală standard pentru instrumente programabile - Partea 1: General [6] a înlocuit IEEE -488.1/IEC-60625-1 și IEEE-488.2/IEC-60625-2. [7] IEC-60488-2 a fost înlocuit în consecință de Partea 2: Coduri, formate, protocoale și comenzi comune [8]

GOST

Numărul total de adrese ale receptorilor și surselor de informații din sistem nu trebuie să depășească 961 cu o organizare pe doi octeți.

Anexa nr. 8 declară de fapt absența instrumentelor de detectare a erorilor în standard:

Necesitatea detectării erorilor în dispozitive variază foarte mult în funcție de mediul zgomotos, de importanța datelor care trec prin interfață, de tipul de funcții ale dispozitivului activ la sursa de date și la receptor și de aplicația generală a sistemului în care se află dispozitivul. folosit.

Mijloacele specializate și specifice pentru detectarea erorilor nu sunt incluse în acest standard. Metoda adecvată de detectare a erorilor depinde de aplicația sau de sistemul specific și, prin urmare, nu este specificată în acest standard.

Unele dintre punctele generale de mai jos servesc pentru a ilustra avantajele instrumentelor convenționale de detectare a erorilor.

Bitul de paritate de pe LD7 pentru detectarea erorilor conținut pe LD0-LD6 al unui cod de 7 biți [9] oferă mijloace minime pentru detectarea erorilor și necesită hardware minim. Verificarea parității vă permite să detectați o singură eroare în gruparea de biți a oricărui octet. Este posibil ca mai mulți biți eronați dintr-un singur octet să nu fie detectați.

Bitul de paritate longitudinală de pe fiecare linie LD de la sfârșitul unui rând sau al unui bloc de date poate fi utilizat în același mod ca un bit de paritate (în același scop și aceleași rezultate).

Controlul ciclic folosind coduri redundante este mai complex și crește semnificativ costul controlului în comparație cu metodele de mai sus. Diferite coduri de control ciclic pot fi utilizate pentru a detecta diferite tipuri de erori. Mișcările speciale de control al ciclului nu sunt acoperite de acest standard.

HS-488 de la National Instruments

National Instruments a introdus o extensie compatibilă cu înapoi la IEEE-488.1, numită inițial High Speed ​​​​GPIB (HS-488). Folosind cabluri și hardware standard, HS-488 îmbunătățește performanța magistralei prin eliminarea întârzierilor asociate cu necesitatea de a aștepta o confirmare în schema tri-semnal IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC), unde debitul maxim nu depășește 1,5 MB/s. Astfel, a fost posibilă creșterea ratei de transfer de date la 8 MB/s, deși viteza a scăzut atunci când mai multe dispozitive erau conectate la magistrală. Acest lucru a fost reflectat în standardul din 2003 (IEEE-488.1-2003) [10] .

Utilizare

În echipamentele de măsurare automată

Produsele fabricate de National Instruments sunt axate pe automatizarea stațiilor de lucru de laborator . Acestea sunt clase de instrumente de măsurare precum analizoare-testere, sisteme de calibrare , osciloscoape și surse de alimentare bazate pe magistrala GPIB [11] . Soluțiile modulare (VXI) prevalează pentru sistemele multifuncționale, iar cele mai populare dispozitive aici sunt tot felul de comutatoare multiplexer. Multimetrele sunt reprezentate în mod egal în ambele cazuri.

Sistemele complexe de măsurare sunt produse de HP, Wavetek, B&K Precision (Cobra Electronics), Kinetic Systems, Inc. În 1993, mai mult de jumătate dintre interfețele GPIB erau pe stațiile de lucru Sun , SGI , IBM RISC System/6000 și HP. Ei folosesc instrumente software la nivelul limbilor speciale, cum ar fi limbajul de testare abreviat pentru toate sistemele(ATLAS) și limbi de uz general precum Ada [12] .

Ca interfață într-un computer

Atenția dezvoltatorilor HP s-a concentrat pe echiparea interfeței cu instrumentație digitală, designerii nu au plănuit în mod special să facă din IEEE-488 o interfață de dispozitiv periferic pentru computerele mainframe. Dar când primele microcalculatoare ale HP aveau nevoie de o interfață cu periferice ( hard disk , unități de bandă , imprimante , plotere etc.), HP-IB a fost ușor disponibil și ușor adaptat în acest scop.

Calculatoarele fabricate de HP au folosit HP-IB, cum ar fi HP 9800 [13] , seria HP 2100 [14] și seria HP 3000 [15] . Unele dintre calculatoarele de inginerie produse de HP în anii 1980, cum ar fi seriile HP-41 și HP-71B, aveau și capacitatea IEEE-488, prin modulul opțional de interfață HP-IL/HP-IB.

Alți producători au adoptat, de asemenea, Universal Interface Bus pentru computerele lor, cum ar fi linia Tektronix 405x.

Commodore PET a folosit magistrala IEEE-488 cu un conector de placă non-standard pentru a-și conecta dispozitivele externe. Commodore a moștenit computere pe opt biți, cum ar fi VIC-20, C-64 și C-128, care au folosit o interfață serială folosind un conector DIN rotund, pentru care au păstrat programarea și terminologia interfeței IEEE-488.

În timp ce viteza magistralei IEEE-488 a fost crescută la 10 MB/s pentru unele aplicații, lipsa standardelor de protocol de comandă a limitat ofertele terțelor părți și interoperabilitatea . În cele din urmă, standardele mai rapide și mai complete (cum ar fi SCSI ) au înlocuit IEEE-488 în periferice.

Avantaje

• Interfață hardware simplă
• Vă permite să combinați dispozitive de mare viteză cu viteze reduse
• Popular, bine susținut pe piață

Dezavantaje

• Conectorii și cablurile sunt voluminoase din punct de vedere mecanic
• Limite de tarif și extensii de specificații
• Lipsa standardelor de protocol de comandă (înainte de SCPI)
• Implementările de opțiuni (de exemplu, sfârșitul procesării transferului) pot complica interoperabilitatea
• Fără izolație galvanică obligatorie între magistrală și dispozitive

Vezi și

• Extensii LAN pentru instrumentare (LXI)
• Arhitectura software pentru instrumente virtuale (VISA)

Note

1. ↑ 1 2 Anatomia GPIB . Data accesului: 13 februarie 2010. Arhivat din original la 9 ianuarie 2014. (nedefinit)
2. ↑ Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 13 februarie 2010. Arhivat din original pe 2 decembrie 2008.  (nedefinit)  . - „Adresa principală este un număr cuprins între 0 și 30.”. Copie arhivată (link indisponibil) . Consultat la 13 februarie 2010. Arhivat din original pe 2 decembrie 2008. (nedefinit) 
3. ↑ Copie arhivată (link nu este disponibil) . Consultat la 13 februarie 2010. Arhivat din original pe 7 iulie 2011.  (nedefinit)  . - „poate fi utilizată orice adresă în intervalul 0 – 30, inclusiv”. Copie arhivată (link indisponibil) . Consultat la 13 februarie 2010. Arhivat din original pe 7 iulie 2011. (nedefinit) 
4. ↑ Numerotarea contactelor conform GOST diferă de cea dată în IEEE / IEC !!
5. ↑ Istoria GPIB . National Instruments. — „În 1990, specificația IEEE 488.2 a inclus documentul Standard Commands for Programmable Instrumentation (SCPI)”. Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
6. ↑ Standardul IEC/IEEE pentru protocolul de performanță înaltă pentru interfața digitală standard pentru instrumente programabile - Partea 1: General (Adoptarea IEEE Std 488.1-2003) . IEEE. Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
7. ↑ Publicații înlocuite sau retrase . IEC. Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
8. ↑ Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation - Part 2: Codes, Formats, Protocols and Common Commands (Adoption of (IEEE Std 488.2-1992) . IEEE. Recuperat la 6 februarie 2010. Arhivat din original la 17 aprilie 2012. (nedefinit)
9. ↑ GOST 13052-74.
10. ↑ Standardul îmbunătățit mărește viteza magistralelor de instrumente IEEE 488 de opt ori . IEEE (6 octombrie 2003). Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
11. ↑ Yu.A.Semerenko. Interfața GPIB instrumentală cu un computer personal prin portul LPT  // Instrumente și tehnici experimentale. - 2005. - T. 48 , nr. 5 . - S. 53-55 . Arhivat din original pe 12 decembrie 2017.
12. ↑ A. Bazhenov. Standardele GPIB, 488.2 și SCPI și impactul lor asupra dezvoltării automatizării măsurătorilor  // World of Computer Automation. - 2000. - Nr. 1 . Arhivat din original pe 4 martie 2016.
13. ↑ HP 98135A Interfață HP-IB 9815 . Muzeul Calculatoarelor HP . Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
14. ↑ 59310A Interfață HP-IB . Muzeul Calculatoarelor HP . - „Interfață HP-IB pentru calculatoare HP1000 și HP2000”. Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)
15. ↑ 27113A Interfață HP-IB . Muzeul Calculatoarelor HP . - „Interfață CIO HP-IB pentru seria 3000 900”. Consultat la 6 februarie 2010. Arhivat din original pe 17 aprilie 2012. (nedefinit)

Link -uri

• IEC-60488-1: Protocol de performanță mai înaltă pentru interfața digitală standard pentru  instrumente programabile . - Comisia Electrotehnică Internaţională, 2004. - Vol. Partea 1: general.  (Engleză)
• IEC-60488-2: Interfață digitală standard pentru instrumente programabile . - Comisia Electrotehnică Internațională, 2004. - T. Partea 2: Coduri, formate, protocoale și comenzi comune.  (Engleză)
• Autobuz GPIB
• BUS DE INTERFACE UTILIZAT GENERAL
• Anatomia unui GPIB
• Yashkardin V.L. HPIB. GPIB. IEEE488. IEC 625. IEC 60488. Interfață digitală pentru instrumente programabile. . SoftElectro (2012). (nedefinit)