梁芳芳 李南安

（廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510520）

1.引言

越來越多的測量儀器提供GPIB(General Purpose Intefface Bus)總線接口，通過該總線可以方便快捷地連接帶有GPIB接口的儀器及計算機，組成一個GPlB網(wǎng)絡(luò)。同時在工業(yè)控制領(lǐng)域支持485網(wǎng)絡(luò)的儀器大量存在，為使支持485網(wǎng)絡(luò)的儀器快速接入到GPIB網(wǎng)絡(luò)，本文設(shè)計了一種性價比突出的RS485一GPIB轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器利用計算機最常用的RS485接口，控制帶有485接口的儀器，在計算機與儀器之間建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?/p>

RS485-GPIB轉(zhuǎn)換器的設(shè)計，旨在使帶有485接口的測量儀器，接入到GPIB網(wǎng)絡(luò)中，并利用計算機的鍵盤和顯示器來操控儀器進(jìn)行程控測量。本設(shè)計中儀器端接口為RS485接口，所設(shè)計轉(zhuǎn)換器的核心是單片機，它一端連接儀器儀表的RS485串口，一端連接GPIB網(wǎng)絡(luò)接口，單片機接收來自計算機GPIB網(wǎng)絡(luò)的指令，并轉(zhuǎn)發(fā)給帶有RS485接口的儀器執(zhí)行。儀器執(zhí)行完成指令后將執(zhí)行結(jié)果發(fā)送給儀器，儀器再將所收到的數(shù)據(jù)通過GPIB接口傳遞給計算機，在主控制程序中顯示。

2.硬件設(shè)計

單片機是RS485-GPIB控制器的核心，本設(shè)計選用winbond公司的w77c032A單片機。由于w77c032A應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，擁有豐富的片上資源和總線式I/O口，支持高級語言編程，內(nèi)部集成了符合RS485數(shù)據(jù)規(guī)范的異步串行控制單元。因此，使用Tx和Rx串行接口線與外部串行傳輸數(shù)據(jù)，只需在單片機外部使用SP485芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，便可直接連接儀器儀表的串行端口(COM)?？刂破鞯挠布Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，GPIB接口控制電路是控制器硬件設(shè)計的重點。

需要指出的是：使用智能化的GPIB接口芯片，可以大大簡化GPIB接口電路的設(shè)計。目前最常用的芯片有兩種，一種以美國國家儀器公司生產(chǎn)的TNT4882芯片為代表，將所有接口功能集成在芯片上，完全由硬件完成接口功能，不需要其它輔助芯片，并且直接連接GPIB總線；另一種是以美國德州儀器公司生產(chǎn)的TMS9914芯片為代表，依靠軟件編程來完成GPIB接口功能，由接口芯片SN75160和SN75161進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后連接GPIB總線。這二種芯片的比較如表l所示?？紤]到硬件可靠性，結(jié)構(gòu)簡單等因素，本設(shè)計選用以美國國家儀器公司生產(chǎn)的TNT4882芯片作為GPIB總線接口芯片。TNT4882是美國NI公司的一款單芯片、高速聽/講功能兼?zhèn)涞腉PIB(General purpose interface bus)接口專用芯片。它內(nèi)部集成了Turbo488(高速傳輸電路)以及NAT4882(IEEE488.2兼容電路)，并擁有諸多新的特性，能夠兼容ANSIIEEEStandard 488.1和ANSI IEEE Standard 488.2規(guī)范，因而可以為GPIB系統(tǒng)提供一套完整的解決方案。為了達(dá)到更高的傳輸速率，TNT4882采用了單芯片F(xiàn)IFO緩存電路設(shè)計其內(nèi)置的16個增強型IEEE 488.1兼容收發(fā)器，可以直接連接GPIB總線，以實現(xiàn)HS488傳輸模式(一種新的GPIB高速傳輸模式)。在兼容性方面，它與以往使用的μPD7210、TMS9914A中的寄存器設(shè)置完全兼容，用戶可以將以前所用的代碼直接移植到TNT4882上。同時，它所包含的Turbo488電路及其諸多新特性也可以在一定程度上減少軟件的開銷。另外，TNT4882還具有靈活的CPU接口，可以方便地連接各種16位或8位微處理器，并將CPU發(fā)出的消息GPIB設(shè)備和CPU及內(nèi)存之間的通信。

圖1 轉(zhuǎn)換器硬件結(jié)構(gòu)框圖

在圖l中，采用w77c032的PO口連接tnt4882的數(shù)據(jù)接口，作為數(shù)據(jù)總線和GPIB進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換；Pl的I/O口作為地址總線，對tnt4882內(nèi)部寄存器尋址。tnt4882的中斷輸出連接在w77c032的外部中斷接口上，采用中斷觸發(fā)的方式管理GPIB接口通信；tnt4882的時鐘信號采用獨立時鐘源。

表1 GPIB常用接口芯片

3.軟件設(shè)計

計算機端軟件采用PCI-GPIB接口驅(qū)動自帶的軟件。本設(shè)計中轉(zhuǎn)換器軟件采用C51語言編寫，編譯后燒錄在W77C032A單片機中運行。軟件框架采用主程序加中斷調(diào)用方式.以提高功能模塊的內(nèi)聚性。軟件功能分為RS485串口通信程序和GPIB接口通信程序兩部分，分別和兩個中斷相關(guān)：(1)串行通信中斷。該中斷負(fù)責(zé)RS485串口數(shù)據(jù)傳輸。(2)接收TNT4882中斷信號的外部中斷。該中斷處理來自GPIB接口數(shù)據(jù)通信的各種事件。主程序在完成全部初始化后進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)，等待這兩個中斷的發(fā)生。其中，RS485串口數(shù)據(jù)發(fā)送在主程序中執(zhí)行，而串口數(shù)據(jù)接收由串口中斷處理程序完成。串口通信程序較為簡單，這里主要給出GPIB通信程序結(jié)構(gòu)。

TNT4882芯片開始工作之前需要對其進(jìn)行初始化，這部分代碼作為主程序中初始化程序的一部分運行，包括以下內(nèi)容：(l)復(fù)位TNT4882中的Turbo488電路；(2)將TNT4882設(shè)置成Turbo+7210模式；(3)將TNT4882設(shè)置成單芯片模式；(4)使LocalPoer一On信號有效；(5)配置TNT4882，為GPIB操作作準(zhǔn)備；(6)設(shè)置TNT4882的GPIB地址；(7)設(shè)置初始連續(xù)輪詢響應(yīng)；(8)設(shè)置初始并行輪詢響應(yīng)；(9)清除或設(shè)定中斷；(10)設(shè)置GPIB握手參數(shù)；(11)清除localpower-on信號，開始GPIB操作。初始化流程如圖2所示。

圖2 TNT4882芯片初始化

GPIB控制部分的代碼以中斷方式運行，當(dāng)TNT4882觸發(fā)W 77C032A芯片的外部中斷時，單片機中止正常工作，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)壓入堆棧保護(hù)，并調(diào)用外部中斷處理函數(shù)，響應(yīng)TNT4882芯片的中斷申請，其中斷處理程序流程如圖3所示。引起TNT4882向單片機發(fā)出中斷信號的事件主要有四種：發(fā)送數(shù)據(jù)事件、接收數(shù)據(jù)事件、接收GET命令事件和接收DCAS命令事件。中斷頻繁時會影響主程序運行效率，但考慮到所設(shè)計的轉(zhuǎn)換器功能單一，主程序基本處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，四種事件的處理都在中斷程序中完成，因此，對主程序運行影響不大。GPIB接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)流程如圖4和圖5所示。

圖4 GPIB接受數(shù)據(jù)流程

圖5 GPIB發(fā)送數(shù)據(jù)流程

每次GPIB接口數(shù)據(jù)接收中，TNT4882接收到第一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，即置位寄存器ISR0中的BI位。觸發(fā)單片機外部中斷，單片機進(jìn)入外部中斷處理程序后，讀取ISR0寄存器，判斷TNT4882觸發(fā)中斷的原因是接收數(shù)據(jù)事件后，調(diào)用接收數(shù)據(jù)子程序的執(zhí)行，開始接收來自GPIB儀器的數(shù)據(jù)。

在主程序中，TNT4882發(fā)送完第一個字節(jié)數(shù)據(jù)后，即置位寄存器ISR0中的BO位，觸發(fā)單片機外部中斷。單片機進(jìn)入外部中斷處理程序后，根據(jù)BO位判斷事件類型為發(fā)送數(shù)據(jù)事件，則調(diào)用GPIB數(shù)據(jù)發(fā)送程序，將緩沖區(qū)中剩余的數(shù)據(jù)依次發(fā)送到GPIB總線上。

4.運行情況及結(jié)果

本文設(shè)計的RS485-GPIB轉(zhuǎn)換器已成功用于計算機主控某環(huán)境設(shè)備公司的高溫箱的GPIB總線連接中。圖6是計算機控制設(shè)備的部分截圖，使得該公司設(shè)備通過該轉(zhuǎn)換器成功接入到GPIB網(wǎng)絡(luò)中。

圖6 計算機控制設(shè)備界面

[1] 黃崧，儲飛黃.GPIB接口專用芯片TNT4882[J].國外電子元器件，2003，8：42-44.

[2] 黃奮，儲飛黃，楊景.基于TNT4882GPIB接口設(shè)計[J].電子測量技術(shù)，2002，2：1-2.

[3] National Instruments CorPoration，TNT4882TMProgrammer Reference Manual.1995.

[4] 畢文輝，徐華，趣文淑.GPIB技術(shù)[J].計量與測試技術(shù)，2000，1：29-30.

[5] 黎源，李萬昌.基于IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)的示波器控制系統(tǒng)開發(fā)[J].電子測量與儀器學(xué)報(2004年增刊)：320-324.