計算機基礎 - 總線技術

在測試系統(tǒng)中，通常會有大量的數據進行傳輸和交換。一般稱測試系統(tǒng)中的公共數字傳輸通道稱為總線。在測試系統(tǒng)中，常用的總線有GPIB、PCI、VXI、PXI和串口總線等。

第6章總線技術

GPIB總線，即IEEE488通用接口總線，是HP公司在70年代推出的臺式儀器接口總線，因此又叫HPIB(HPInterfaceBus)，1975年IEEE和IEC確認為IEEE488和IEC652標準。該標準總線在儀器、儀表及測控領域得到了最為廣泛的應用。這種系統(tǒng)是在微機中插入一塊GPIB接口卡，通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。一塊GPIB接口卡最多可帶14臺儀器。

6.1GPIB數據總線GPIB特點：

(1)GPIB接口編程方便，減輕了軟件設計負擔，可使用高級語言編程。

(2)提高了儀器設備的性能指標。利用計算機對帶有GPIB接口的儀器實現操作和控制，可實現系統(tǒng)的自校準、自診斷等要求，從而提高了測量精度。

(3)便于將多臺帶有GPIB接口的儀器組合起來，形成較大的自動測試系統(tǒng)。

(4)便于擴展傳統(tǒng)儀器。

利用PC作為數據采集平臺，通過PC的數據總線將采集的數據高速傳輸到PC內存中，是實現采集系統(tǒng)數據存儲的有效手段，也是虛擬儀器系統(tǒng)的重要支撐。PCI總線作為外部元件互連總線，被認為是最可靠、最靈活、高速的方案，具有眾多獨特的優(yōu)點，使得大多數多媒體插卡和數據采集卡都掛在PCI總線上。對于基于計算機的測試儀器，PCI總線為應用計算機到新的測試儀器，即滿足在插卡和系統(tǒng)存儲器中高速傳輸數據的要求提供了很好的途徑。

6.2PCI總線

PCI特點：(1)PCI總線是一種靠近系統(tǒng)處理器的局部總線，所以有很高的傳輸速率。(2)獨立于PC的系統(tǒng)處理器，不受PC的微處理器性能、速度的影響。因為為PCI設計的器件是針對PCI的，而不是針對處理器的，因此設備的升級獨立于處理器的升級。(3)PCI總線為32位，可擴展為64位，由于采用地址、數據總線復用的結構，減少了管腳個數和PCI部件的封裝尺寸，從而使板卡小型化，方便嵌入計算機系統(tǒng)中。(4)具有即插即用功能，支持即插即用的操作系統(tǒng)，能夠自動配置參數并支持PCI總線擴展板，使用方便。(5)PCI部件的驅動程序可以跨平臺，兼容性好。

6.3VXI總線 VXI總線是高速VME計算機總線在儀器領域中的擴展，由HP等公司于1987年提出，1992年成為IEEEll55標準。在該系統(tǒng)中圍繞機械、電氣、控制方式、通信協議、電磁兼容、軟面板、驅動程序、I/O控制，乃至機箱、印刷電路板的結構、通風散熱等都作了詳細的規(guī)定，使不同廠家的VXI總線產品相互兼容。1995年VXI總線聯合體將計算機網絡傳輸控制協議(TCP)和網絡協議(IP)作為VXI總線1.4版本的補充規(guī)范，這樣基于VXI總線的自動測試系統(tǒng)可直接與計算機系統(tǒng)連網，作為網絡內的測量服務器，共享網絡資源，執(zhí)行測量作業(yè)。

VXI特點：(1)VXI系統(tǒng)最多可包含256個器件(裝置)，可組成一個或多個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)最多可包含13個插入式模塊，插入同一個機箱內，在組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合，具有其他儀器所無法比擬的優(yōu)勢。(2)VXI總線支持即插即用，人機界面良好，資源利用率高，容易實現系統(tǒng)集成，大大地縮短了研制周期，且便于升級和擴展。(3)不足的是VXI系統(tǒng)的成本相對較高。6.4PXI總線 PXI總線是1997年美國NI公司發(fā)布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線。PXI是PCI在儀器領域的擴展，是用于自動測試系統(tǒng)機箱底板總線的規(guī)范，在機械結構方面與CompactPCI總線的要求基本相同，不同的是PXI總線規(guī)范對機箱和印制電路板的溫度、濕度、振動、沖擊、電磁兼容性和通風散熱等提出了要求，與VXI總線的要求非常相似。在電氣方面，PXI總線完全與CompactPCI總線兼容。所不同的是PXI總線為適合于測控儀器、設備或系統(tǒng)的要求，增加了系統(tǒng)參考時鐘、觸發(fā)器總線、星型觸發(fā)器和局部總線等內容。

PXI特點：（1）PXI系統(tǒng)具有多達8個插槽(1個系統(tǒng)槽和7個儀器模塊槽)，而絕大多數臺式PCI系統(tǒng)僅有3個或4個PCI插槽，除此之外PXI總線與臺式PCI規(guī)范具有完全相同的PCI性能。（2）PXI將WindowsNT和Windows95定義為其標準軟件框架，并要求所有的儀器模塊都必須帶有按VISA規(guī)范編寫的Win32設備驅動程序，使PXI成為一種系統(tǒng)級規(guī)范。

6.5串口總線RS-232總線是最早采用的通用串行總線，最初用于數據通信上，但隨著工業(yè)測控行業(yè)的發(fā)展，許多測量測試儀器都帶有RS-232串口總線接口。當今，PC則更多采用了USB總線和IEEEl394總線。各種串口總線中，通用串行總線(UniversalSerialBus，USB)具有傳輸速率高、支持異步和等時傳輸等特點，適合于大數據量、數據傳輸速率要求比較高的數據傳輸場合。USB特點：(1)支持多個外設共享串行總線的功能，這樣可以在1臺儀器的硬件設備上掛接多個前端I/O接口設備，實現關鍵設備的資源共享，減少了成本，充分利用了USB傳輸設備的帶寬資源。(2)基于USB口設計的虛擬邏輯分析儀使得用戶不必打開主機箱就可以安裝設備，它支持真正意義上的即插即用(plugandplay)和熱拔插(hotpluS)，甚至不需要重新啟動計算機。6.6PCI設備應用編程

PCI總線虛擬測試系統(tǒng)主要是由PCI數據采集卡獲取數據，通常也叫做PC-DAQ卡式虛擬儀器。將數據采集卡插入PC的標準總線擴展插槽內，安裝驅動軟件，并在“Measurement&Automation”設置采集卡屬性。6.7GPIB儀器應用編程

GPIB總線虛擬測試系統(tǒng)I/O接口設備由GPIB接口卡和具有GPIB的儀器組成。其中GPIB接口卡完成GPIB總線和微機的PCI總線的連接。GPIB接口的儀器是一個獨立的儀器，可以結合GPIB接口卡、微機構成GPIB虛擬測試系統(tǒng)，也可以作為獨立的單臺儀器使用。使用前，需安裝GPIB接口卡驅動。

在LabVIEW中有專門的GPIB模塊驅動，用以實現基于GPIB總線的儀器自動控制。

常用函數：GPIB初始化：對GPIB設備進行初始化

。GPIB清除：結束GPIB設備的數據讀寫

GPIB讀?。河糜趶摹暗刂纷址敝械腉PIB設備中讀取數量為“字節(jié)總數”的數據。超時毫秒：操作限時。如果未在該時間（ms）段內完成， 操作終止地址字符串：儀器的GPIB地址字節(jié)總數：讀取數據的字節(jié)數模式:指明怎樣結束此次讀操作，一般使用默認值數據：從GPIB儀器讀取的數據狀態(tài)：布爾數組，每1位說明GPIB控制器的一個狀態(tài)GPIB寫入：用于將數據寫入“地址字符串”中的GPIB設備中。地址字符串：儀器的GPIB地址模式:指明怎樣結束此次讀操作，一般使用默認值數據：寫入GPIB設備的數據狀態(tài)：布爾數組，每1位說明GPIB控制器的一個狀態(tài)6.8串口設備應用編程6.8.1串行通信介紹串行通信是指將構成字符的每個二進制數據位，依照一定的順序逐位進行傳輸的通信方式。計算機或智能儀器中處理的數據是并行數據，因此在串行通信的發(fā)送端，需要把并行數據轉換成串行數據后再傳輸；而在接收端，又需要把串行數據轉換成并行數據再處理。根據時鐘控制數據發(fā)送和接收的方式，串行通信分成為同步通信和異步通信兩種。目前，在微型計算機測量和控制系統(tǒng)中，串行數據的大多使用異步通信方式。異步通信協議規(guī)定每個數據以相同的位串形式傳輸，每個串行數據由起始位、數據位、奇偶校驗位和停止位組成，串行數據的位串格式如圖所示：6.8.2串口通信編程由串口總線組成的虛擬測試系統(tǒng)I/O接口設備就是帶有RS-232/485接口的測試儀器，通?？梢灾苯雍陀嬎銠C上的串口連接。如果計算機串口被其他資源占用，可以直接在計算機的PCI或ISA槽中插入串口卡。串口軟件設計主要通過VISA驅動，可通過VISA子模板和Serial子模板來實現。VISI子模板的調用途徑:Functions

InstrumentI/O

VISA

Serial子模板的調用途徑:Functions

InstrumentI/O

Serial

VISI簡介

VISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture，虛擬儀器軟件體系結構)實質上是I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱。 為了推進虛擬儀器軟件標準化進程，VXIPlug&Play聯盟1996年完成了對VISA規(guī)范的開發(fā)工作。VISA本身不具備編程能力，它通過調用低層驅動程序來實現對儀器的控制。 與現有其他I/O接口軟件相比，VISA的I/O控制功能適用于各種儀器總線類型，包括了VXI、GPIB、RS232等各類總線的控制操作。VISI控制命令VISAresourcename：設置串口號。baudrate：設置波特率，默認值為9600。databits：設置數據位。該位應在5~8之間，默認值為8。parity：奇偶校驗位，默認值為無校驗，可設置為奇校驗、偶校驗等。stopbits：設置停止位，可以為1、1.5、2位。flowcontrol：用于設置握手信號類型。errorout：輸出錯誤代碼。(1)“VISAConfigureSerialPort.vi

”：串口參數設置VISI控制命令VISAresourcename：設置所要打開的VISA資源。bytecount：設置讀取字節(jié)總數。readbuffer：從串口讀取的字符。returncount：讀取的字節(jié)數量。(2)“VISARead.vi”：從串口讀取數據(3)“VISAWrite.vi”：向串口寫入數據或命令。(4)“VISAClear.vi：清除對設備的設置。VISAresourcename：指定要打開的VISA資源。writebuffer：要寫入設備的數據。errorin：表示VI或函數運行前發(fā)生的錯誤情況。VISAresourcenameout：VISAresourcename副本。(5)“VISAOpen.vi：打開和指定資源的連接。(6)“VISAClose.vi：結束串口的數據讀寫。VISA應用示例1：本例是簡單的數據讀寫操作，首先選擇VISA資源地址，連接VISA和外圍設備，寫入命令并且讀取10字節(jié)數據后，斷開連接。