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GPIB芯片TNT4882在多路程控電源中的應(yīng)用
摘要：介紹一種GPIB總線接口芯片TNT4882及其在多路程控電源中的應(yīng)用，包括TNT4882的引腳排列、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能和通信方式、與微處理器的接口及與上位機(jī)的通信；同時(shí)給出在實(shí)際應(yīng)用中的總體框圖和各主要功能模塊的軟件流程及程控電源與上位機(jī)通信程序。關(guān)鍵詞：GPIB總線 TNT4882 微處理器 程控電源
GPIB（General Purpose Interface Bus）接口總線最早由美國(guó)HP公司倡導(dǎo)實(shí)施，命名為HPIB。由于它良好的接口特性，很快在國(guó)際范圍內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，并被美國(guó)電氣與電子工程學(xué)會(huì)命名為IEEE488，在英國(guó)和日本等國(guó)家則稱為GPIB。雖然有多種叫法，但實(shí)際上除了機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)有所不同外，其實(shí)質(zhì)完全相同。它猶如一座橋梁，將配置GPIB總線接口的儀器與計(jì)算機(jī)緊密地結(jié)合起來(lái)。用它組成的系統(tǒng)方便、靈活、功能強(qiáng)及適應(yīng)性好，可方便地應(yīng)用到科研、工程、醫(yī)藥工程、醫(yī)藥及測(cè)試等領(lǐng)域。
美國(guó)NI公司生產(chǎn)的GPIB專用芯片TNT4882具有功能強(qiáng)、體積小、傳輸速度快及易與微處理器接口等特點(diǎn)，備受用戶的青睞。筆者運(yùn)用TNT4882成功地開發(fā)了具備GPIB總線接口的多路程控電源。
圖1 TNT4882引腳圖
1 TNT4882芯片簡(jiǎn)介
1.1 TNT4882引腳說(shuō)明
TNT4882是NT公司開發(fā)的100腳PQFQ封裝的GPIB專用集成芯片，是IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn)和GPIB收發(fā)功能的集成，且具有HS488增強(qiáng)功能。它的引腳如圖1所示。
VDD：電源，接+5V；
GND：電源地；
XTAL0、XTAL1：外接時(shí)鐘振蕩器引腳；
DATA15～DATA8（ABUS）、DATA7～DATA0（BBUS）：數(shù)據(jù)線，是TNT4882與外部CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入/輸出的雙向總線，分為ABUS和BBUS，便于進(jìn)行8位或16位數(shù)據(jù)操作；
ABUSN：ABUS使能；
BBUSN：BBUS使能；
ABUS_OEN：當(dāng)前正在通過(guò)ABUS讀數(shù)據(jù)；
BBUS_OEN：當(dāng)前正在通過(guò)BBUS讀數(shù)據(jù)；
CSN：片選；
ADDR4～0：內(nèi)部寄存器地址線；
RDN：讀信號(hào)；
WRN：寫信號(hào)；
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CPUACC：指示TNT4882可以進(jìn)行總線操作延時(shí)；
RDY1：指示TNT4882完成當(dāng)前總線操作；
DRQ：DMA申請(qǐng)信號(hào)；
DACKN：DMA申請(qǐng)應(yīng)答信號(hào)；
BURST_RDN：連續(xù)讀信號(hào)；
FIFO_RDY：當(dāng)前TNT4882內(nèi)部FIFO至少已有8個(gè)有效數(shù)據(jù)；
INTR：中斷申請(qǐng)信號(hào)；
RAGED：地址映射選擇，有效則映射內(nèi)部寄存器到不同的地址；
MODE：TNT4882工作模式選擇；
SWAPN：模式切換；
RESETN：復(fù)位；
TADCS：指示當(dāng)前TNT4882選中為講者；
LADCS：指示當(dāng)前TNT4882選中為聽者；
TRIG：指示當(dāng)前TNT4882接收到外部觸發(fā)信號(hào)；
DCAS：指示當(dāng)前TNT4882接收到設(shè)備清零信號(hào)；
REM：指示當(dāng)前TNT4882
進(jìn)入遙控狀態(tài)；
GPIB數(shù)據(jù)線8根：DIO8N～DIO1N，用于GPIB發(fā)布地址和命令，傳遞數(shù)據(jù)；
GPIB管理總線5根：ATNN（ATTENTION，注意）線、IFCN（INTERFACE-CLEAR，接口清除）線、RENN（REMOTE ENABLE，程控使能）線、SRQN（SERVICE REQUEST，服務(wù)請(qǐng)求）線、NDACN（NOT DATA ACCEPTED，未接收到數(shù)據(jù)）線；
GPIB掛鉤總線3根：DAVN（DATA VALID，數(shù)據(jù)有效）線、NRFDN（NOT READY FOR DATA，未準(zhǔn)備好接收）線、NDACN（NOT DATA ACCEPTED，未接收到數(shù)據(jù)）線。TNT4882利用以上3條總線進(jìn)行握手信息和數(shù)據(jù)傳送，以確保信息和數(shù)據(jù)的發(fā)布與傳送準(zhǔn)確無(wú)誤。
1.2 TNT4882內(nèi)部結(jié)構(gòu)
TNT4882有三種模式：?jiǎn)纹Ｊ�、Turbo+7210模式及Turbo+9914模式，而且Turbo+7210模式和Turbo+9914模式可以轉(zhuǎn)換到單片模式。單片模式是最簡(jiǎn)單、最快速的結(jié)構(gòu)。在設(shè)計(jì)中，選用單片模式。單片模式內(nèi)部組成模塊如圖2所示。
單片模式內(nèi)部結(jié)構(gòu)由1個(gè)片內(nèi)ISA邏輯接口，1個(gè)片內(nèi)讀/寫控制器，1個(gè)片內(nèi)先進(jìn)先出的緩沖區(qū)，1個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)片內(nèi)中斷控制器，1個(gè)可配置狀態(tài)寄存器，1個(gè)IEEE488總線監(jiān)視器，1個(gè)IEEE488總線功能接口，1個(gè)HS488電路功能接口，1個(gè)IEEE488收發(fā)器及1個(gè)IEEE488總線組成。
2 TNT4882功能控制和數(shù)據(jù)傳送/接收方式
2.1 TNT4882功能控制
TNT4882功能控制是通過(guò)寫命令字的方式實(shí)現(xiàn)的。這些命令字包括TNT4882復(fù)位、初始化、寄存器的讀/寫及中斷請(qǐng)求等命令。TNT4882內(nèi)部有40多個(gè)用戶可訪問(wèn)的8位寄存器。對(duì)這些寄存器的訪問(wèn)是通過(guò)填在寄存器的讀/寫命令的地址進(jìn)行的。這些寄存器包括基本配置、FIFO、中斷控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、狀態(tài)寄存器、掛鉤和管理寄存器等。
2.2 TNT4882數(shù)據(jù)傳送/接收方式
當(dāng)傳送數(shù)據(jù)開始時(shí)，TNT4882完成初始化。TNT4882初始化結(jié)束后，上位機(jī)和TNT4882進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。上位機(jī)傳送計(jì)數(shù)器用來(lái)寄存上位機(jī)和FIFO之間所要傳送和接收的字節(jié)數(shù)。由NTN4882計(jì)數(shù)GPIB接口傳送和接收的字節(jié)。在上位機(jī)和FIFO間每傳送一個(gè)數(shù)據(jù)，上位機(jī)接口便將上位機(jī)傳送計(jì)數(shù)器的傳送計(jì)數(shù)值減一，并查詢計(jì)數(shù)值是否等于零。如果計(jì)數(shù)值等于零，上位機(jī)開始檢測(cè)結(jié)束條件，判斷是否結(jié)束。如果結(jié)束，數(shù)據(jù)傳送完成；否則，等待。
圖4 TNT4882與微控制器接口原理圖
3 TNT4882在多路程控電源中的應(yīng)用及軟件流程
多路程控電源是為航空航天電子設(shè)備及系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備（ATE）的技術(shù)需要而設(shè)計(jì)和研制的，是目前在高性能的航空航天自測(cè)系統(tǒng)中不可缺少的配套設(shè)備之一。該程控電源的輸出不但可滿足目前國(guó)內(nèi)、國(guó)外不同供電體系的技術(shù)需要，而且還配套輸出多路的輔助電源，以滿足用戶的特殊需要。考慮到多路程控電源的通用性，且適于國(guó)際接口標(biāo)準(zhǔn)，在研制中加一GPIB總線接口，以使我們的多路程控電源能用在不同的控制系統(tǒng)中。多路程控電源硬件圖如圖3所示。
多路程控電源由數(shù)據(jù)采集、微控制器、電源模塊、GPIB總線接口及上位機(jī)組成。多路程控電源輸出的模擬量經(jīng)變換后送到A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到微控制器處理，同時(shí)微控制器還采集開關(guān)信號(hào)。微控制器對(duì)采集的信號(hào)處理后，通過(guò)GPIB總線送至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)電源狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控；同時(shí)，上位機(jī)可以通過(guò)GPIB總線發(fā)送控制命令到微控制器，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)多路程控電源的程控。
3.1 TNT4882與微控制器接口及編程
TNT4882的D0～D7與89C51的P0口直接相連，ADDR0～ADDR5與微控制器的地址A0～A5相連，CS作TNT4882的片選信號(hào)，與在線可編程邏輯器件相接。WR、RD與微控制器的讀、與直接相連，對(duì)讀、寫寄存器進(jìn)行讀、寫操作。由于TNT4882的中斷為高電平，與AT89C51的中斷申請(qǐng)極性相反，故需要通過(guò)反向后，才可與微控制器的中斷INT連接。
在本多路程控電源系統(tǒng)中，有兩個(gè)晶振：一個(gè)用于產(chǎn)生微控制器工作時(shí)鐘，一個(gè)用于產(chǎn)生TNT4882的工作時(shí)鐘。圖4是TNT4882與微控制器的接口原理圖。
用MCS51匯編語(yǔ)言編寫的GPIB收、發(fā)數(shù)據(jù)子程序見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。
3.2 上位機(jī)編程
采用面向儀器與測(cè)控過(guò)程的交互式C/C++開發(fā)平臺(tái)——LabWindows/CVI(C for Virtual Instrumentation)語(yǔ)言。它是一種將C語(yǔ)言平臺(tái)與測(cè)控專業(yè)工具庫(kù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的開發(fā)平臺(tái)。它不僅具有集成開發(fā)平臺(tái)、交互式編程方法、功能面板和庫(kù)函數(shù)，而且還有簡(jiǎn)單明了的友好圖形設(shè)計(jì)界面、完善的開發(fā)系統(tǒng)兼容性以及靈活的程序調(diào)試手段，為熟悉C/C++語(yǔ)言的開發(fā)人員建立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、檢測(cè)和過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了極大的便利。圖5是上位機(jī)控制程
序流程圖。
多路程控電源與上位機(jī)通信的一個(gè)應(yīng)用程序見(jiàn)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)充版。
結(jié)語(yǔ)
新一代具備GPIB接口總線的多路程控電源，符合IEEE-488.2數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)。只要用標(biāo)準(zhǔn)的GPIB接口電纜與系統(tǒng)連接，就可以靈活地應(yīng)用到任何系統(tǒng)中去，不受型號(hào)等因素的限制，并且具有很好的可擴(kuò)展性，顯示了它特有的優(yōu)越性。
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