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1、第8章 接口系统与总线 1 IEC625接口 2 CAMAC系统简介 3 HPIL接口系统简介 4 CAN总线系统 5 I2C总线 6 VXI总线系统 7 RS-232C接口 8 现场总线 9 数据采集接口,接口与总线系统是组建智能检测系统的关键之一。配备了标准接口后,设计者可以任意组合,完成所要求的智能测量与控制系统,简化组建过程,降低系统成本,提高效率。标准接口与总线的推行实施,对于推动和发展智能检测技术具有重要意义。现在介绍目前国际较为流行的几种标准接口与总线。,一、IEC625接口,1. IEC接口系统概述 1977年,国际电工委员会(IEC)公布了一个标准化文件IEC6251,即可程
2、控测量仪器的接口系统标准。该标准对IEC625接口系统应具备的功能、电气性能、力学性能、结构尺寸等都作了统一规定。其后,IEC又对此标准进行了修订,形成了IEC625179 和IEC-625-2-80标准,俗称IEC-625标准或IEC标准。,IEC625179 :可程控测量仪器的接口系统,第一部分:功能规范、电气规范、机械规范、系统应用及对设计者和使用者的要求;IEC-625-2-80:可程控仪器的接口系统,第二部分:代码和格式惯例.,1975年和1978年,美国电气与电子工程师学会(IEEE)也先后发布了标准化文件IEEE-488-1975和IEEE-488-1978,其内容与IEC-62
3、5文件基本相同,但IEC625规定各可程控仪器使用25芯针形接插件作为互相联接的插座,而IEEE-488规定使用24芯簧片式接插件,二者在其他要求方面完全一致。,IEC625接口系统在不同的国家和地区有不同的名称,如GP1B、HP-1P、IEEEBUS、ASCIIBUS、PLUSBUS等等。但最常用的为IEC625或IEEE-488接口系统,欧洲生产的检测仪器和检测系统多采用IEC625标准,美国、日本等国生产的仪器设备多采用IEEE488标准。,我国原机械工业部和电子工业部也于1985年先后公布了可程控测量仪器的接口标准ZBY207.1-84和ZBY207.2-84(与IEC625、IEEE
4、-488等效)。1986年,这二个标准又上升为国家标准,我国的检测设备采用这二个国家标准,实际与IEC625、IEEE-488标准相同。,凡符合IEC-625标准的接口系统,简称为IEC接口系统。配置IEC接口的仪器简称为IEC仪器(智能检测系统中称为分机)。IEC接口系统包括了IEC总线、IEC仪器的接口以及IEC接口系统中的控制器。 IEC仪器(分机)、IEC控制器用IEC总线联接起来就组成以IEC接口系统为基础的智能检测系统。,IEC接口系统不仅在智能检测领域,而且在计算机、导航、通信、雷达、电视、宇航、核物理、医疗、环保以及工业过程自动控制等众多部门都获得了广泛的应用。目前,国外生产的
5、大多数检测系统和检测仪器都配有IEC625或IEEE-488接口,国内带有这类接口的检测设备也在迅速发展之中。,2IEC总线的结构 IEC-625接口系统是并行数据传送的接口系统。 IEC总线由16根双向传送信号的通信线构成,利用这16根IEC总线,可将IEC仪器(分机)联接成系统。其中8根是数据总线,3根是联络总线,还有5根是管理总线。1)数据总线 8根数据总线用来传送命令和数据,采用8位并行、字节串行的方式传送数据。编码方式主要采用ISO码。,2)联络总线 3根联络总线用来传送联络消息。在智能检测系统中,各分机传送数据的速率不一定相同,当它们通过数据总线相互交换数据时,如果不采用一定措施,
6、很难保证数据的可靠传送。在IEC接口系统中,利用联络总线发送联络消息,建立所谓的三线联络方式,以保证不同速率的分机之间数据传送的可靠性。3)管理总线 5根管理总线上传送的是管理消息,用它们来管理IEC接口的工作。,在IEC总线上传送的消息(命令、数据或信号)一律采用TTL电平,并用负逻辑表示其逻辑关系。如表1所示,当某一消息为逻辑1时,说明它处在TTL低电平,同时也表示它有效、被激励或为真。若为逻辑0时,则说明它处在TTL高电平,同时也表示它无效、未激励或为假。,表1 消息的表示法,表1 消息的表示法,A. 检测系统的职能系统工作时,不同的IEC分机承担着不同的任务,或者说,行使着不同的职能。
7、这些职能主要有: (1)数据源职能数据源的任务是通过IEC总线向主机或其他分机(受信器)发送消息。根据发送的消息的性质不同,数据源可进一步分为控者和讲者二种职能。控者发送的是接口消息,即接口命令,用它来控制各分机IEC接口的工作。讲者发送的是检测系统消息,主要包括:,1)状态数据 表明分机工作情况的数据。 2)测量数据 分机进行测量后的结果数据。 3)程控数据 用来规定分机工作时的方式、状态、参数的数据,如设定其量程用的数据。 因此,检测系统消息是那些只与检测系统本身功能有关的数据、信号和命令,而与IEC接口无关。,(2)受信器功能 智能检测系统中的主机或分机都可以作为受信器,受信器的任务是从
8、IEC总线接收数据源发送来的消息。根据所能接收的消息的性质不同,受信器又可进一步分为一般受者和听者二种联能。它们的区别是:听者能接收检测系统消息,而一般受者则不能。,智能检测系统中的主机与分机究竟担任什么职能,是由系统中的控制器(主机)根据系统的工作需要来任命的。检测系统能否实施规定的职能,则决定于其IEC接口电路中是否配备了相应的功能电路。,主机通过发送一系列接口命令和管理消息来控制整个智能检测系统的工作。例如,使IEC仪器复位;控制它们进入远地工作状态;任命它们为讲者或听者;启动它们工作;了解它们的工作情况;安排它们之间的数据交换;接受它们的服务请求等等。控者通常是由主机来担任。当系统中只
9、有一台计算机时,它是当然的控者,不必任命。若系统中有多台计算机工作时,某一段时间里,哪一台作为控者工作,则必须任命。,听者是由控者来任命的。受信器接收听址命令后,就可成为听者。被任命为听者后,就有能力接收检测系统的消息。讲者也是由控者任命的,受信器接收讲址命令后,就成了讲者,具备了发送检测系统消息的能力。因此,在未被任命前,讲者和听者都是一般受者,它们不具有发送或接收检测系统消息的能力。 检测系统消息主要是各分机的检测信息。,控者还可发送接口命令来撤消原来的讲者和听者的任命。 工作过程中,一个分机可行使不同的职能。例如,讲者分机也可兼有听者职能,它既能发送消息,也能在检测过程的某个阶段接收消息
10、。不同职能的分机,其IEC接口中配置的功能电路不同。,BIEC总线上的消息(1)管理消息5根管理总线及其上所传送的消息的名称是ATN、IFC、REN、SRQ和EOI,它们的作用如下: 1)ATN (Attention,注意) ATN消息由控者通过ATN总线发送,要求系统中各IEC分机注意下列情况: ATN有效时(即ATN=1),控者占用8根数据总线,发送接口消息。,ATN无效时(即ATN=0),讲者占用8根数据总线,发送检测系统消息。 因此,控者通过发送ATN=1和ATN =0,来达到占有数据总线使用和出让数据总线给讲者使用的目的。 2)IFC(Interface Clear,清除接口) IF
11、C消息由控者通过IFC总线发送,用来清除所有分机的IFC接口,使之复位到空闲状态。 IFC消息是一负脉冲信号,其宽度应不小于100s。,3)REN(Remote Enable,开放远地控制) REN消息由控者通过REN总线发送,使所有仪器具备进入远地工作方式的条件。 4)SRQ(Service Request,服务请求) 除控者外,所有分机均可通过REN总线发送SRQ消息,用来向控者请求服务。,5)EOI (End or Identify,结束或识别) 控者和讲者都可使用EOI总线发送消息,但作用不同。 当ATN=1时,控者可使用EOI总线发送IDY消息,即 IDY=ATNEOI IDY称为“
12、识别“消息,控者通过发送此消息来执行一次识别各分机工作状态的操作。这种操作称为并行点名。,当ATN=0时,讲者要使用EOI总线发送END消息,即 END=EOI END称为“结束”消息,讲者发送检测系统消息到达最后一个字节时,应同时驱动EOI,发送“结束”消息,以表明检测系统消息发送结束。 表2列出了EOI消息的二种不同功能。,表2 EOI消息的不同功能,表1 消息的表示法,(2)数据总线 用DI01DI08表示8位数据总线。DI01为最低数据位,DI08为最高数据位。在ATN =1时,控者用数据总线发送接口消息,ATN =0时,讲者用数据总线发送检测系统消息。,(3)联络消息 三根联络线及其
13、上传送的消息分别为DAV、NRFD和NDAC。 1)DAV (Data Valid,数据有效) DAV消息是由数据源通过DAV总线向受信器发送的联络消息。DAV=1表示数据源发送的接口消息或检测系统消息已稳定在数据总线上,受信器可开始接收它。,2)NRFD (Not Ready For Data,未准备好接收数据) NRFD消息是由受信器通过NRFD总线发送给数据源的联络消息,以此通知数据源,受信器是否已准备好接收接口消息或检测系统消息。NRFD=1时,表示未准备好。 3)NDAC (Not Data Accepted,未接收到数据) NDAC消息是受信器发送的,以此通知数据源,受信器是否已接
14、收到一个消息字节,NDAC=1表示尚未接收到该消息字节,NDAC=0表示已接收到该消息字节,数据源可以准备发送下一个消息字节。,智能检测系统在传送消息时,每次只允许一个数据源使用数据总线发送一个消息字节,但允许有多个受信器同时接收此数据。每个受信器都有一条RFD线(“准备好”线)直接与NRFD总线相接,用以发送RFD消息(“准备好“消息),以表明该受信器是否已准备好接收消息字节。NRFD总线上的NRFD消息即是各受信器发来的RFD消息的合成。只有当各受信器都“准备好”时(即全部RFD=1),才会使NRFD消息无效,即NRFD=0。否则,NRFD=1。,因此有 (1) 或 (2) 式中,RFDi
15、 (i=1,2,n)为分机i的“准备好“消息。如果和NRFD消息一样,所有RFDi消息也可用负逻辑表示,那么,只要将它们通过开集电极反相器反相后就要直接加到NRFD总线上形成NRFD消息。因此,可采用图la所示电路实现逻辑表达式(2)。,同样,每个受信器都有自己的DAC线(“数据已收到”线)用来发送DAC。NDAC消息是各DAC消息的合成,只有各受信器都收到数据时(所有DAC=1),才能使NDAC消息无效,即:NDAC=0,如果用DACi,i=1,2,n表示仪器i“数据已 收到”消息,则有: (3) (4),当采用负逻辑表示DACi时,同样可用开集电极反相器电路来实现逻辑表达式(4),如图1（
16、b）所示。图1（c）为SRQ消息电路。 图1 产生NRFD、NDAC、SRQ信号的电路,智能检测系统的大多数分机都可以成为数据源,因此系统中有多个数据源。各数据源本身的DAV线和数据线应通过三态门电路接到DAV总线和DI01DI08数据总线上去。每次只允许一个数据源发送消息字节,只有在三态门选通时,该数据源才能向IEC总线发送DAV消息的接口/检测系统消息。,每次通过数据总线DI01DI08传送一个消息字节时,由数据源发送DAV消息,告知对方,欲发送的消息字节是否已稳定在数据总线上,由受信器发送RFD和DAV消息,以表明各受信器是否都准备好接收消息字节以及是否都已接收到消息字节。这样可保证消息字节标志的可靠性。这种传送方式也称为三线联络,图2为三线联络过程的波形关系,联络过程如下:,
