1、虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术第第2 2章章 虚拟仪器总线接口技术虚拟仪器总线接口技术 教学内容 GPIB通用接口总线通用接口总线 VXI总线总线 PXI总线总线 LXI总线总线InstrumentDriver 美国惠普（HP）公司从60年代中期就开始着力解决自动测试系统接口标准化问题 1972年公布了它们的通用接口系统，命名为HP-IB 1975年美国电气与电子工程师协会（IEEE）在HP-IB基础上制定了IEC-488-75可程控仪表的数字接口标准 国际电工委员会以IEEE-488-75为基础，制定了IEC-625可程控测量仪表的接口系统（字节串行，位并行）标准 1978年IEE
2、E也把IEEE-488-75标准修改为IEEE-488-78标准 这两个标准都是国际公认的总线标准，按这两个标准配置的接口都称为通用标准接口，由它们构成的系统都称GPIB（General Purpose Interface Bus）系统一、概述2.1 GPIB总线 （General Purpose Interface bus，GPIB）n是国际通用的仪器接口标准，是国际通用的仪器接口标准，是专门为仪器控制应是专门为仪器控制应用而设计的。这套接口系统最初由美国用而设计的。这套接口系统最初由美国HP公司提出，公司提出，后被美国电气与电子工程师协会后被美国电气与电子工程师协会(IEEE)和国际电工和
3、国际电工委员会委员会(IEC)接受为程控仪器和自动测控系统的标接受为程控仪器和自动测控系统的标准接口，因此，也称准接口，因此，也称IEEE488接口或接口或IEC625接口，接口，目前的协议是目前的协议是488.2。使用。使用GPIB接口，可将不同厂接口，可将不同厂家生产的各种型号的仪器，用一条无源标准方便地家生产的各种型号的仪器，用一条无源标准方便地连接起来，在计算机控制下完成各种复杂的测量。连接起来，在计算机控制下完成各种复杂的测量。 2.1.1 GPIB总线标准GPIB总线标准包括总线标准包括: 接口：接口：由逻辑电路组成，与各仪器安装在一由逻辑电路组成，与各仪器安装在一 起，用于对传输
4、的信息进行发送、接起，用于对传输的信息进行发送、接 收、编码、译码收、编码、译码 总线：总线：是是24芯无源电缆，用来传输各种消息芯无源电缆，用来传输各种消息1. GPIB的基本性能可用一组总线（可用一组总线（16根）连接若干台装置，组成自动根）连接若干台装置，组成自动测试系统，数目不超过测试系统，数目不超过15台。台。互连电缆的传输路径总长不超过互连电缆的传输路径总长不超过20m.数据传输采用位并行（数据传输采用位并行（8位）、字节串行、双向异位）、字节串行、双向异步传输方式，其最大数据传输速率为步传输方式，其最大数据传输速率为1MBps信息逻辑采用负逻辑，低电平（信息逻辑采用负逻辑，低电平
5、（0.8V）为）为“1”，高电平（高电平（2.0V）为）为“0”，电平与，电平与TTL相容。相容。地址容量：听地址地址容量：听地址31个，讲地址个，讲地址31个，地址容量个，地址容量可扩展。可扩展。2. GPIB的接口功能n在接口系统中，为了进行有效的信息传递，一般必在接口系统中，为了进行有效的信息传递，一般必须具有下述须具有下述3种基本的接口功能。种基本的接口功能。n讲者讲者：通过总线发送消息的仪器装置。：通过总线发送消息的仪器装置。 如测量仪器、数据采集器、计算机等如测量仪器、数据采集器、计算机等。n听者听者：通过总线接收讲者发出的消息的装置。：通过总线接收讲者发出的消息的装置。 如打印机
6、、信号源等如打印机、信号源等。n控者控者：是数据传输过程中的组织者。对设：是数据传输过程中的组织者。对设 备进行控制，允许其它设备寻址，允许讲者备进行控制，允许其它设备寻址，允许讲者 使用总使用总 线等，通常由计算机担任。线等，通常由计算机担任。GPIB定义的10种接口功能听功能：听功能： 接收信号、数据接收信号、数据讲功能：讲功能： 发送信号、数据发送信号、数据控功能：控功能： 通过微处理器发布各种命令通过微处理器发布各种命令源握手功能：为讲功能和控功能服务源握手功能：为讲功能和控功能服务受握手功能：为听功能服务受握手功能：为听功能服务服务请求功能：量程益出、震荡器停止等意外故障发生时，服务
7、请求功能：量程益出、震荡器停止等意外故障发生时，主动向控者提出请求，以进行相应处理。主动向控者提出请求，以进行相应处理。并行点名功能：快速查询请求服务装置，速度快并行点名功能：快速查询请求服务装置，速度快远地远地/本地功能：选择远地或本地工作方式本地功能：选择远地或本地工作方式触发功能：产生一个内部触发信号，以启动有关仪器功能进触发功能：产生一个内部触发信号，以启动有关仪器功能进行工作行工作清除功能：产生一个内部清除信号，使某仪器功能回到初始清除功能：产生一个内部清除信号，使某仪器功能回到初始状态。状态。2.1.2 GPIB总线结构和接口信号 n总线为总线为24芯电缆芯电缆: 16条信号线条信
8、号线 ， 8根地址根地址线线 ， 24芯簧片插头座芯簧片插头座GPIB插头引脚分布n16条信号线按功能分为：条信号线按功能分为： 8根双向根双向8位数据线位数据线 3根数据挂钩联络线根数据挂钩联络线 5根接口管理控制线根接口管理控制线n引脚分配对应关系：引脚分配对应关系： 14：DIO1DIO4 5 : EOI 6 : DAV 7 : NRFD 8 : NDAC 9 : IFC10 : SRQ11 : ATN12 : 机壳地机壳地1316: DIO5DIO817 : REN1824: 地地数据总线8根、数据挂钩联络线 3根n数据总线数据总线DIO1DIO8: 用于传送接口信息和仪器用于传送接口
9、信息和仪器消息，包括数据、地址、命令。消息，包括数据、地址、命令。n数据有效线数据有效线DAV（Data Available）：当）：当DIO线线 上出现有效数据时，讲者置上出现有效数据时，讲者置DAV线为低（线为低（“1”），），示意听者接收数据。示意听者接收数据。n未准备好接收数据线未准备好接收数据线NRFD（Not Ready for Data）: 当当 NRFD=1时，表示系统中至少有时，表示系统中至少有1个听个听者未准备接收数据。者未准备接收数据。n未收到数据线未收到数据线NDAC(Not Data Accept)：当：当NDAC=1时，表示系统中至少有时，表示系统中至少有1个听者未
10、完成接个听者未完成接收数据，讲者暂不要撤掉数据线上的消息。收数据，讲者暂不要撤掉数据线上的消息。接口管理线5根n注意线注意线ATN(Attention): 由控者使用，指明由控者使用，指明DIO线线上信息的类型。上信息的类型。 ATN= 1 DIO线上的信息为接口消息（命令、地线上的信息为接口消息（命令、地 址等）其它设备只能接收；址等）其它设备只能接收； 0 DIO线上的信息为讲者发出的器件信息线上的信息为讲者发出的器件信息 （控制命令、数据等），听者必须听。（控制命令、数据等），听者必须听。n接口清除线接口清除线IFC（Interface Clear）: 接口清除线，接口清除线，由控者使用
11、，将接口置为已知的初始状态，作为复由控者使用，将接口置为已知的初始状态，作为复位线位线接口管理线n远程允许线远程允许线REN（Remote Enable）: 由控者使用由控者使用 REN= 1 听者都处于远程控制状态，脱离本地状态听者都处于远程控制状态，脱离本地状态 0 仪器必处于本地状态仪器必处于本地状态n服务请求线服务请求线SRQ(Service Request): 任何一个具任何一个具有服务请求功能的仪器或设备，可向控者发出有服务请求功能的仪器或设备，可向控者发出SRQ=1，要求控者对各种异常事件进行处理，控，要求控者对各种异常事件进行处理，控者通过点名查询转入相应的服务程序。者通过点名
12、查询转入相应的服务程序。n结束或识别线结束或识别线EOI(End or Identify): 当当EOI=1，ATN=0时，表示讲者已传递完一组字节的信息时，表示讲者已传递完一组字节的信息 当当EOI=1,ATN=1时，表示控者执行并行点名识别操作。时，表示控者执行并行点名识别操作。利用DAV，NRFD，NDAC这三条线形成的挂钩关系 宣布数据有效DAV=1或撤除数据DAV=0讲者当所有的听者准备好，则NRFD=0只要有一个听者未准备好，则NRFD=1当所有的听者都已接收完数据时，则NDAC=0只要有一个听者未接受完，则NDAC=1NRFDNDACDAV&听者1讲者2讲者3&RFDRFDDAC
13、DACDAC2. GPIB三线挂钩技术 GPIB系统采用广播式通信。l 讲者必须先知道是否所有的听着已准备好接收数据。l 只有在都准备就绪的条件下，讲者才被允许把要广播的数据放置到数据线上去。l 讲者向所有听者宣布数据线上数据有效。l 听者在得知数据线上数据有效后才允许从数据线上接收数据。l 接收完毕后，还应当通知讲者，只有当讲者得知所有听者都已接收完毕，方可从数据线上把数据撤除。每个字节传送皆按上述过程进行。 NRFD是由听者送向讲者，它是由各听者的RFD（即准备就绪）经线与后形成，因此只要有一个听者还未准备就绪（RFD=0），则NRFD=1。 DAV是由讲者送给听者的数据有效线。当数据线上
14、数据有效，则讲者使DAV=1。从数据线上撤除数据后，讲者使DAV=0。 NDAC也是由听者送向讲者的一条线，它由各听者DAC（即数据接收完毕）经线与后形成。当所有听者皆接收完毕，则NDAC=0，只要还有一个听者没有接收完毕，则NDAC=1。三线挂钩方式n系统内部每传送一个字节信息都有一次三线联络的系统内部每传送一个字节信息都有一次三线联络的过程，其时序如图。过程，其时序如图。 第一字节 DIO18 DA V NRFD NDAC 三线挂钩过程n原始状态：讲者置原始状态：讲者置DAV为高，听者置为高，听者置NRFD、 NDAC为低。为低。n三线挂钩过程：三线挂钩过程：听者置听者置NRFD为高，表示
15、已做好接收数据准备；为高，表示已做好接收数据准备；讲者发现讲者发现NRFD呈高后，讲者发送数据至呈高后，讲者发送数据至DIO线上，并令线上，并令DAV为低电平；为低电平；听者发现听者发现DAV为低后，就令为低后，就令NRFD为低，表示准备接收数据；为低，表示准备接收数据；听者接收数据，当每个听者都收完数据后，置听者接收数据，当每个听者都收完数据后，置NDAC为高；为高；当讲者检出当讲者检出NDAC为高后，就令为高后，就令DAV为高，撤消总线数据。为高，撤消总线数据。听者检出听者检出DAV为高，就令为高，就令NDAC为低，准备下一个循环。为低，准备下一个循环。2.1.3 GPIB接口电路设计n以
16、以Intel公司的公司的8291A听听/讲接口芯片、讲接口芯片、8292控者控者芯片、芯片、8293总线收发器芯片为例介绍。总线收发器芯片为例介绍。 计算机GPIB接口功能通过GPIB接口卡来实现在GPIB接口的各种实现方法中，以采用GPIB接口芯片设计GPIB接口效率最高。这也是目前最常用的GPIB接口设汁方法。GPIB接口芯片分为两种类型，一类芯片必须与微处理机配合使用，经过编程才能形成各种接口功能。因此这类芯片又称为可编程GPIB接口芯片。属于这类接口芯片的主要有Motorola公司的MC-68488，Intel公司的8291/8292，Texas Instruments公司的TMS-9
17、914，NEC公司的PD7210等。另一类GPIB接口芯片不需要微处理机的支持，它的各种接口功能不是依靠软件编程设定，而是由硬件逻辑电路产生。因此，这类芯片又称为“不可编程GPIB接口芯片”。属于这类接口芯片的主要有Fairchild公司的96LS488，NPC公司的SM8530B，Philips公司的HEF4738等。四. GPIB接口芯片及GPIB接口设计 1. 两类GPIB接口芯片 这两类GPIBB接口芯片在使用及特性上有下列差别:可编程GPIB接口芯片的功能比较强，大多可实现全部十种或至少九种接口功能。不可编程GPIB接口芯片功能相对比较弱，主要实现讲者、听者及与讲听有关的功能。可编程
18、GPIB接口芯片必须与微处理机配合使用。不可编程GPIB接口芯片不需微处理机支持，单独就可充当GPIB接口。可编程GPIB接口芯片的引脚分为两部分，一部分与IEC-625（IEEE-488）总线适配，另一部分与某一种或几种微处理器适配。不可编程GPIB接口芯片的引脚也分为两部分，一部分与IEC-625（IEEE-488）总线适配，另一部分加适当电路后与可程控仪器适配，而与微处理器不存在适配关系。可编程可编程GPIBGPIB接口芯片的接口芯片的硬件连接比较简单硬件连接比较简单，无论与，无论与IEC-625IEC-625总线还是与微处理器都不必加多少硬件电路即可总线还是与微处理器都不必加多少硬件电
19、路即可连接。不可编程连接。不可编程GPIBGPIB接口芯片的接口芯片的硬件连接要稍许复杂硬件连接要稍许复杂一些，一些，与与IEC-625IEC-625总线的连接比较简单，但是与可程控仪器的连总线的连接比较简单，但是与可程控仪器的连接比较复杂，必须根据可程控仪器的类型，配置不同的硬接比较复杂，必须根据可程控仪器的类型，配置不同的硬件电路方可连接。件电路方可连接。可编程可编程GPIBGPIB接口芯片主要用于设计接口芯片主要用于设计计算机计算机的的GPIBGPIB接口接口及及PP化仪表化仪表的的GPIBGPIB接口，而不可编程接口，而不可编程GPIBGPIB接口芯片则主接口芯片则主要用在为要用在为普
20、通可程控仪器普通可程控仪器配备配备GPIBGPIB接口。接口。 1. 8291A接口芯片 8291A是一种将是一种将微处理器接至微处理器接至GPIB标标准总线的器件准总线的器件。它可以完成。它可以完成GPIB标准中除控标准中除控者之外的全部接口功能。除此之外，还具有者之外的全部接口功能。除此之外，还具有自动三线挂钩联络、自动管理接口寻址等能自动三线挂钩联络、自动管理接口寻址等能力，这些自动操作能力大大简化了接口管理力，这些自动操作能力大大简化了接口管理软件的设计。软件的设计。 8291A采用采用40脚封装。脚封装。8291A引脚图引脚图 T/R1 T/R2 CLOCK RESET TRIG D
21、REQ DACK CS RD WR INT D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vss DIO3 DIO2 DIO1 SRQ ATN REN IFC RS2 RS1 RS0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 8291A Vcc EOI NDAC NRFD DAV DIO8 DIO7 DIO6 DIO5 DIO4 8291A面向CPU总线的信号引脚nD0D7： 双向数据总线双向数据总线nRS0RS2
22、：片内寄存器选择码输入，连地址线：片内寄存器选择码输入，连地址线n/CS,/RD,/WR：片选、读、写输入端：片选、读、写输入端nINT： 中断请求输出端，软件可控高或低有效中断请求输出端，软件可控高或低有效nTRIG： 触发器输出端触发器输出端nCLOCK： 时钟信号输入端，（时钟信号输入端，（18）MHznRESET： 复位信号输入端复位信号输入端nDREQ,/DACK：DMA操作请求输出、响应端操作请求输出、响应端8291A面向GPIB标准接口总线信号n/DIO1/DIO8：8位标准接口数据总线输入位标准接口数据总线输入/输出输出端端n/DAV,/NRFD,/NDAC： 挂钩控制联络信号
23、挂钩控制联络信号n/ATN,/IFC,/REN,/SRQ,/EOI：控制管理线：控制管理线nT/R1：外收发器控制信号输出端，高电平时，：外收发器控制信号输出端，高电平时，DIO线上的数据以及线上的数据以及DAV消息将被送到标准总线上，消息将被送到标准总线上， 同时将从标准总线上接收同时将从标准总线上接收NRFD和和NDAC消息；消息； 低电平时，则相反。低电平时，则相反。nT/R2：外收发器控制线输出端，用于控制：外收发器控制线输出端，用于控制EOI消息消息的方向。高电平时，表示的方向。高电平时，表示EOI要输出，低电平时则要输出，低电平时则相反。相反。2. 8292控者接口芯片n8292接
24、口芯片接口芯片仅有控者功能仅有控者功能，并且它必须与，并且它必须与8291联合使用，组成具有联合使用，组成具有10种接口功能的种接口功能的标准接口。标准接口。 8292实质是一片实质是一片8041单片机，片内固化单片机，片内固化了一段专门的程序，使内部了一段专门的程序，使内部RAM作为专用寄作为专用寄存器组使用，存器组使用，I/O端口用来提供总线的各种端口用来提供总线的各种控制信号及辅助信号。控制信号及辅助信号。 8292是是40脚封装。脚封装。8292引脚 IFCL X1 X2 RESET Vcc CS GND RD A0 WR SYC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Vss
25、 Vcc COUNT REN DAV IBFI OBFI EOI SPI TCI CIC NC ATNO NC CLTH Vcc NC SYC IFC ATNI SRQ 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 40 39 38 37 36 35 34 83 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 8292 8292与微处理器相接的信号nD0D7： 双向数据总线双向数据总线n/CS,/RD,/WR：片选、读、写：片选、读、写nX1,X2： 外接晶体或外部时钟外接晶体或外部时钟nRESET： 复位复位nA
26、0： 地址线地址线n与与GPIB标准接口总线相接的信号：标准接口总线相接的信号：n/DAV：双向握手信号，与：双向握手信号，与8291的的DAV相连相连n/IFC： 接口清除信号输出端接口清除信号输出端nTCI： 任务完成中断申请信号任务完成中断申请信号nSPI： 由由8292内部事件引起的中断信号输出端内部事件引起的中断信号输出端3. 8293总线收/发器n8293内部包括内部包括9路收路收/发通道和适应不同工发通道和适应不同工作模式的附加电路作模式的附加电路，每路的收，每路的收/发方向可由发方向可由T/R来控制。接收时采用施密特电路以增来控制。接收时采用施密特电路以增强抗干扰能力，发送时选
27、用强抗干扰能力，发送时选用OC 方式或三态方式或三态方式。方式。 8293可预置成四种模式之一。可预置成四种模式之一。 8293引脚图引脚图 T/R1 T/R2 EOI ATN DATA1 DATA2 DATA3 DATA4 DATA5 DATA6 DATA7 BUS1 BUS2 GND Vcc OPTA OPTB DATA10 DATA9 DATA8 BUS9 BUS8 GND BUS7 BUS6 BUS5 BUS4 BUS3 8293 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 829
28、3主要引脚功能nBUS1BUS8：直接与：直接与GPIB总线相连，根据总线相连，根据OPTA、OPTB所选模式，可以作为数据线所选模式，可以作为数据线DIO或管理线。或管理线。nDATA1DATA10：和：和8291或或8292相连，根据相连，根据OPTA、OPTB所选模式决定，与所选模式决定，与TTL兼容。兼容。n/ATN：ATN线，与线，与TTL兼容。兼容。n/EOI：结束和识别线，与：结束和识别线，与TTL兼容。兼容。nT/R1：用于控制：用于控制NDAC,NRFD,DAV和和DIO1DIO8的传输方向，输入与的传输方向，输入与TTL兼容。兼容。nT/R2：用于控制：用于控制EOI线的方
29、向，输入与线的方向，输入与TTL兼容。兼容。8293的工作模式n用用OPTA,OPTB这两个脚的逻辑电平的组合，这两个脚的逻辑电平的组合，设置，选择方式如下表：设置，选择方式如下表：OPTBOPTA模模 式式00模式模式0，讲者，讲者/听者接口控制线听者接口控制线01模式模式1，讲者，讲者/听者接口数据线听者接口数据线10模式模式2，讲者，讲者/听者听者/控者接口控制控者接口控制线线11模式模式3，讲者，讲者/听者听者/控者接口数据控者接口数据线线讲者/听者接口框图 OPTA OPTB OPTA OPTB 8293 8293 MODE0 MODE1 Vcc 18 12 9 9 7 GPIB总线
30、 8291 19 到 微 处 理 器 DIO1 DIO8 DA V EOI A TN NDAC NRFD SRQ REN IFC 讲者讲者/听者听者接口框图接口框图讲者/听者/控者接口框图 OPTA OPTB OPTA OPTB Vcc Vcc 12 6 1 11 8291 8292 8293 8293 MODE3 MODE2 9 7 19 16 到 微 处 理 器 GPIB总线 由8291A和8293组成的讲者/听者接口逻辑 /EOI /ATN T/R1 T/R2 /NDAC /NRFD /SRQ /REN /IFC EOI ATN NDAC NRFD SRQ REN IFC OPTA OP
31、TB RS0 RS2 /CS /RD /WR INT CLK RSET DREQ /DACK TRIG D0 D7 /DIO1 /DIO8 /DAV T/R1 /ATN /EOI T/R2 /NDAC /NRFD /SRQ /REN /IFC /DIO1 /DIO8 /DAV T/R1 /ATN /EOI DAV OPTA OPTB DIO1 DIO8 Vcc GND GND GND 21 22 19 15 13 12 27 26 19 15 18 17 16 13 12 27 26 25 23 10 5 24 1 4 3 3 4 1 2 10 9 8 6 5 28 35 36 1 26 39
32、 2 38 37 27 25 24 12 19 21 22 23 8 9 10 11 3 4 6 7 5 8291 8293 8293 GPIB 到 微 处 理 器 2.1.4 GPIB仪器系统 设备 A 设备 B 设备 C 设备 B 设备 A 设备 C 设备 C GPIBGPIB设备的设备的串行连接串行连接GPIBGPIB设备设备的星连接的星连接典型GPIB 系统2.2 VXI总线 nVXI总线标准是在总线标准是在VME总线和总线和GPIB总线基础上发展总线基础上发展的一种的一种新型仪器系统总线新型仪器系统总线。nVXI(VMEbus Extensions for Instrumentati
33、on)nVME(Versabus Module European)nVXI总线以其开放的系统结构、模块化的设计、紧总线以其开放的系统结构、模块化的设计、紧凑的机械结构、良好的电磁兼容性，以及可靠性高、凑的机械结构、良好的电磁兼容性，以及可靠性高、小型便携和灵活通信能力等一系列优点满足了工业小型便携和灵活通信能力等一系列优点满足了工业领域需求，被公认为领域需求，被公认为21世纪仪器总线系统和自动测世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。试系统的优秀平台。VXI uses standard technologybusVXI基于VME和GPIB基于基于GPIB通信的通信的VXI检测模块检测模块VX
34、I嵌入式嵌入式CPU检测模块检测模块2.2.1 VXI总线的技术优势n开放的标准开放的标准 各仪器厂商所提供的各仪器厂商所提供的VXI总线产品都采用了标总线产品都采用了标准的结构方式、仪器编程语言及准的结构方式、仪器编程语言及I/O通信方式，可通信方式，可方便组建自测系统。方便组建自测系统。n高速数据吞吐量高速数据吞吐量 V X I 总 线 底 板 数 据 传 输 速 率 理 论 上 可 达总 线 底 板 数 据 传 输 速 率 理 论 上 可 达40Mbyte/s，而一般，而一般GPIB是是1Mbyte/sn小型化小型化n规范化规范化n高可靠性高可靠性n适用于位数不同的多种微机和适用于位数不
35、同的多种微机和16位、位、24位、位、32位位3种寻址方式，灵活方便种寻址方式，灵活方便2.2.2 VXI总线的信号线1. VXI总线的组成总线的组成n在在VXI总线系统中，各种命令、数据、地址和其它总线系统中，各种命令、数据、地址和其它消息都通过总线传递。消息都通过总线传递。 VXI总线系统的各种总线都总线系统的各种总线都印制在主机箱内的多层底板上，通过印制在主机箱内的多层底板上，通过P1/J1、 P2/J2、 P3/J3连接器与各模块相连接。连接器与各模块相连接。nVXI总线系统共有总线系统共有7类总线：类总线：nVME计算机总线，时钟和同步总线计算机总线，时钟和同步总线n模块识别总线，触
36、发总线模块识别总线，触发总线n模拟相加总线，局部总线模拟相加总线，局部总线n电源线电源线 VXI总线的电气结构示意图2. VME计算机总线nVME计算机总线包含了数据传输总线、仲裁总线、计算机总线包含了数据传输总线、仲裁总线、优先级中断线和公用总线，这些总线都安排在优先级中断线和公用总线，这些总线都安排在P1连连接器和接器和P2连接器的中间一行引脚上。主要有：连接器的中间一行引脚上。主要有：n32位数据线位数据线D00D31n32为地址线为地址线A01A31n6位地址修改线位地址修改线AM0AM5，提供，提供64种地址修改码种地址修改码n读读/写写WRITEn中断应答中断应答IACK，中断请求
37、，中断请求IRQ1IRQ7n地址选通地址选通ASn长字长字LWORDn数据选通数据选通DS0，DS1n数据传送应答数据传送应答DTACKn电源线电源线+5V，-12V，+12V仲裁总线n仲裁总线主要包括下列信号线：仲裁总线主要包括下列信号线：n总线请求线总线请求线BR0*BR3*n总线允许输入线总线允许输入线BG0IN* BG3IN*n总线允许输出线总线允许输出线BG0OUT* BG3OUT*n总线忙线总线忙线BBSY*n总线清除线总线清除线BCLR*优先中断总线nVMEVME总线系统最多可以有总线系统最多可以有7 7级中断，优先中断级中断，优先中断线包括：线包括： 中断请求线中断请求线IRQ
38、1IRQ1* *IRQ7IRQ7* *； 中断应答线中断应答线LACKLACK* *； 中断应答输入线中断应答输入线LACKINLACKIN* *； 中断应答输出线中断应答输出线LACKOUT*。 公用总线n公用总线包括的信号线如下：公用总线包括的信号线如下： 系统时钟线系统时钟线SYSCLK 序列时钟线序列时钟线SERCLK 序列数据线序列数据线SERDAT* 交流故障线交流故障线ACFAIL * 系统复位线系统复位线SYSRESET * 系统故障线系统故障线SYSFAIL3. VXI增加的信号线 n新定义的信号线位于新定义的信号线位于P2和和P3连接器上，包连接器上，包括：括： 模块识别线
39、模块识别线 时钟和同步线时钟和同步线 仪器触发线仪器触发线 模拟相加线模拟相加线 局部总线局部总线 电源线电源线（1）模块识别线MODIDnMODID线用来检测特定位置上的模块是否存在，线用来检测特定位置上的模块是否存在，或 者 识 别 一 个 特 定 器 件 的 物 理 槽 位 。 这 些 线或 者 识 别 一 个 特 定 器 件 的 物 理 槽 位 。 这 些 线（MODID00MODID12）源于）源于VXI系统的系统的0号槽号槽模块，分别接至模块，分别接至112槽（的槽（的MODID）。）。 MODIDMODID线的用途有线的用途有：检查各插槽中模块是否存在，检查各插槽中模块是否存在，
40、包括已有故障的模块；包括已有故障的模块；识别一个特定器件的物理位置识别一个特定器件的物理位置（插槽号）；（插槽号）；用指示灯或其他方法指出模块用指示灯或其他方法指出模块的实际物理位置的实际物理位置；检测检测0 0槽模块的位置是否正确槽模块的位置是否正确。 （2）时钟和同步线n时钟和同步线包括一个时钟和同步线包括一个10MHz10MHz的系统时钟的系统时钟CLK10CLK10，一个与，一个与CLK10CLK10同步的同步的100MHz100MHz时钟时钟CLK100CLK100和一个与和一个与CLK100CLK100上升沿同步的同步上升沿同步的同步时钟时钟SYN100SYN100。SYN100S
41、YN100主要用于多个器件之主要用于多个器件之间准确的时间配合，执行群触发功能。间准确的时间配合，执行群触发功能。nCLK10CLK10和和CLK100CLK100、SYN100SYN100都源于都源于0 0号槽模块，号槽模块，分别分布于分别分布于P2P2和和P3P3连接器上。连接器上。 （3）仪器触发线n为了适应仪器的触发、定时和消息传递的要为了适应仪器的触发、定时和消息传递的要求，求，VXI系统增加了系统增加了3种触发线：种触发线：TTL、ECL和星型触发线。和星型触发线。 n8条条TTL触发器触发器TTLTRG0*TTLTRG7*分布在分布在P2连接器上，采用总线连接方式、集电极开路、连
42、接器上，采用总线连接方式、集电极开路、负逻辑、负逻辑、TTL电平相容。电平相容。 n6条条ECL触发线触发线ECLTRG0ECLTRG5分布在分布在P2和和P3连接器上，主要作为模块高速定时资源。连接器上，主要作为模块高速定时资源。n STARX和和STARY星型触发线分布在星型触发线分布在P3连接器连接器上，用于模块间的异步通信。上，用于模块间的异步通信。 （4）模拟相加线n相加总线相加总线SUMBUS是是VXI系统背板上的一系统背板上的一条模拟相加结点。该线通过一个条模拟相加结点。该线通过一个50的电的电阻接地，任何模块都可利用模拟电流源驱阻接地，任何模块都可利用模拟电流源驱动该线，也可以
43、借助高输入阻抗接收器动该线，也可以借助高输入阻抗接收器（如模拟放大器）从该线接收信号。（如模拟放大器）从该线接收信号。 （5）电源线nVXI总线系统的电源可为每个仪器模块提供总线系统的电源可为每个仪器模块提供的最高功率为的最高功率为268W，通过，通过VXI背板总线可背板总线可以提供以提供7种不同电压：种不同电压：+5V，12V，24V，-5.2V，-2V。其中。其中+5V，12V是是VME标准规定的，标准规定的，24V是为模拟电路设是为模拟电路设计的，计的，-5.2V和和-2V是为高速是为高速ECL电路设计电路设计的。另外，还提供了的。另外，还提供了+5V直流备用电源，当直流备用电源，当+5
44、V直流电源关断时，用于维持存储器、时直流电源关断时，用于维持存储器、时钟等的工作。钟等的工作。 2.2.3 VXI器件、模块与主机箱1. VXI器件器件 器件是组成器件是组成VXI总线系统最基本的逻辑总线系统最基本的逻辑组件（或逻辑单元）。通常，一个器件占据组件（或逻辑单元）。通常，一个器件占据一块一块VXI模块，但也允许在一个模块上实现模块，但也允许在一个模块上实现多个器件和一个器件占据多个模块。多个器件和一个器件占据多个模块。 器件之间的基本操作是信息传输。根据器件之间的基本操作是信息传输。根据通信能力，通信能力，VXIVXI总线器件分为寄存器基器件、总线器件分为寄存器基器件、消息基器件、
45、存储器器件和扩展器件消息基器件、存储器器件和扩展器件4 4类。类。 寄存器基器件n寄存器基器件是具有最基本能力的寄存器基器件是具有最基本能力的VXI总线总线器件，这类器件只支持寄存器直接读器件，这类器件只支持寄存器直接读/写协写协议，一般只配置议，一般只配置VME总线的从模块功能。一总线的从模块功能。一些要求极少智能或根本不要求智能的模块，些要求极少智能或根本不要求智能的模块，如简单的开关、数字如简单的开关、数字I/O和简单的串行接口和简单的串行接口卡都属于寄存器基器件。卡都属于寄存器基器件。 消息基器件 n消息基器件是具有高级通信能力的器件，这消息基器件是具有高级通信能力的器件，这类器件在系
46、统组态层设置了一组可以由其他类器件在系统组态层设置了一组可以由其他模块访问的模块访问的“通信寄存器通信寄存器”，使该器件可通，使该器件可通过某种特定的通信协议（如过某种特定的通信协议（如VXI总线字串行总线字串行协议）与系统中的其他器件进行通信。通常协议）与系统中的其他器件进行通信。通常认为消息基器件是包含认为消息基器件是包含CPU并能理解并能理解ASCII命令的智能器件，如数字式多用表、频谱分命令的智能器件，如数字式多用表、频谱分析仪、析仪、GPIB-VXI接口器件等。接口器件等。 存储器器件n存储器器件是包含一定的存储器器件特征的、存储器器件是包含一定的存储器器件特征的、类似寄存器基器件的
47、类似寄存器基器件的VXI总线器件，如总线器件，如RAM、ROM等存储器卡都是存储器器件。等存储器卡都是存储器器件。 扩展器件扩展器件 扩展器件是为了扩展器件是为了VXI未来发展而定义的，它允未来发展而定义的，它允许将来设计更新种类的器件、支持更高级的通信许将来设计更新种类的器件、支持更高级的通信协议。协议。 2. VXI模块nVXI总线系统的最小物理单元是组建模块。它由总线系统的最小物理单元是组建模块。它由带电子元器件和连接器的组件板、前面板和任选带电子元器件和连接器的组件板、前面板和任选的屏蔽壳组成。从大小方面看，模块有的屏蔽壳组成。从大小方面看，模块有A，B，C，D四种规格四种规格 。 A
48、 型 100160 B 型 233160 C 型 233340 D 型 367340 P1 P1 P2 P1 P2 P1 P2 P3 VXI总线连接 中间行附加的功能： VME32 位数据和 4GB 地址 外围两行附加的功能： TTL&ECL 触发线 10MHz 时钟线 12Pin 本地线 模拟相加线 模块识别线 电源分配线 P1 VME 计算机总线 16 位数据传输线 16MB 地址 仲裁线 优先中断线 公用线 P2 P2 P3 提供更高的功能： 100MHz 时钟与同步线 ECL 星型线 ECL 触发线 24Pin 本地线 电源分配线 典型VXI模块3. VXI主机箱busVXI or V
49、ME背板未屏蔽C尺寸模块双宽度带屏蔽的D尺寸模块电源冷确系统VXI总线主机箱nVXI总线主机箱为保证各模块恰当地连接到总线主机箱为保证各模块恰当地连接到底板而设。底板而设。n底板的构成底板的构成 它是一块印制电路板，它是一块印制电路板， 13个插槽（个插槽（012），），其上还有：其上还有：nP1、P2、P3三个三个96脚脚J型连接器和信号通路型连接器和信号通路n冷却、通风设备冷却、通风设备n电源电源n每个连接器分成每个连接器分成A、B、C三行三行 的欧式结构，每行的欧式结构，每行32个引脚。个引脚。nP1是各种模块必须的，是各种模块必须的，P2、P3可选。可选。2.2.4 VXI总线的通信协
50、议1.通信层次划分通信层次划分 信号/中断通信协议(信号 REG 支持) (通信 REG 支持的) VME 总线读/写/中断等周期规程 (主/从接口功能支持的) 系统逻辑组态协议 (组态寄存器支持的) 字串行协议 VXI 仪器协议 器件特 定协议 时钟/数据协议 (仪器总线支持） VXI-488 仪器 器件 特定 协议 器件 特定 协议 488-VXI 接口 特定 协议 特定 协议 特定 协议 REM 共享 器件特 定协议 特殊功能 器件 高级 VXI 仪器 一般性 消息基 器件 寄存器基 /存储器 器件 逻辑单元 应支持的通信协议层次 2.字串行协议n字串行协议是串行地从一个固定地址向另一个
