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AT89C51單片機的RS232-GPIB控制器設計

時間:2019-12-05 09:10:14來源:電子發燒友 作者:admin 點擊:
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網絡。GPIB設備與計算機連

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網絡。GPIB設備與計算機連接時,需要借助GPIB接口板卡,但這些GPIB接口板卡價格昂貴,給儀器與計算機連接帶來不便。在大多數情況下計算機只連接一臺GPIB接口儀器,并不需要這些功能復雜價格昂貴的GPIB板卡。面對單臺儀器與計算機連接的功能需求,本文設計了一種性價比突出的RS232一GPIB控制器,該控制器利用計算機最常用的RS232接口,控制帶有GPIB接口的儀器,在計算機與儀器之間建立數據傳輸的通道。同時,支持SCPI(Standard Commands for Prognmnnable Instrumentation)指令集,只需在Windows操作系統自帶的工具軟件超級終端中輸入SCPI指令,便可方便地對儀器進行參數設置和讀取測試結果。

RS232-GPIB控制器的設計,旨在連接計算機和帶有GPIB接口的測量儀器,并利用計算機的鍵盤和顯示器來操控儀器進行程控測量。本設計中計算機端接口為RS232接口,使用這個串口作為通信工具,編程方便、連接簡單可靠,軟件則采用Windows操作系統自帶的超級終端。因此,可以很方便地完成計算機串口數據的接收和發送,無需自行開發計算機端軟件,節省了控制器的開發時間。所設計控制器的核心是單片機,它一端連接計算機RS232串口,一端連接儀器GPIB接口,單片機接收來自計算機超級終端的SCPI指令,并轉發給帶有GPIB接口的儀器執行。儀器執行完成指令后將執行結果發送給控制器,控制器再將所收到的數據通過RS232串口傳遞給計算機.在超級終端中顯示。

1 硬件設計

單片機是RS232-GPIB控制器的核心,本設計選用ATEML公司的AT89C51單片機。由于89C51應用領域廣泛,擁有豐富的片上資源和總線式I/O口,支持高級語言編程,內部集成了符合RS232數據規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據,只需在單片機外部使用MAX232芯片進行電平轉換,便可直接連接計算機的串行端口(COM)。控制器的硬件結構如圖1所示,其中,GPIB接口控制電路是控制器硬件設計的重點。

基于AT89C51單片機的RS232-GPIB控制器設計

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,不需要其他輔助芯片,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進行電平轉換后連接GPIB總線。這二種芯片的比較如表l所示。考慮到成本等因素,本設計選用與TMS9914芯片完全兼容的NAT9914芯片作為GPIB總線接口芯片。NAT9914是一款標準的GPIB控制芯片,可以執行所有GPIB接口功能,具有直接存儲器存取(DMA)功能,可編程時鐘和波特率,采用CMOS驅動,并兼容TTL電平,因此使用極為方便。同時,選用SN75160作為數據轉換器,SN75162作為握手線和控制線轉換器,與NAT9914配套使用,連接GPlB接口。

在圖l中,采用89C51的PO口連接NAT9914的數據接口,作為數據總線和GPIB進行雙向數據交換;Pl的I/O口作為地址總線,對NAT9914內部寄存器尋址。NAT9914的中斷輸出連接在89C51的外部中斷接口上,采用中斷觸發的方式管理GPIB接口通信;NAT9914的時鐘信號一般采用獨立時鐘源。本設計中,考慮到控制器的功能僅完成與單臺GPIB接口儀器之問的通信,時鐘頻率的高低對GPIB接口數據傳輸速度影響基本可以忽略,因此直接使用89C51的ALE信號作為NAT9914時鐘信號,這樣可以充分利用89C51的片上資源,簡化電路,降低硬件成本。

基于AT89C51單片機的RS232-GPIB控制器設計

2 軟件設計

計算機端軟件采用超級終端,用戶在超級終端中鍵入指令語句控制帶有GPIB接口的儀器。因SCPI指令集提供一個無縫的控制界面,使其在更換不同公司的同類GPIB設備時,不需要重新設定控制程序,可方便地和不同廠商同類GPIB設備的搡作編程。因此,本設計選取對業界通用的SCPI指令集作為控制指令,以便RS232一GPIB控制器可以和絕大多數GPIB接口儀器配合使用。

本設計中控制器軟件采用C51語言編寫,編譯后燒錄在89C51單片機中運行。軟件框架采用主程序加中斷調用方式.以提高功能模塊的內聚性。軟件功能分為RS232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:(1)串行通信中斷。該中斷負責RS232串口數據傳輸。(2)接收NAT9914中斷信號的外部中斷。該中斷處理來自GPIB接口數據通信的各種事件。主程序在完成全部初始化后進入死循環狀態,等待這兩個中斷的發生。其中,RS232串口數據發送在主程序中執行,而串口數據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通信程序結構。容-源-電-子-網-為你提供技術支持

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