PDF de programación - GPIB1_05

I.1 INTRODUCCION

Se han propuesto diferentes tipos de buses paralelos para interconectar los equipos que
constituyen un entorno de instrumentación automatizado. Las principales características
que se requieren en estos entornos son:

- Debe permitir

interconectar un número reducido (algunas unidades) de

instrumentos.

- Debe corresponder a un estándar aceptado por la mayoría de los fabricantes.
- Sea apropiado para interconectar equipos próximos (ubicados en una habitación).
- Posea una velocidad de intercambio de datos suficientemente alta para que la

transferencia de los paquetes de datos sea inapreciable a un operador humano.


De entre los diferentes buses propuesto, el más utilizado actualmente, es el bus GPIB
(General Purpose Interface Bus). Este fue originariamente desarrollado por Hewlett
Packard bajo el nombre de HPIB (Hewlett-Packard Interface Bus). Su mayor difusión se
debe a que posteriormente, y debido a su rapidez y flexibilidad, fue adoptado por la
organización IEEE, que en 1978 lo definió mediante el estándar IEEE 488 - 1978.

La funcionalidad del estándar GPIB ha evolucionado a lo largo del tiempo y se encuentra
descrito en las siguientes especificaciones:


■ IEEE 488.1 (1975): Especificación que define las características de nivel físico

(mecánico y eléctrico), así como sus características funcionales básicas.



■ IEEE 488.2 (1987): Especificación que define las configuraciones mínimas, los
comandos y formatos de datos básicos y comunes a todos los equipos, el manejo de
errores y los protocolos que se siguen en las comunicaciones.

■ SCPI

(Standard Commands

Instrumentation):
Especificación construida sobre el estándar IEEE 488.2 que define una estructura
de comandos estándar aceptados por múltiples
instrumentos de muchos
fabricantes:

for Programmable

▪ Agilent:
▪ Cec :

▪
Iotech:
▪ Keithley:
▪ Mcc:
▪ Ni:



Agilent Technologies
Capital Equipment Corporation
IOTech hardware.
Keithley
Measurement Computing Corporation
National Instruments.



■ VISA (Virtual Instrument Estándar Architecture): Especificación definida por
Agilent y National Instrument. Es una librería que puede ser usada para
desarrollar aplicaciones y drivers de I/O de forma que software de diferentes
empresas puedan trabajar conjuntamente sobre el mismo sistema y que pueden
ser
instalados en conjunción con drivers VXI plug&play utilizando
simultáneamente varios medios de comunicación (GPIB,VXI, RS232, LAN, etc) y
en aplicaciones desarrolladas con diferentes lenguajes (C, C++, VisualBasic, etc.) .

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Componentes que se utilizan en el control de la instrumentación por GPIB.

Equipo

Firmware
del equipo

Parser

GPIB
Control

Nivel físico
IEEE 499-1

Nivel Operativo

IEEE 488-2

Computador

Window OS

I.C.

Toolbox

MATLAB 6.x

Aplicación

RS-232
Driver
VISA
Driver
GPIB
Driver

TCP-IP
Driver


■ Equipo: Instrumento del entorno que se controla. Debe estar dotado con una
tarjeta hardware de conexión al bus GPIB. Para su control dispone de software
interno de control que interpreta los mensajes que recibe por el bus GPIB e
interacciona con el firmeware propio del equipo. El “Parser” es el thread de gestión
del intercambio de mensajes por el bus GPIB.


■ Nivel Físico (IEEE 488.1): La comunicación entre los equipos se basa en un bus
físico, compuesto por un conjunto de líneas con niveles lógicos bien definidos y
con protocolos de comunicación basados en los estados lógicos de las líneas.

■ Nivel Operativo (IEEE 488.2): El protocolo operativo básico dentro del que se

encuadra el intercambio de información, datos e instrucciones básicas de control.


■ Driver GPIB (SCPI): El computador interacciona con el bus GPIB a través de
una tarjeta de control hardware que resuelve y atiende los dos protocolos
anteriores. El propio fabricante ofrece una interfaz software implementada por un
conjunto de funciones que permiten el acceso de los programas a la funcionalidad
del bus. Puede ofertar una interfaz constituida por una librería de funciones que
corresponde al lenguaje SCPI.


■ Driver VISA: Estándar de driver que ofrece un conjunto de

librerias
estandarizadas que permiten integrar equipos conectados por diferentes medios de
comunicación.


■ Instrumentation Control ToolBox: Confunto de funciones Matlab que permite

gestionar los driver GPIB o Visa, y establecer comunicación con los equipos.

■ Matlab (6.5): Programa interactivo que ofrece un lenguaje de programación de de

alto nivel y unos conjuntos de librerias matemáticas y gráficas muy extensas.

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Las características más relevantes de este bus GPIB son las siguientes:

a) Permite la interconexión de hasta 15 equipos, de los que uno de ellos es el controlador,

que establece la función que debe ejercer cada uno de los otros.


b) Un dispositivo conectado al bus, puede enviar o recibir información hacia o desde
cualquiera de los otros 14 equipos. A veces, la propia naturaleza de un equipo hace
que solo esté capacitado para recibir (p.e. una impresora), o solo capacitado para
enviar (p.e. un contador), o ambas cosas ( p. e. un osciloscopio, o un computador)


c) El límite práctico de velocidad de intercambio de datos es de 500 Kbytes/s (o lo que es

lo mismo 4 Mbits/s).

Caracterísicas de Bus GPIB.



d) La interconexión entre equipos se realiza utilizando cables de 25 hilos, finalizados en
conectores de doble boca (macho por un lado y hembra por el otro), que permite la
interconexión de los equipos en cualquier configuración (estrella, línea, o cualquier
combinación de ellas).


e) Las longitudes máximas permitidas en los cables es de 20 metros. Los cables que se

comercializan son de 1, 2, 4 y 8 metros.



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II BUS GPIB NIVEL FISICO (IEEE-488.1)


II.1 ESTRUCTURA DEL BUS GPIB.

El bus GPIB está basado en 16 líneas activas, además de la tierra. Estas 16 líneas se
organizan en tres buses:



Bus de Datos (DIO1-DIO8) (Data input/output): Es un bus bidireccional de 8



líneas orientado a la transferencia de bytes o de caracteres ASCII.

Bus de sincronización de la transferencia de datos: Es un conjunto de tres líneas
(DAV: Data valid, NRFD: Not Ready For Data y NDAC: Not Data
ACcepted) que se utilizan de forma coordinada para asegurar la
transferencia de datos entre los equipos.

Bus de control: Está constituido por 5 líneas (ATN: ATteNtion, IFC: InterFace
Clear, SRQ: Service ReQuest, REN: Remote ENable, y EOI: End Or
Identify) que se utilizan para transferir comandos entre los equipos
relativos al modo de interpretar los datos que se transfieren o comandos
básicos de gobierno de la interfaz del bus.

DEVICE A
(Talks, listen and

control)

(Example: Computer)

DEVICE B
(Talks and listen)

(Example: Osciloscope)

DEVICE C
(Listen only)

(Example: Printer)

DEVICE D
(Talks only)

(Example: Tape reader)

Data IO
(8 líneas)
Handshake
(Data transfer)
(3 líneas)

Bus Management
(5 líneas)

} DIO1 – DIO8



DAV (Data valid)
NRFD (Not ready for data)
NDAC (Not data acepted)
IFC (Interface clear)
ATN (Attention)
SRQ (Service request)
REN (Remote enable)
EOI (End of identify)

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CONECTOR ESTANDAR DE ACCESO AL BUS GPIB.



Tipos de mensajes que intercambian los equipos

Entre los equipos conectados al bus GPIB se transfieren mensajes constituidos por
secuencias de byte por transacción. De acuerdo con el estado de la señal de control
“ATN”, existen dos tipos de mensajes:


“Data”:

Mensaje que contiene información relativa a la funcionalidad de
un equipo. Ejemplos son: instrucción de programación, resultado
de medida, estatus de un equipo, etc.

“Command”: Mensaje que tiene como función controlar el modo de operación
del bus. Ejemplos son: Inicialización del bus, cambio del modo de
operación de un equipo, transferencia del control, etc.


Modos de operación de un equipo

En cada momento, un equipo conectado al bus GPIB puede estar operando como uno o
varios de los siguientes modos de comportamiento:

"Controller": Con capacidad de establecer quien envía o recibe datos y el modo

de operación del bus (solo un equipo puede ser "controller").
"Talker":
Con capacidad de enviar datos a otros equipos.
"Listener" : Con capacidad de recibir datos de otros equipos.
"Idler" :

Sin ninguna capacidad respecto del bus.



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"CONTROLLER": Equipo con capacidad de transferir mensajes de tipo Command a
los otros equipos. Existen dos tipos de controller:

“System Controller”: Tiene capacidad hardware de tomar el control del bus en todo

momento, a través de las líneas “IFC” y “REN”.

En un bus sólo puede existir un único System Controller y está caracterizado
por tener las capacidades hardware especiales de poder establecer el estado de
las líneas “IFC” y “REN”.


"Active controller": Tiene la capacidad de transferir mensajes de tipo Command para:


• Establecer los modos de operación “Listener” y “Talker” en los restantes

equipos.

• Enviar los comandos de inicialización y sincronización del bus.
• Supervisar mediante encuesta el status de los equipos.



Cada bus puede tener conectado uno o mas dispositivos capaces de asumir la
función de "active controller", aunque en cada momento, solo uno de esos
equipos puede operar como tal.

En una situación estándar, hay un computa