基于GPIB的光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

孫 堅

[摘 要]對光纖收發(fā)器及GPIB概念和應用理論進行了概述,重點對對基于NAT9914芯片的GPIB接口的實現(xiàn)及其軟硬件設計進行了探討。給出了具體GPIB的硬件設計圖,對光纖收發(fā)器的光電轉(zhuǎn)換模塊進行了選擇,同時對GPIB的軟件設計進行了簡要探討。通過后續(xù)的實物實驗,得到了該光纖收發(fā)器設計上的合理性與有效性結(jié)論。

[關鍵詞]光纖收發(fā)器 GPIB 系統(tǒng)設計 仿真實驗

[中圖分類號]TP368[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)12-0022-02

1 引言

GPIB接口是目前最常用、最成熟的職能儀器接口。本文基于GPIB的光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計及實現(xiàn),重點對基于NAT9914芯片的GPIB接口的實現(xiàn)及其軟硬件設計進行了探討。通過最后的實驗對我們的設計進行了驗證,證明本設計完全符合高可靠性的要求。

2 光纖收發(fā)模塊及GPIB接口原理

GPIB是一個數(shù)字化的24腳并行總線,由16條信號線和8條地線組成。GPIB使用8位并行,字節(jié)串行,異步通訊方式。也就是說,所有字節(jié)都是通過總線順序傳送,傳送速度由最慢部分決定。由于GPIB的數(shù)據(jù)單位是字節(jié)(8位),數(shù)據(jù)一般以ASCII碼字符串方式傳送。GPIB系統(tǒng)的器件有控者,講者和聽者三種屬性。實際器件屬性具有其中的一種,兩種或三種。由于GPIB系統(tǒng)中各器件的工作速度可能相差懸殊,為了保證多線消息能雙向,異步,準確可靠地傳遞,GPIB母線中設置了DAV(DATA VALID)數(shù)據(jù)有效線、NRFD(NOT READY FOR DATA)未準備好接收數(shù)據(jù)線、NDAC(NO DATA ACCEPTED)未準備好接收數(shù)據(jù)線三條握手線。三線握手方式是十分可靠的。

3 基于GPIB接口的光纖收發(fā)器系統(tǒng)設計

光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計中首先要做的事情就是對于元器件的選擇,光電介質(zhì)轉(zhuǎn)換芯片是整個收發(fā)器的核心,直接決定了光纖收發(fā)器的功能特性、價格、檔次及其它元器件的選擇,選擇OEMC是光纖收發(fā)器設計的第一步,也是最重要的一步。

基于GPIB接口的光纖收發(fā)器設計主要包括基于NAT9914的讀、寫時序設計、GPIB接口協(xié)議的實現(xiàn)及GPIB母線的的驅(qū)動匹配三個部分。GPIB協(xié)議的實現(xiàn)采用芯片NAT9914來實現(xiàn),該芯片是NI公司設計的高性能CMOS的GPIB接口芯片,能夠?qū)PIB母線上的信號按照GPIB協(xié)議進行解碼和譯碼轉(zhuǎn)換為用戶可用的格式,同時將用戶發(fā)過來控制GPIB的信號進行處理,按照協(xié)議要求發(fā)送到GPIB母線上,芯片具有IEEE-488標準。

在接口電路的硬件設計中。NA T9914APD 接在微處理器與總線收發(fā)器之間充當接口系統(tǒng)和儀器兩者之間的適配器,SN75160SN 為數(shù)據(jù)總線收發(fā)器, SN75162BN 為控制總線收發(fā)器。其接口電路框圖如圖1所示。

從上圖可以看出,D0-D7為八條數(shù)據(jù)線, 其上攜載ASCII 碼的接口消息與設備消息并直接與單片機的數(shù)據(jù)總線相連。由于GPIB總線采用負邏輯, 因此D0-D7的數(shù)據(jù)線分別對應于單片機的P017- P010 位。 RS2-RS0為NA T9914的寄存器選擇端,這三條線通過74LS373與89C51 的低位地址線相連,并與讀寫操作線配合使用,以選擇需要操作的寄存器。若RS2=RS1=RS0=0, /WE = 0,DBIN = 0,則表示IMR0被選中, 微處理器就可以對IMR0進行寫操作。圖中P217與NAT9914 的片選端/CS相連,P216經(jīng)與非門與74LS245相連。P217=0,P216=0時選通NAT9914;P217=1,P216 =1時,選通地址設定電路。INT為中斷請求線,直接與89C51的中斷端相連, 使NAT9914 可以通過中斷方式實現(xiàn)接口功能。當能夠引起中斷的事件出現(xiàn)并且該事件又未被屏蔽時, NAT9914的/INT線進入作用狀態(tài),微處理器接收到中斷申請后,立即轉(zhuǎn)向接口管理程序。

4 系統(tǒng)測試與分析

本基于GPIB的光纖收發(fā)器系統(tǒng)的設計是以測試系統(tǒng)的搭建為目的,因此設計的是否合理需要具體的實驗進行測試。我們采用Netxray軟件作為測試的基礎環(huán)境。具體測試方法為將兩條光纖收發(fā)器分別與兩臺計算機的網(wǎng)卡通過雙絞線相連,并在光纖收發(fā)器上接5V電源。在網(wǎng)絡連通的情況下,從一臺電腦向另一臺電腦發(fā)送數(shù)據(jù)較大的文件。觀測其文件傳輸效能。

從我們的簡單測試得到了一系列數(shù)據(jù),其中文件傳輸?shù)姆逯邓俾蕿?200Bytes/s,平均速率為2600 Bytes/s。從這一的數(shù)據(jù)可以看出我們所設計的基于GPIB的光纖收發(fā)器系統(tǒng)工作性能良好,本設計方法是有效的。

5 結(jié)語

本文以基于GPIB的光纖收發(fā)器系統(tǒng)為主要設計內(nèi)容,通過對于光纖收發(fā)器的元件選擇及GPIB接口電路的軟硬件設計完成了本光纖收發(fā)器的設計。最后通過簡單的測試證明了本設計的合理性與先進性。本文所述方法具有一般性實際意義,具有一定的推廣價值。

[參考文獻]

[1] NAT9914 Reference Manual National Inst rument s Crop,J une 1995 Edition Part Number 320775-01.

[2]耿曉玲,田小建,艾寶麗.應用NAT9914設計GPIB接口板的方法[J].自動化與儀器儀表,2006(2):17-20.