基于TNT4882的RS485-GPIB转换器设计

2012-03-27梁芳芳李南安

电脑与电信 2012年5期

梁芳芳李南安

（广东工程职业技术学院，广东广州510520）

1.引言

越来越多的测量仪器提供GPIB(General Purpose Intefface Bus)总线接口，通过该总线可以方便快捷地连接带有GPIB接口的仪器及计算机，组成一个GPlB网络。同时在工业控制领域支持485网络的仪器大量存在，为使支持485网络的仪器快速接入到GPIB网络，本文设计了一种性价比突出的RS485一GPIB转换器，该转换器利用计算机最常用的RS485接口，控制带有485接口的仪器，在计算机与仪器之间建立数据传输的通道。

RS485-GPIB转换器的设计，旨在使带有485接口的测量仪器，接入到GPIB网络中，并利用计算机的键盘和显示器来操控仪器进行程控测量。本设计中仪器端接口为RS485接口，所设计转换器的核心是单片机，它一端连接仪器仪表的RS485串口，一端连接GPIB网络接口，单片机接收来自计算机GPIB网络的指令，并转发给带有RS485接口的仪器执行。仪器执行完成指令后将执行结果发送给仪器，仪器再将所收到的数据通过GPIB接口传递给计算机，在主控制程序中显示。

2.硬件设计

单片机是RS485-GPIB控制器的核心，本设计选用winbond公司的w77c032A单片机。由于w77c032A应用领域广泛，拥有丰富的片上资源和总线式I/O口，支持高级语言编程，内部集成了符合RS485数据规范的异步串行控制单元。因此，使用Tx和Rx串行接口线与外部串行传输数据，只需在单片机外部使用SP485芯片进行电平转换，便可直接连接仪器仪表的串行端口(COM)。控制器的硬件结构如图1所示，其中，GPIB接口控制电路是控制器硬件设计的重点。

需要指出的是：使用智能化的GPIB接口芯片，可以大大简化GPIB接口电路的设计。目前最常用的芯片有两种，一种以美国国家仪器公司生产的TNT4882芯片为代表，将所有接口功能集成在芯片上，完全由硬件完成接口功能，不需要其它辅助芯片，并且直接连接GPIB总线；另一种是以美国德州仪器公司生产的TMS9914芯片为代表，依靠软件编程来完成GPIB接口功能，由接口芯片SN75160和SN75161进行电平转换后连接GPIB总线。这二种芯片的比较如表l所示。考虑到硬件可靠性，结构简单等因素，本设计选用以美国国家仪器公司生产的TNT4882芯片作为GPIB总线接口芯片。TNT4882是美国NI公司的一款单芯片、高速听/讲功能兼备的GPIB(General purpose interface bus)接口专用芯片。它内部集成了Turbo488(高速传输电路)以及NAT4882(IEEE488.2兼容电路)，并拥有诸多新的特性，能够兼容ANSIIEEEStandard 488.1和ANSI IEEE Standard 488.2规范，因而可以为GPIB系统提供一套完整的解决方案。为了达到更高的传输速率，TNT4882采用了单芯片FIFO缓存电路设计其内置的16个增强型IEEE 488.1兼容收发器，可以直接连接GPIB总线，以实现HS488传输模式(一种新的GPIB高速传输模式)。在兼容性方面，它与以往使用的μPD7210、TMS9914A中的寄存器设置完全兼容，用户可以将以前所用的代码直接移植到TNT4882上。同时，它所包含的Turbo488电路及其诸多新特性也可以在一定程度上减少软件的开销。另外，TNT4882还具有灵活的CPU接口，可以方便地连接各种16位或8位微处理器，并将CPU发出的消息GPIB设备和CPU及内存之间的通信。

图1 转换器硬件结构框图

在图l中，采用w77c032的PO口连接tnt4882的数据接口，作为数据总线和GPIB进行双向数据交换；Pl的I/O口作为地址总线，对tnt4882内部寄存器寻址。tnt4882的中断输出连接在w77c032的外部中断接口上，采用中断触发的方式管理GPIB接口通信；tnt4882的时钟信号采用独立时钟源。

表1 GPIB常用接口芯片

3.软件设计

计算机端软件采用PCI-GPIB接口驱动自带的软件。本设计中转换器软件采用C51语言编写，编译后烧录在W77C032A单片机中运行。软件框架采用主程序加中断调用方式.以提高功能模块的内聚性。软件功能分为RS485串口通信程序和GPIB接口通信程序两部分，分别和两个中断相关：(1)串行通信中断。该中断负责RS485串口数据传输。(2)接收TNT4882中断信号的外部中断。该中断处理来自GPIB接口数据通信的各种事件。主程序在完成全部初始化后进入死循环状态，等待这两个中断的发生。其中，RS485串口数据发送在主程序中执行，而串口数据接收由串口中断处理程序完成。串口通信程序较为简单，这里主要给出GPIB通信程序结构。

TNT4882芯片开始工作之前需要对其进行初始化，这部分代码作为主程序中初始化程序的一部分运行，包括以下内容：(l)复位TNT4882中的Turbo488电路；(2)将TNT4882设置成Turbo+7210模式；(3)将TNT4882设置成单芯片模式；(4)使LocalPoer一On信号有效；(5)配置TNT4882，为GPIB操作作准备；(6)设置TNT4882的GPIB地址；(7)设置初始连续轮询响应；(8)设置初始并行轮询响应；(9)清除或设定中断；(10)设置GPIB握手参数；(11)清除localpower-on信号，开始GPIB操作。初始化流程如图2所示。

图2 TNT4882芯片初始化

GPIB控制部分的代码以中断方式运行，当TNT4882触发W 77C032A芯片的外部中断时，单片机中止正常工作，将现场数据压入堆栈保护，并调用外部中断处理函数，响应TNT4882芯片的中断申请，其中断处理程序流程如图3所示。引起TNT4882向单片机发出中断信号的事件主要有四种：发送数据事件、接收数据事件、接收GET命令事件和接收DCAS命令事件。中断频繁时会影响主程序运行效率，但考虑到所设计的转换器功能单一，主程序基本处于空转状态，四种事件的处理都在中断程序中完成，因此，对主程序运行影响不大。GPIB接收数据和发送数据流程如图4和图5所示。