BARRAMENTO DE INSTRUMENTAÇÃO INSTRUMENTAÇÃO IEEE 488 (GPIB) Gustavo Godoy de Lima Barramento de Instrumentação IEEE 488 (GPIB) Departamento de Engenharia Elétrica - Universidade Federal do Espírito Santo Vitória - ES – BRASIL
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Resumo – Este Este artig artigo o apres apresen enta ta uma uma visão geral sobre o barramento de inst instru rume menta ntaçã ção o GPIB GPIB tenta tentand ndo o most mostra rarr seu seu funcionamento tanto no nível de software como de hardware.
I – INTRODUÇÃO O padrão IEEE 488.1, também conhecido por GPIB (General Purpose Interface Bus), s), des descrev crevee um padrã adrão o de inte interf rfac acee de comunicação entre equipamentos e cont contro rola lado dores res de dife diferen rente tess fabric fabrican ante tes. s. O mesmo contém informação acerca de espe especi cifi fica caçõ ções es elét elétri rica cass, mecâ mecâni nica cass e de funcionamento da interface.
1.1 – HISTÓRICO O barrame barramento nto GPIB GPIB foi invent inventado ado pela pela Hewlett-Packard Corporation em 1974, com o objetivo de simplificar as comunicações entre equipamentos de medida e computadores. Nessa altura altura,, os comput computado adores res não possuí possuíam am portas portas padrões padrões de ligação. ligação. Por outro lado, apenas um núme número ro muit muito o restri restrito to de equi equipa pame ment ntos os de medida apresentava conectores com linhas de saída BCD paralelas, para ligação a impressoras ou plotters. O contro controle le remoto remoto dos dos equipam equipament entos os estava limitado a um pequeno número de linhas de entra trada num con conecto ctor, existente ente na retaguarda dos mesmos, permitindo a seleção de um número reduzido de funções ou gamas de medida. Como tal, uma interface especial com o comput computado adorr teria teria que ser desenv desenvolv olvido ido para para cada cada equi equipa pame ment nto, o, pres presen ente te na mont montag agem em experimental. Tal implicava geralmente meses de trabalh trabalho, o, mesmo mesmo para para os sistema sistemass menos menos complexos. Um novo barramento, barramento, HP-IB (Hewlett(HewlettPackard Packard Instrument Instrument Bus) passaria a utilizar utilizar um cabo padrão de modo a interligar vários
equipamentos de medida ao computador. Cada equi equipa pame ment nto o teri teriaa a sua sua próp própri riaa inte interf rfac acee eletrônica e um conjunto padrão de respostas a comand comandos os vindos vindos do comput computado adorr. O sistema sistema seria facilmente expansível, ligando múltiplos equipamento equipamentoss através de conectores conectores especiais especiais (cab (cabos os pigg piggy yback back). ). O núme número ro máxi máximo mo de equi equipa pame ment ntos os ligad ligados os dest destaa mane maneira ira esta estava va limitado a 14 e o comprimento do cabo a 20 metros. O barr barram amen ento to HP-I HP-IB B foi foi prop propos osto to às orga organi niza zaçõ ções es inte intern rnac acio iona nais is de padr padrõe õess em 1974, sendo adotado pelo comitê IEC na Europa em 1975 1975.. Devi Devido do a obje objeçõ ções es levan levanta tada dass nos nos EUA por outra grande companhia sobre o nome do barramento, foi criado o novo nome: General Purpose Instrument Bus (GPIB). O barramento GPIB foi formalmente adotado como IEEE 488, em 1978.
1.2 – NORMAS O barrame barramento nto GPIB é descrit descrito o por três normas: IEEE 488.1 que define os aspectos mecânicos e elétricos IEEE 488.2 que trata de relatório de status, comandos padrões e formato de dados. SCPI que define um grupo de comandos de fácil compreensão para todos os equipamentos. •
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II – IEEE 488.1: I NTERFACE DIGITAL PADRÃO PARA
EQUIPAMENTOS PROGRAMÁVEIS
2.1 – ASPECTOS FUNCIONAIS Existem Existem três tipos tipos de dispos dispositiv itivos os que pod podem em ser ser ligad ligados os ao barr barrame ament nto o IEEE IEEE 488 488 GPIB: os talkers, os listeners e os controladores. Um talke talkerr envi enviaa mens mensag agen enss de dado dadoss para para o
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barram barrament ento. o. Por seu lado, lado, um listene listenerr recebe recebe mensagens de dados do barramento. O controlador, geralmente o computador, controla as ligações de comunicação e envia comandos GPIB para os diferentes dispositivos. Alguns dispositivos podem desempenhar mais mais do que que uma uma funç função ão.. Por Por exem exempl plo, o, um analis analisado adorr de espectr espectro o pode pode desemp desempenh enhar ar as funções de listener e talker.
2.2 – LINHAS Em termos físicos, o GPIB é composto por por 16 linha linhass (lógi (lógica ca TTL TTL negat negativ iva). a). Esta Estass linhas correspondem às linhas de dados, linhas de handsh handshake ake e linhas linhas de gestão gestão da interfac interface, e, como visto na figura 1.
2.2.1 – L INHAS DE DADOS Oito Oito linh linhas as do barr barram amen ento to GPIB GPIB são são linh linhas as de dado dadoss bidi bidirec recio iona nais is,, DIO DIO 1-8. 1-8. As linhas de dados são res responsáveis pela transfer ferência cia de dados e mensagens de comandos GPIB.
2.2.2 – L INHAS DE HANDSHAKE
2.2.3 – L INHAS DE GESTÃO DA INTERFACE GPIB As cinco cinco linhas linhas de gestão gestão do hardwa hardware re fazem a gestão do fluxo de informação através do barr barram amen ento to.. A descr escriç ição ão desta estass linh linhas as utili ilizad zadas no controle role de operaçõ rações es do barramento, é a seguinte: ATN (Att (Atten enti tion on)) – Enqu Enquan anto to o controlador envia mensagens de interface ou endereços de dispositivos, o ATN deve estar no estado estado verdad verdadeiro eiro.. ATN é coloca colocado do no esta estado do fals falso o quan quando do o barr barram amen ento to está está transmitindo dados; Marcaa o EOI (End (End Or Ident Identify ify)) – Marc últi último mo cara caract cter eree da mens ensagem agem ou, ou, em conj conju unto nto com com o sin sinal ATN, TN, de modo modo a realizar uma operação de parallel poll. IFC (Interface Clear) – O controlador de sistema ativa a linha IFC para “desendereçar” todos dispositivos iniciando, assim, o barramento; REN (Re (Remote mote Enabl nablee) – Usado conjuntamente com mensagens da interface ou endereços de dispositivos, para comutar os instrumentos em modo de controle remoto ou local; SRQ (Serv (Service ice Reque Request) st) – Qualq Qualque uer r dispositivo pode ativar essa linha de modo a requisitar, em modo assíncrono, a atenção do controlador •
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Três Três linhas de handshake handshake controlam em modo modo assínc assíncron rono, o, a transfe transferên rência cia de bytes bytes de mensag mensagens ens entre entre dispos dispositiv itivos os.. O proces processo so de handshake garante que os diferentes dispositivos enviem e recebem mensagens, nas linhas de dados, sem erros de transmissão. As linhas de handshake são assim respon responsáv sáveis eis pela pela transf transferên erência cia de dados dados do apar aparel elho ho de escr escrit itaa (tal (talke ker) r) para para todo todoss os dispositiv dispositivos os endereçados endereçados no estado de leitura (lis (liste tene ners rs). ). O talk talker er cont contro rola la a linh linhaa DAV, enquan enquanto to que os listene listeners rs contro controlam lam as linhas linhas NDAC e NRFD: NRFD NRFD (Not (Not Read Readyy Fo Forr Data Data)) - O disp dispos osit itiv ivo o em modo modo list listen ener er está está (ou (ou não) não) preparado preparado para receber um byte de mensagem. Também usado pelo talker para sinalizar sinalizar modo de transferência GPIB HS-488; NDAC NDAC (Not (Not Data Data Acce Accept pted ed)) - O •
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III – IEEE 488.2: P ROTOCOLOS E COMANDOS Disp Dispos ositi itivo voss com cone conexão xão GPIB GPIB são são usualmente conectados com um cabo condutor blindado de 24 pinos com conexão receptáculo e tomad tomadaa (amba (ambas) s) no fim. fim. Você ocê pode pode liga ligar r dispositiv dispositivos os em um ou outro uma configuração configuração linear linear,, uma uma config configura uração ção de estrela estrela,, ou uma combinação de ambos como mostrado na figura abaixo.
Figura 2 O cone conecto ctorr padr padrão ão é o Amph Amphen enol ol ou Cinc Cinch h Série rie 57 MICRORIBBON ou tipo AMP CHAMP. Para aplica icaçõe ções especiai ciaiss de interconexão, um cabo de adaptador com cabo não padronizado e/ou conectores são utilizado. O GPIB usa lógica negativa com níveis padrões TTL.
PARA
USAR O IEEE 488.1
O conce conceit ito o GPIB GPIB expr expres esso so no padr padrão ão IEEE IEEE 488, 488, torn torno ou muita uita fáci fácill a tare tarefa fa de conectar fisicamente diferentes dispositivos. No enta entant nto, o, não não perm permit itee aos aos progr rogram amad ador ores es comu comuni nica carr, de form formaa fáci fácil, l, com com os vári vários os equipamentos. Alguns fabricantes de instrumentaç instrumentação ão de medida medida identificam identificam o fim da resposta dos seus dispositivos recorrendo a um Carriage Return (CR), outros com uma seqüência Carriage Return - Linefeed CR-LF ou apenas um LF. Regr Regraa gera geral, l, os nome nomess de coma comand ndos os,, sistema de numeração e codificação dependiam de cada ada fabrica icante. Numa tentati ativa de uniformização, a Tektronix propôs um conjunto de padrões em 1985. Este conjunto de propostas cons constit titui ui a base base para para o padr padrão ão IEEE IEEE 488. 488.2, 2, adot adotad ado o em 1987 1987.. Em simul simultân tâneo eo,, o padr padrão ão orig riginal inal foi foi red redesen esenha hado do pas passand sando o a ser conhecido como 488.1. O novo novo padrão padrão IEEE-4 IEEE-488. 88.2 2 estabel estabelece ece formatos padrões para as mensagens de dispositivos, um conjunto de comandos comuns, um padrão para a estrutura de relatório de status bem bem como como para para prot protoc ocol olos os do cont contro rolad lador or.. Desta esta form formaa foi foi unif unific icad ado o o con contro trole de equi equipa pame ment ntos os de medi medida da,, fabr fabric icad ados os pela pela maioria dos construtores. O form format ato o padr padrão ão para para as mens mensag agen enss enviadas termina com um LF e/ou declarando EOI (end or identify) no último caractere da strin ring. Múltiplo iploss comandos, na mesma mensag mensagem, em, são separa separados dos através através de ponto ponto e vírgula. Como formato base para as respostas numéricas, foi utilizado dados de ponto fixado.
3.1 – P ROTOCOLOS Protocolos são rotinas de alto nível que comb combin inam am um núm número ero de seqüê eqüên ncias cias de cont contro role le para para dese desemp mpen enha harr oper operaç açõe õess de sistema sistema de teste teste comuns comuns.. IEEE IEEE 488.2 488.2 define define dois protocolos obrigatórios e seis protocolos opcionais. Esses protocolos reduzem o tempo de
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protocolo do FINDLSTN aproveita a capacidade do Controlador de monitorar linhas de barra arrame men nto para ara loca locali liza zarr escu escuta tan ndo disp dispos ositi itivo voss no barra barrame ment nto. o. O Cont Contro rolad lador or impl implem emen enta ta o prot proto ocolo colo do FIN FINDLS DLSTN emitind emitindo o um endereç endereço o de escuta escuta particu particular lar e então monitorando a linha do NDAC handshake par paraa dete determ rmin inar ar se um disp dispos osit itiv ivo o exis existe te naquele endereço. O resultado do protocolo do FINDLSTN é uma lista de endereços para todos os disp dispos ositi itivo voss loca localiz lizad ados os.. O prot protoc ocol olo o do FIND FINDRQ RQS S é um meca mecani nism smo o efic eficie ient ntee para para local localiza izarr disp dispos osit itiv ivos os que que estão estão soli solicit citan ando do serviço.
depoi epoiss o Contr ontro olad lador end endereç ereçaa todo todoss os Listeners. Se o Listener suportar HS488, então o transfere-se usando o HS488 handshake (Figura 5). Uma Vez Vez esteja o HS488 habilitado, o Talker Talker coloca um byte nas linhas de dados espera por um tempo, afirma DAV, espera mais um tempo, nega DAV, e dirige o próximo byte de dados nas linh linhas as de dado dados. s. O List Listen ener er guard guardaa NDAC NDAC negado e deve aceitar o byte dentro do tempo especificado.
3.2 – H ANDSHAKING O Handshaking é o processo pelo qual os dados são transferidos transferidos assincroname assincronamente nte de forma forma contro controlada lada.. Atravé Atravéss desse desse proces processo, so, as perdas de dados são mínimas.
3.2.1 – IEEE 488 Handshake Nesse processo o Talker afirma o a linha DAV e espera o Listener afirmar a linha NFRD. Após Após esse esse proc proces esso so inic inicia ial, l, os dado dadoss são são tran transm smit itid idos os.. O proc proces esso so term termin inaa após após o List Listen ener er receb receber er um EOI EOI e nega negarr o NDAC NDAC.. Todo o processo pode ser visualizado na figura 4.
Figura 4 3.2.2 – HS488 Handshake
Figura 5 IV – SCPI: C OMANDO PADRÃO PARA EQUIPAMENTOS PROGRAMÁVEIS Em Abril 1990, um grupo de fabricantes de instru instrumen mento to anunci anunciou ou a especif especificaç icação ão do SCPI, que define um grupo de comandos para instrumentos programáveis. Ante Antess do SCPI, CPI, cada cada fabr fabric ican ante te de instrumento desenvolvia seu próprio grupo de comandos para seus equipamentos prog programá ramávei veis. s. Nessa Nessa falta falta de padron padronizaç ização, ão, desenvolvedores de sistema de teste tinham que aprender um número de comandos enorme para equipamentos específicos. Por defini definirr uma progra programaç mação ão padrão padrão,, SCPI SCPI decresc decrescee tempo tempo de desenv desenvolv olvime imento nto e aumenta a capacidade para trocar instrumentos. SCPI é um completo, além de extens extensíve ível, l, padrão padrão que unifica unifica comand comandos os de prog programa ramação ção para para equipam equipament entos. os. A primei primeira ra versão do padrão foi liberada em meados de 1990. Hoje, o Consórcio do SCPI continua a
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pro progr gram amaç ação ão que que pode podem m ser ser usad usados os com com qualq ualqu uer tip tipo de hard ardware are ou de lin link de comunicação. SCPI SCPI espe especif cific icaa regras regras padr padron oniza izada dass para abreviar palavras-chave palavras-chave de comando comando e usa o protocolo de controle de trocas para formatar comandos e parâmetros. SCPI SCPI oferece oferece vantag vantagens ens numero numerosas sas ao engenheiro de teste. Uma destas é a que o SCPI fornece um conjunto compreensivo de funções de progra programaç mação ão cobrin cobrindo do todas todas as princi principai paiss funç funçõe õess de um inst instru rume ment nto. o. Este Este conj conjun unto to padro padroniz nizado ado de comand comandos os assegu assegura ra um mais mais alto grau de comunicação entre equipamentos e mini minimi miza za o esfo esforç rço o envo envolv lvid ido o em proj projeta etar r novos sistemas de teste.
Figura 6 - Modelo de Equipamento SCPI V – CONCLUSÃO O padrão IEEE 488, também conhecido como como GPIB GPIB,, vem vem most mostra rand ndoo-se se a melh melhor or alternativa quando se trata de transferência de dado dadoss entre entre equi equipam pamen ento toss prog program ramáv áveis eis de medição, pois reduz a quantidade de protocolos, formatos de dados e comandos usados na área de instrumentação. O uso uso de apen apenas as três três padr padrõe õess (IEE (IEEE E 488.1, IEEE 488.2 e SCPI) torna o GPIB um pad padrã rão o bem bem estr estru utura turado do e fáci fácill de cria criar r aplicativos.
VI – R EFERÊNCIAS EFERÊNCIAS [1] ANSI/IEEE 488.1-1987, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation. [2] ANSI/IEEE 488.2-1992, IEEE Codes, Formats, Protocols, and Common Commands, and Standard
[6] GPIB Discussions http://www.inesinc.com/gpibinfo.htm.. http://www.inesinc.com/gpibinfo.htm [7] Hewlett-Packard, Tutorial Description of the HewlettPackard Interface Bus Hewlett-Packard, Nov. 1987. [8] NI-488.2MTM User Manual for Windows 95 and Windows NT, NT, National Instruments, Inc., Austin, TX, 1996. [9] IEEE Std 488.2-1992, IEEE Standard Codes, Formats, Protocols, and Common Commands for Use with IEEE Std 4881.-1987, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation, Institute of Electrical and Electronics Engineers, New York, NY, 1992. [10] Instrument Communication Handbook, IOTech, Inc., Cleveland, OH, 1991. [11] Instrumentation for Enginnnering Measuments, 2 Edição, Jmaes W. Dallly, William F. Riley e Kenneth G. Mc.Connell, Jonh Wiley & Sons, Inc. New York, York, 1993. [12] Process Control Instrumentation Technology, Technology, 4 Edição, Curtis Jonhson, Prentice Hall Career & Technology, New Jersey, 1993.
