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。GPIB设备与计算机连接时，需要借助GPIB接口板卡，但这些GPIB接口板卡价格昂贵，给仪器与计算机连接带来不便。在大多数情况下计算机只连接一台GPIB接口仪器，并不需要这些功能复杂价格昂贵的GPIB板卡。面对单台仪器与计算机连接的功能需求，本文设计了一种性价比突出的RS232一GPIB，该控制器利用计算机最常用的RS232接口，控制带有GPIB接口的仪器，在计算机与仪器之间建立数据传输的通道。同时，支持SCPI(Standard Commands for Prognmnnable Instrumentation)指令集，只需在Windows操作系统自带的工具软件超级终端中输入SCPI指令，便可方便地对仪器进行参数设置和读取测试结果。

控制器的设计，旨在连接计算机和带有GPIB接口的测量仪器，并利用计算机的键盘和显示器来操控仪器进行程控测量。本设计中计算机端接口为RS232接口，使用这个串口作为通信工具，编程方便、连接简单可靠，软件则采用Windows操作系统自带的超级终端。因此，可以很方便地完成计算机串口数据的接收和发送，无需自行开发计算机端软件，节省了控制器的开发时间。所设计控制器的核心是单片机，它一端连接计算机RS232串口，一端连接仪器GPIB接口，单片机接收来自计算机超级终端的SCPI指令，并转发给带有GPIB接口的仪器执行。仪器执行完成指令后将执行结果发送给控制器，控制器再将所收到的数据通过RS232串口传递给计算机．在超级终端中显示。

1 硬件设计

单片机是RS232-GPIB控制器的核心，本设计选用ATEML公司的AT89C51单片机。由于89C51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RS232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MAX232芯片进行电平转换，便可直接连接计算机的串行端口(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，不需要其他辅助芯片，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。考虑到成本等因素，本设计选用与TMS9914芯片完全兼容的NAT9914芯片作为GPIB总线接口芯片。NAT9914是一款标准的GPIB控制芯片，可以执行所有GPIB接口功能，具有直接存储器存取(DMA)功能,可编程时钟和波特率，采用CMOS驱动，并兼容TTL电平，因此使用极为方便。同时，选用SN75160作为数据转换器，SN75162作为握手线和控制线转换器，与NAT9914配套使用，连接GPlB接口。

在图l中，采用89C51的PO口连接NAT9914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NAT9914内部寄存器寻址。NAT9914的中断输出连接在89C51的外部中断接口上，采用中断触发的方式管理GPIB接口通信；NAT9914的时钟信号一般采用独立时钟源。本设计中，考虑到控制器的功能仅完成与单台GPIB接口仪器之问的通信，时钟频率的高低对GPIB接口数据传输速度影响基本可以忽略，因此直接使用89C51的ALE信号作为NAT9914时钟信号，这样可以充分利用89C51的片上资源，简化电路,降低硬件成本。

2 软件设计

计算机端软件采用超级终端，用户在超级终端中键入指令语句控制带有GPIB接口的仪器。因SCPI指令集提供一个无缝的控制界面，使其在更换不同公司的同类GPIB设备时，不需要重新设定控制程序，可方便地和不同厂商同类GPIB设备的搡作编程。因此，本设计选取对业界通用的SCPI指令集作为控制指令，以便RS232一GPIB控制器可以和绝大多数GPIB接口仪器配合使用。

本设计中控制器软件采用C51语言编写，编译后烧录在89C51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RS232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RS232串口数据传输。(2)接收NAT9914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，RS232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。

NAT9914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，包括设置ICR寄存器、选择时钟信号频率、设置GPIB延迟时问T1、定义通信结束字符EOS、设置GPIB设备地址(规定地址必须在O～30之间，如果写入更大的地址。则设备仍看作30)。初始化完成后将NAT9914接通GPIB总线。初始化流程如图2所示。

GPIB控制部分的代码以中断方式运行，当NAT9914触发89C51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NAT9914芯片的中断申请，其中断处理程序流程如图3所示。引起NAT9914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。

每次GPIB接口数据接收中，NAT9914接收到第一个字节数据后，即置位寄存器ISR0中的BI位。触发单片机外部中断，单片机进入外部中断处理程序后，读取ISR0寄存器，判断NAT9914触发中断的原因是接收数据事件后，调用接收数据子程序的执行，开始接收来自GPIB仪器的数据。

在主程序中，NAT9914发送完第一个字节数据后．即置位寄存器ISR0中的BO位，触发单片机外部中断。单片机进入外部中断处理程序后，根据BO位判断事件类型为发送数据事件，则调用GPIB数据发送程序，将缓冲区中剩余的数据依次发送到GPIB总线上。

3 运行情况及结果

本文设计的RS232一GPIB控制器已成功用于计算机和泰克TDS210型示波器的GPIB总线连接中。图6是计算机超级终端显示界面的部分截图，其中COMMAND：>为计算机键盘SCPI命令输入提示符，GPIB：>为GPIB连接设备的反馈信息输出提示符，表示后面的信息来自GPIB设备(即泰克TDS210型示波器)。

首先输入的是查询命令．该类命令以‘?’结尾，当示波器收到查询命令后，会立即反馈相关查询信息。ID?命令，查询该示波器的品牌和型号信息，示波器回复相关信息显示在超级终端上；CH1?命令，查询示波器l号通道的设置信息；DATA?命令，查询示波器当前使用通道信息以及采样点数等信息。

接着输入控制命令，示波器收到该命令后，执行相应的操作，但并不将执行结果反馈回来。如：LANG ENGL命令，表示将示波器语言界面改为英文界面；LANGJAPA命令，表示将修改界面为日语界面。

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1 概述

是美国NI公司的一款单芯片、高速、听/讲功能的兼备的GPIB(General purpose interface bus)接口。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ANSI IEEE Standard 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，其内置的16个增强型IEEE 488.1兼容收发器可以直接连接GPIB，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，TMT4882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发出的消息和信号转化成相应的GPIB消息和信号，以使实现GPIB设备和CPU及内存之间的通信。

图1 双芯片模式结构

2 内部结构和外围

2.1 TNT4882的内部结构

TNT4882的内部结构以其工作模式的不同而有所不同。工作模式可分为单芯片模式和双芯片模式两种，而双芯片模式又可分为Turbo+7210模式和Turbo+9914模式。工作模式的选择和转换由寄存器的设置来决定，不同的工作模式决定着FIFO与GPIB的连接方式、寄存器的状态和访问属性。

在双芯片工作模式下，NAT4882相当于μPD7210(Turbo+7210模式)或TMS9914A(Turbo+9914模式)，但功能更加强大。此时的结构及工作过程如图1所示。当前GPIB写数据时，CPU首先将数据写入TNT4882的FIFO里，并由传输状态机将数据从FIFO传至NAT4882电路，再由NAT4882电路将数据传送至GPIB上；而当从GPIB上读数据时，过程则正好相反。

在单芯片工作模式下，FIFO可直接与GPIB相连而不需要传输状态机，其结构如图2所示。此时，TNT4882中寄存器的设置与Turbo+7210模式类似。

由于单芯片模式采用的是最简单且最快速的结构，且是NI公司推荐的TNT4882工作模式，因此，本文主要讨论这种模式。

2.2 外围时钟电路

TNT4882工作时需要40MHz的驱动时钟，产生时钟信号的方法有两种：一是采用40MHz的CMOS晶振，将晶振的输出接至TNT4882的XTALI管脚，并将XTALO管脚悬空；二是采用如图3所示的外围时钟电路。

图2 单芯片模式结构框图 图3 TNT4882外围时钟电路

3 寄存器简介

TNT4882内部寄存器的数量和种类都很多，而且在不同的工作模式下，寄存器的情况又不尽相同。本文只对单芯片模式以及与最基本的GPIB操作有关的一些寄存器进行简要地介绍。

需要注意的是，TNT4882内部的寄存器都是8位的。所以，每个寄存器的控制字也必须是8位。寄存器的地址通常是TNT4882的基地址加上各个寄存器所对应的偏移量。TNT4882的基地址由硬件电路决定，而每个寄存器对应的偏移量则是固定的，其范围从0至0x1F。寄存器有三种类型：只读、只写和读/写。表1列出了一些比较重要的寄存器类型。

表1 TNT4882的部分寄存器

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TNT4882是一种需要软件编程的集成电路。其内部各个寄存器的状态决定或标志着芯片及GPIB的工作状态。在GPIB中，只有通过编程对寄存器进行正确设备，才能实现对GPIB的各种操作。以下是编程的基本思路和注意事项。

4.1 芯片初始化

最典型的初始化程序需完成以下工作：

（1）复位TNT4882器件中的Turbo488电路；

（2）将TNT4882设置成Turbo+7210模式；

（3）将TNT4882设置成模式；

（4）使Local Power-On信号有效；

（5）配置TNT4882以为GPIB操作作准备，其具体任务是设置TNT4882的GPIB地址、设置初始串行轮询响应、设置初始并行轮询响应、清除或设定中断、设置GPIB握手参数等。

（6）清除Local Power-On信号，开始GPIB操作。

上述工作只是编程时考虑实现各种功能的基本原则，设计得可以根据自己的实际需要，对TNT4882进行适当的编程，而没有必要完成每种功能的设置。

4.2 GPIB数据传输

用TNT4882进行GPIB数据传输时，需经历初始化、数据传输和传输终止三个阶段，传输初始化步骤如下：

（1）正确设置TNT4882的地址模式。在GPIB写操作之前，应将TNT4882设置成讲状态；而在GPIB读操作之前，要将TNT4882设置成听状态；

（2）清空FIFO，为数据传输作准备；

（3）向配置寄存器中写入正确的控制字以设定传输参数；

（4）将欲传输字符个数的二进制补码写入计数寄存器；

（5）如果需要的话，可以设置DMA参数并使用DMA方式进行传输；

（6）根据需要，合理设置或清除中断；

（7）向TNT4882发送传输命令。

在传输初始化完成之后，就可以在系统内存和GPIB之间传输数据了。此时，所要考虑的只是如何协调内存和FIFO间的工作，而TNT4882会自动管理FIFO与GPIB间的数据传输。通常可以选择两种传输方式：DMA方式和程序控制方式。若使用DMA方式，则必须在传输初始化时对TNT4882进行正确设定。如果使用程序控制方式，则需设计控制程序来对数据传输进行管理。控制程序的基本流程如图4所示。

当数据传输终止时，还应进行以下几步操作：

（1）向TNT4882发送停止命令；

（2）若使用了DMA方式，还需禁止外部的DMA控制器；

（3）清除所有的中断设置。

5 结束语

使用TNT4882时，除了要求外接一个40MHz的外部时钟以外，几乎不需要其它任何辅助电路，因而大大简化了接口电路的设计和开发。通过笔者的实验证明：TNT4882是一款廉价的、高性能的专用芯片，是GPIB接口设计的理想选择。

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在智能化测量仪器中，每一个仪器装置都具有仪器功能和接口功能。

仪器功能的作用是把收到的控制信息变成仪器设备的实际动作，如调节频率、调节信号电平、改变仪器的工作方式等，这与常规仪器设备的功能相同。为完成这些仪器功能而传递的信息称为仪器信息。

接口功能是指完成各仪器设备之间正确通信、确保系统正常工作的能力，即通过GPIB标准接口实现自动测量与控制所必须的逻辑功能。为完成接口功能而传递的信息称为接口信息。

接口功能包括:遇到机器故障等情况时，向系统“控者”提出服务请求的服务请求功能;系统“控者”为快速查询请求服务装置而设置的并行点名功能;用来选择远地工作状态或本地工作状态的远控本控能力;使装置从总线接收到触发信息，以便进行触发操作的装置触发功能;使仪器装置接收清除信息并返回到初始状态的装置清除功能等。