基于GPIB的光纤收发器系统的设计与实现

2009-02-01孙坚

数字技术与应用 2009年12期

孙坚

[摘要]对光纤收发器及GPIB概念和应用理论进行了概述,重点对对基于NAT9914芯片的GPIB接口的实现及其软硬件设计进行了探讨。给出了具体GPIB的硬件设计图,对光纤收发器的光电转换模块进行了选择,同时对GPIB的软件设计进行了简要探讨。通过后续的实物实验,得到了该光纤收发器设计上的合理性与有效性结论。

[关键词]光纤收发器 GPIB 系统设计仿真实验

[中图分类号]TP368[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2009)12-0022-02

1 引言

GPIB接口是目前最常用、最成熟的职能仪器接口。本文基于GPIB的光纤收发器系统的设计及实现,重点对基于NAT9914芯片的GPIB接口的实现及其软硬件设计进行了探讨。通过最后的实验对我们的设计进行了验证,证明本设计完全符合高可靠性的要求。

2 光纤收发模块及GPIB接口原理

GPIB是一个数字化的24脚并行总线,由16条信号线和8条地线组成。GPIB使用8位并行,字节串行,异步通讯方式。也就是说,所有字节都是通过总线顺序传送,传送速度由最慢部分决定。由于GPIB的数据单位是字节(8位),数据一般以ASCII码字符串方式传送。GPIB系统的器件有控者,讲者和听者三种属性。实际器件属性具有其中的一种,两种或三种。由于GPIB系统中各器件的工作速度可能相差悬殊,为了保证多线消息能双向,异步,准确可靠地传递,GPIB母线中设置了DAV(DATA VALID)数据有效线、NRFD(NOT READY FOR DATA)未准备好接收数据线、NDAC(NO DATA ACCEPTED)未准备好接收数据线三条握手线。三线握手方式是十分可靠的。

3 基于GPIB接口的光纤收发器系统设计

光纤收发器系统的设计中首先要做的事情就是对于元器件的选择,光电介质转换芯片是整个收发器的核心,直接决定了光纤收发器的功能特性、价格、档次及其它元器件的选择,选择OEMC是光纤收发器设计的第一步,也是最重要的一步。

基于GPIB接口的光纤收发器设计主要包括基于NAT9914的读、写时序设计、GPIB接口协议的实现及GPIB母线的的驱动匹配三个部分。GPIB协议的实现采用芯片NAT9914来实现,该芯片是NI公司设计的高性能CMOS的GPIB接口芯片,能够将GPIB母线上的信号按照GPIB协议进行解码和译码转换为用户可用的格式,同时将用户发过来控制GPIB的信号进行处理,按照协议要求发送到GPIB母线上,芯片具有IEEE-488标准。

在接口电路的硬件设计中。NA T9914APD 接在微处理器与总线收发器之间充当接口系统和仪器两者之间的适配器,SN75160SN 为数据总线收发器, SN75162BN 为控制总线收发器。其接口电路框图如图1所示。

从上图可以看出,D0-D7为八条数据线, 其上携载ASCII 码的接口消息与设备消息并直接与单片机的数据总线相连。由于GPIB总线采用负逻辑, 因此D0-D7的数据线分别对应于单片机的P017- P010 位。 RS2-RS0为NA T9914的寄存器选择端,这三条线通过74LS373与89C51 的低位地址线相连,并与读写操作线配合使用,以选择需要操作的寄存器。若RS2=RS1=RS0=0, /WE = 0,DBIN = 0,则表示IMR0被选中, 微处理器就可以对IMR0进行写操作。图中P217与NAT9914 的片选端/CS相连,P216经与非门与74LS245相连。P217=0,P216=0时选通NAT9914;P217=1,P216 =1时,选通地址设定电路。INT为中断请求线,直接与89C51的中断端相连, 使NAT9914 可以通过中断方式实现接口功能。当能够引起中断的事件出现并且该事件又未被屏蔽时, NAT9914的/INT线进入作用状态,微处理器接收到中断申请后,立即转向接口管理程序。

4 系统测试与分析

本基于GPIB的光纤收发器系统的设计是以测试系统的搭建为目的,因此设计的是否合理需要具体的实验进行测试。我们采用Netxray软件作为测试的基础环境。具体测试方法为将两条光纤收发器分别与两台计算机的网卡通过双绞线相连,并在光纤收发器上接5V电源。在网络连通的情况下,从一台电脑向另一台电脑发送数据较大的文件。观测其文件传输效能。