发布于：2007/4/26 8:52:26 | 713 次阅读
单片机数据采集系统，由于具有体积小、实时性好、编程灵活等优点，在仪器仪表、自动测试及工业控制等领域中得到越来越广泛的应用。同时单个单片机系统接口的标准化设计也显得越来越重要，为了能够充分利用微机的软、硬件资源，带有与微机通信接口的单片机系统已经成为一种发展趋势。IEEE-488总线是国际公认的通用标准接口总线，当仪器配备了IEEE-488标准总线后，就可像搭积木一样任意组成所要求的测试系统。本文介绍了使用IEEE-488总线实现8031单片机数据采集系统与PC机通信的硬件构成原理及软件设计。
1 IEEE-488总线简介
仪器设备接口的标准化，最早是由美国惠普（HP）公司倡导实施的，叫做HP-IB，由于其良好的接口性能，很快得到广泛应用，被美国电气与电子工程师学会命名为IEEE-488，并得到国际电工委员会的认可，同时颁布了相应的标准IEC625。在英国、日本、俄罗斯则称为GP-IB，我国已制定了相应的国家标准（GB249.1-249.2）,虽然有多种叫法，但实质上除了机械标准方面欧美有所不同外，其余完全相同。使用该总线可以把世界上不同国家、不同厂家生产的仪器设备有效地连接起来。这样组成的系统方便灵活，功能强，适应性好，不仅大大降低了组建系统的成本，提高了效率，而且使每台仪器的功能和作用获得充分发挥，极大地提高了它们的使用价值。
IEEE-488总线是并行无源双向传输总线。其中有8根数据总线，3根挂钩总线和5根管理总线。
数据总线：DIO0～DIO7，它们是可以输入也可以输出的双向总线，用于发布地址、指令等多线消息，传递数据。
管理总线：ATN（ATTENTION，注意）线；IFC（INTERFACE CLEAR，接口清除）线；REN（REMOTE ENABLE，远控使能）线；SRQ（SERVICE REQUEST，服务请求）线；EOI（END OR IDENTIFY，结束或识别）线。
挂钩总线：DAV（DATA VALID，数据有效）线；NRFD（NOT READY FOR DATA，未准备好接收数据）线；NDAC（NOT DATA ACCEPTED，未接收到数据）线。
利用这三条线进行挂钩控制消息和数据的传递，确保信息传送的准确无误。
IEEE-488总线最多可同时挂接15台设备，不同的设备需分配不同的地址；要求传输电缆总长小于20 m，数据传输速率可达1 MB/s。当系统工作时，总线上的不同设备承担不同的任务，从逻辑功能上分为：控者、讲者、听者。
控者：可以设定挂接在总线上的设备的地址，设定讲者、听者，向它们发送命令，PC机则是典型的控者。
讲者：向系统中其他设备发送测量数据、状态数据等器件消息；一个系统中允许有多个讲者，但同一时刻只能有一个。
听者：可以接收数据的设备。
听者、讲者都要由控者来任命。一台设备可以同时具备上述三种功能中的一种、两种或三种。比如：当控者PC机任命信号源为听者，则可发送程控数据，规定它输出的信号的波形、频率、幅值；当PC机任命自己为听者，任命万用表为讲者，PC机就可以接收万用表的状态数据和测量数据。
2 硬件构成原理
该通信系统硬件采用模块化结构，其原理如图1所示。它主要由8031单片机数据采集系统，单片机IEEE-488总线接口，MS-2105A型 IEEE-488总线接口板（直接插入PC机总线扩展槽中）及PC机组成。
图1 系统结构框图
其中单片机系统的IEEE-488总线接口是用标准接口专用集成电路，即由Intel公司的8291总线收发器，8293总线驱动器构成，如图2所示。其中8291内部有16个寄存器（8个读寄存器和8个写寄存器）。它们由微处理器通过CS、RD、WR和RS0～RS2引脚寻址。
图2 8031与IEEE-488总线的接口电路
D0～D7：数据总线与8031数据总线P0口相连；RS0～RS2：选择寄存器进行读写操作。CS为片选端，低电平有效，连接至P2.5,地址从DFF0H到DFF7H。RD，WR分别控制对读、写寄存器进行操作。INT连接到8031的INT1，为高电平时表示有中断请求，因与8031的中断极性相反，所以需在程序中颠倒极性。
PC机IEEE-488总线接口板能够实现PC总线的各种微机与标准总线的通信，这里选用的MS-2105型接口板采用总线式连接，设备直接挂在总线上，8位并行数据双向传送。占用IBM-PC的8个连续地址端口。本接口板选用大规模集成电路D7210C，实现了IEEE-488接口的全部功能。芯片内有16个寄存器，包括8个读寄存器，8个写寄存器；工作时，首先用程序对寄存器进行初始化，然后再通过数据输出寄存器，向IEEE-488总线上的设备发送命令，传送数据。通过读某些状态寄存器，可以了解所需要的状态，也可通过数据输入寄存器读回IEEE-488总线上的设备发来的数据，整个通信都可通过程序控制，从而达到自动测试的目的。另外还可以在DMA方式或中断方式下进行数据传送。限于篇幅，具体内容在此不作详解。
3 软件设计
在单片机数据采集系统与PC机的通信中，PC机作为控者，其地址应为0，同时PC机设为听者，接收单片机发送的数据。单片机系统在此系统中地址设为5，并设为讲者，采集完数据后发送给PC机。单片机数据采集采用查询方式，采用INT1中断方式发送数据。本系统软件由两部分构成：单片机数据采集、发送程序（用8031汇编语言编制）和PC机控者设定、数据接收及处理程序（用C语言编制）。
3.1 单片机数据采集及数据发送流程
① 开始；延时1 s；系统可靠复位；初始化8291，包括：8291复位、8291初始化、开放8291讲中断、设地址为5、选定通信方式；颠倒INT引线极性，使之与8031中断极性相容。
② 等待控者设定，也就是等待PC机任命为讲者或听者。
③ 当控者设定成功（IEEE-488总线连接成功），初始化8031中断及相关寄存器。
④ 启动A/D转换，采集数据。
⑤ 当A/D转换完成，返回上一步，循环采集数据。其间单片机响应8291产生的INT1中断，发送数据到IEEE-488总线。采用中断方式发送可使采集与发送数据同时进行，提高了数据传输速度。INT1中断服务程序流程如图3所示。
图3 发送数据中断流程
3.2 PC机设定及读取数据程序流程
PC机设定及读取数据程序流程图如图4所示。
图4 PC机程序流程
4 结束语
用带有IEEE-488标准接口的模块组成系统时，如果模块是台式仪器，用标准无源电缆将各模块连接起来就成系统；如果模块为插件板，只要将插件板插入标准机箱即可。这类系统的灵活性和可扩展性是显而易见的。如果目前广泛应用的单片机系统能带有IEEE-488接口，无疑对于组建功能更强、规模更大的测试系统，对于减少不必要的重复劳动，提高效率，是有明显的实际应用价值的。
参考文献
1 刘文彦等.现代测试系统.长沙:国防科技大学出版社,1995
2 詹惠琴,宋兴华.使用IEEE-488总线的计算机自动测试系统.自动化与仪器仪表,1998,(6)
3 张旭东等.IBM微型机实用接口技术.科学技术文献出版社,1993
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