IEEE-488

IEEE-488 ( Interfaz digital estándar para instrumentación programable ) es una especificación estándar internacional que describe una interfaz para conectar instrumentos de medición digitales a un bus . 

Desarrollado por Hewlett-Packard a fines de la década de 1960 para su uso en equipos de prueba automatizados ( ATE  ) bajo el nombre Hewlett-Packard Interface Bus (HP-IB) [ 1] .  En 1975, fue estandarizado por el Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos como IEEE-488 y todavía se usa en esta capacidad. IEEE-488 también se conoce como bus de interfaz de propósito general (GPIB), IEC-625 ( IEC 625.1) y otros nombres . De manera similar El estándar soviético GOST 26.003-80 "Sistema de interfaz para dispositivos de medición con intercambio de información de bits en serie y bits en paralelo" se denomina "canal troncal público de múltiples cables".

Características

Cada dispositivo en el bus tiene una dirección primaria única de cinco bits que va de 0 a 30 (por lo tanto, el número posible de dispositivos es 31). No es necesario que las direcciones de los dispositivos sean contiguas, pero deben ser distintas para evitar conflictos. El estándar permite conectar hasta 15 dispositivos a un bus físico de veinte metros, utilizando conectores de tipo cadena para la extensión [2] [3] .

Los expansores activos le permiten ampliar el bus y utilizar hasta 31 dispositivos teóricamente posibles en el bus lógico.

Se definen tres tipos diferentes de dispositivos que se pueden conectar al bus: "oyente" (oyente), "hablador" (altavoz) y/o controlador (más precisamente, los dispositivos pueden estar en el estado "oyente" o "hablador", o ser del tipo "controlador"). Un dispositivo en el estado de "escucha" lee mensajes del bus; un dispositivo en el estado "hablador" envía mensajes al bus. En un momento dado, puede haber uno y solo un dispositivo en el estado "hablador", mientras que puede haber un número arbitrario de dispositivos en el estado "oyente". El controlador actúa como árbitro y determina cuál de los dispositivos se encuentra actualmente en los estados de "hablador" y "escucha". Se pueden conectar varios controladores al bus al mismo tiempo. En este caso, uno de los controladores (generalmente ubicado en la tarjeta de interfaz GPIB) es el controlador responsable (Controller-in-Charge, CIC) y delega sus funciones a otros controladores según sea necesario.

Las funciones de control y transferencia de datos están lógicamente separadas; el despachador puede referirse a un dispositivo como hablante  ya uno o más dispositivos como oyentes sin tener que participar en la transferencia de datos .  Esto hace posible compartir el mismo bus entre varios controladores. En un momento dado, solo un dispositivo de bus puede estar activo como controlador responsable.

Los datos se transfieren a través del bus durante un procedimiento de establecimiento de conexión trifásico listo/disponible/aceptado en el que el dispositivo participante más lento determina la velocidad de la transacción. La velocidad máxima de transferencia de datos era de 1 MB/s en la edición original del estándar y se aumentó a 8 MB/s en las extensiones del estándar.

Eléctricamente, IEEE-488 es un bus paralelo de ocho bits que contiene dieciséis líneas de señal (ocho bidireccionales para datos, tres para conexión, cinco para control de bus) más ocho cables de retorno para tierra.

Todas las líneas de señal usan lógica negativa: el voltaje positivo más grande se interpreta como un "0" lógico, y el voltaje negativo más grande se interpreta como un "1" lógico. Las líneas de datos (DIO) se numeran del 1 al 8, y las líneas de datos (LD) en GOST se numeran del 0 al 7.

Las cinco líneas de control de interfaz le dicen a los dispositivos conectados al bus qué acciones tomar, en qué modo estar y cómo responder a los comandos GPIB.

Comandos

Los comandos GPIB siempre se transmiten utilizando el protocolo clásico IEEE-488.1. El estándar define el formato de los comandos enviados a las herramientas y el formato y la codificación de las respuestas. Los comandos suelen ser abreviaturas de las palabras inglesas correspondientes. Los comandos de consulta terminan con un signo de interrogación. Todos los comandos obligatorios tienen un prefijo con un asterisco (*). El estándar define el conjunto mínimo de capacidades que debe tener cada herramienta, a saber: recibir y transmitir datos, enviar una solicitud de servicio y responder a la señal de "Limpiar interfaz". Todos los comandos y la mayoría de los datos utilizan el conjunto ASCII de 7 bits , en el que el octavo bit no se utiliza o se utiliza para la paridad.

Para recibir información de los dispositivos conectados al bus y reconfigurar el bus, el controlador envía comandos de cinco clases: “Uniline” (“single-bit”), “Universal Multiline” (“multibit de propósito general”), “Address Multiline ” (“dirección multibit”), “Grupo de direcciones de conversación multilínea” (“transmisión de dirección de grupo multibit”) y “Grupo de direcciones de escucha multilínea” (“recepción de dirección de grupo multibit”).

Secuencias de escape IEEE-488.2

El segundo componente del sistema de comando es el Estándar de comando de instrumentos programables, SCPI .( Ing.  Comandos estándar para instrumentos de programación ), adoptado en 1990 . SCPI define reglas estándar para acortar palabras clave utilizadas como comandos. Las palabras clave se pueden usar en mayúsculas largas (por ejemplo, MEASure - medida) o cortas (MEAS). Los comandos en formato SCPI tienen el prefijo de dos puntos. Los argumentos de comando están separados por una coma. El estándar SCPI opera en un modelo de instrumento programable. Los componentes funcionales del modelo incluyen un sistema de medición (subsistemas "entrada", "sensor" y "calculadora"), un sistema de generación de señales (subsistemas "calculadora", "fuente" y "salida") y subsistemas "formato", " pantalla", "memoria" y "gatillo". Naturalmente, algunas herramientas carecen de algunos sistemas o subsistemas. Por ejemplo, un osciloscopio no tiene un sistema de generación de señales, pero un generador de secuencia digital programable no tiene  un sistema de medición. Los comandos para trabajar con componentes de sistemas y subsistemas son jerárquicos y consisten en subcomandos separados por dos puntos.

Un ejemplo de un comando que configura un multímetro digital para medir voltaje AC hasta 20 V con una precisión de 1 mV y simultáneamente solicita el resultado de la medición [1] :

:MEDIDA:VOLTAJE:AC?20,0.001

• Los dos puntos marcan el comienzo de un nuevo comando.
• Las palabras clave MEASure:VOLTage:AC le indican al multímetro que tome una medida de voltaje de CA.
• El signo de interrogación le dice al multímetro que el resultado de la medición debe devolverse a la computadora o al controlador.
• Los números 20 y 0,001, separados por una coma, establecen el rango y la precisión de la medida.

Protocolos de controlador 488.2

Los protocolos combinan conjuntos de secuencias de control para realizar una operación de medición completa. Se definen 2 protocolos obligatorios y 6 opcionales. El protocolo RESET asegura que todos los instrumentos se inicialicen. El protocolo ALLSPOLL sondea cada aparato en secuencia y devuelve un byte de estado para cada aparato. Los protocolos PASSCTL y REQUESTCTL permiten transferir el control del bus a diferentes dispositivos. El protocolo TESTSYS implementa una función de autocomprobación para cada instrumento.

Los protocolos FINDLSTN y FINDRQS admiten la gestión del sistema GPIB. En este caso se utilizan las posibilidades inherentes al estándar 488.1. El controlador ejecuta el protocolo FINDLSTN, genera una dirección de escucha y verifica la presencia de un dispositivo en el bus según el estado de la línea NDAC. El protocolo FINDLSTN devuelve una lista de Listeners, y ejecutar este protocolo antes de que la aplicación comience a ejecutarse garantiza que la configuración actual del sistema sea correcta. El protocolo FINDRQS utiliza la capacidad de probar la línea SRQ. La lista de entrada de dispositivos se puede priorizar. Esto asegura que los dispositivos más críticos reciban servicio primero.

Conectores

IEEE-488

IEEE-488 especifica un microconector tipo cinta Amphenol de 24 pines para la conexión. El microconector tipo cinta tiene una carcasa de metal en forma de D que es más grande que el conector D-subminiatura . El conector a veces se denomina erróneamente " conector Centronics " porque los fabricantes de impresoras utilizaron el mismo tipo de conector de 36 pines para sus respectivas conexiones de impresora.

Una característica inusual del conector IEEE-488 es que generalmente usa un diseño de "doble cabeza", con un enchufe en un lado y una hembra en el otro lado del conector (en ambos extremos del cable). Esto permite la conexión de conectores para una simple conexión en cadena. Las características mecánicas del conector limitan el número de conectores en una pila a cuatro o menos.

Se mantienen en su lugar con tornillos roscados UTS ( Unified Thread Standard )  (ahora en gran parte obsoletos) o tornillos métricos M3.5 × 0.6. Por convención, los tornillos métricos están pintados de negro para que dos conectores de diferentes tipos no se crucen.

IEC-625

El estándar IEC-625 exige el uso de conectores D-subminiatura de 25 pines, los mismos que usa una computadora compatible con IBM PC para el puerto paralelo . Este conector, comparado con el tipo de conector de 24 pines, no ha ganado una aceptación significativa en el mercado.

Historia

A fines de la década de 1960, Hewlett-Packard (HP) produjo varias herramientas de medición y equipos de prueba, como multímetros digitales y analizadores de señales lógicas. Utilizaron el bus de interfaz HP (HP-IB) para establecer la comunicación entre ellos y la computadora .

El autobús era relativamente simple, basado en la tecnología existente en ese momento, utilizando autobuses eléctricos paralelos simples y algunas líneas de control individuales. Por ejemplo, el programador de fuente de alimentación HP 59501 y el actuador de relé HP 59306A eran periféricos relativamente simples que usaban HP-IB, se implementaban solo en lógica TTL y no usaban microprocesadores .

Otros fabricantes han copiado efectivamente HP-IB, llamando a sus diseños Bus de interfaz de propósito general (GPIB), creando el estándar industrial de facto para el control de medición automatizado. A medida que creció la popularidad de GPIB, también lo hizo su estandarización por parte de organizaciones internacionales de estándares.

Estándares

IEEE

En 1975, el IEEE estandarizó el bus como "Interfaz digital estándar para instrumentación programable" IEEE-488 (ahora IEEE-488.1). Formalizó los parámetros mecánicos, eléctricos y básicos del protocolo GPIB, pero no dijo nada sobre el comando o el formato de datos.

En 1987, el IEEE introdujo "Códigos, formatos, protocolos y comandos comunes estándar" IEEE-488.2, redefiniendo la especificación anterior como IEEE-488.1. IEEE-488.2 proporcionó una sintaxis y formato básicos para convenciones como comandos independientes del dispositivo, estructuras de datos, protocolos de error y similares. IEEE-488.2, basado en IEEE-488.1 sin reemplazarlo; el equipo puede cumplir con 488.1 sin cumplir con 488.2. El nuevo estándar contiene dos partes: IEEE-488.1, que describe el hardware y la interacción de bajo nivel con el bus, e IEEE-488.2, que define el orden en que se transmiten los comandos por el bus. El estándar IEEE-488.2 fue revisado nuevamente en 1992. En el momento de la adopción de la primera versión del estándar, aún no existía ningún estándar para los comandos específicos de herramientas. Los comandos de control para la misma clase de instrumento (como un multímetro) variaban mucho entre fabricantes e incluso modelos.

En 1990, se introdujo el "Estándar de comando de instrumentos programables". [5] IPSCSe agregaron comandos estándar universales y una serie de clases de herramientas con la transferencia de comandos específicos de clase. Aunque SCPI se desarrolló en base al estándar IEEE-488.2, se puede adaptar fácilmente a cualquier otra base de hardware (no IEEE-488.1).

CEI

IEC, en paralelo con IEEE, ha desarrollado su propio estándar: IEC-60625-1 e IEC-60625-2.

El estándar ANSI correspondiente se conocía como "ANSI Standard MC 1.1" .

En 2004 , IEEE e IEC combinaron sus respectivos estándares en el "Protocolo dual" IEC-60488-1 de IEEE/IEC, en el que se reemplazó el Estándar para el protocolo de mayor rendimiento para la interfaz digital estándar para instrumentación programable - Parte 1: General [6] IEEE-488.1/IEC-60625-1 e IEEE-488.2/IEC-60625-2. [7] IEC-60488-2 ha sido reemplazado en consecuencia por la Parte 2: Códigos, formatos, protocolos y comandos comunes [8]

GOST

El número total de direcciones de receptores y fuentes de información en el sistema no debe exceder 961 con una organización de dos bytes.

El Apéndice No. 8 en realidad declara la ausencia de herramientas de detección de errores en el estándar:

La necesidad de detección de errores en los dispositivos varía ampliamente según el entorno ruidoso, la importancia de los datos que pasan a través de la interfaz, el tipo de funciones del dispositivo activas en la fuente y el receptor de datos, y la aplicación general del sistema en el que se encuentra el dispositivo. usó.

Los medios especializados y específicos para la detección de errores no están incluidos en esta norma. El método de detección de errores apropiado depende de la aplicación o sistema en particular y, por lo tanto, no se especifica en este estándar.

Algunos de los puntos generales a continuación sirven para ilustrar las ventajas de las herramientas convencionales de detección de errores.

El bit de paridad en LD7 para detectar errores contenidos en LD0-LD6 de un código de 7 bits [9] proporciona medios mínimos para la detección de errores y requiere un hardware mínimo. La verificación de paridad le permite detectar un solo error dentro de la agrupación de bits de cualquier byte. Es posible que no se detecten varios bits erróneos dentro de un solo byte.

El bit de paridad longitudinal en cada línea LD al final de una fila o bloque de datos se puede usar de la misma manera que un bit de paridad (para el mismo propósito y los mismos resultados).

El control cíclico que usa códigos redundantes es más complejo y aumenta significativamente el costo del control en comparación con los métodos anteriores. Se pueden usar diferentes códigos de control cíclico para detectar diferentes tipos de errores. Los movimientos especiales de control de ciclo no están cubiertos por esta norma.

HS-488 de National Instruments

National Instruments ha introducido una extensión compatible con versiones anteriores de IEEE-488.1, originalmente llamada GPIB de alta velocidad (HS-488). Con cables y hardware estándar, el HS-488 mejora el rendimiento del bus al eliminar los retrasos asociados con la necesidad de esperar un reconocimiento en el esquema de tres señales IEEE-488.1 (DAV/NRFD/NDAC), donde el rendimiento máximo no supera 1,5 MB/s. Así, fue posible aumentar la tasa de transferencia de datos a 8 MB/s, aunque la velocidad disminuyó cuando se conectaron más dispositivos al bus. Esto se reflejó en el estándar en 2003 (IEEE-488.1-2003) [10] .

Uso

En equipos de medida automáticos

Los productos fabricados por National Instruments están enfocados a la automatización de estaciones de trabajo de laboratorio . Estas son clases de instrumentos de medición como analizadores-probadores, sistemas de calibración , osciloscopios y fuentes de alimentación basadas en el bus GPIB [11] . Las soluciones modulares (VXI) prevalecen para los sistemas multipropósito, y los dispositivos más populares aquí son todo tipo de conmutadores multiplexores. Los multímetros están igualmente representados en ambos casos.

Los sistemas de medición complejos son producidos por HP, Wavetek, B&K Precision (Cobra Electronics), Kinetic Systems, Inc. En 1993, más de la mitad de las interfaces GPIB estaban en estaciones de trabajo Sun , SGI , IBM RISC System/6000 y HP. Utilizan herramientas de software a nivel de lenguajes especiales como Lenguaje de Prueba Abreviado para Todos los Sistemas(ATLAS) y lenguajes de propósito general como Ada [12] .

Como interfaz en una computadora

La atención de los desarrolladores de HP se centró en equipar la interfaz con instrumentación digital, los diseñadores no planearon particularmente hacer de IEEE-488 una interfaz de dispositivo periférico para computadoras centrales. Pero cuando las primeras microcomputadoras de HP necesitaron una interfaz para los periféricos ( discos duros , unidades de cinta , impresoras , trazadores , etc.), la HP-IB estuvo disponible y se adaptó fácilmente para ese fin.

Las computadoras fabricadas por HP usaban HP-IB, como la HP 9800 [13] , la serie HP 2100 [14] y la serie HP 3000 [15] . Algunas de las calculadoras de ingeniería producidas por HP en la década de 1980, como las series HP-41 y HP-71B, también tenían capacidad IEEE-488, a través del módulo de interfaz opcional HP-IL/HP-IB.

Otros fabricantes también han adoptado el bus de interfaz universal para sus computadoras, como la línea Tektronix 405x.

El Commodore PET utilizó el bus IEEE-488 con un conector de placa no estándar para conectar sus dispositivos externos. Commodore heredó computadoras de ocho bits como VIC-20, C-64 y C-128, que usaban una interfaz serial usando un conector DIN redondo, para el cual conservaron la terminología y la programación de la interfaz IEEE-488.

Si bien la velocidad del bus IEEE-488 se aumentó a 10 MB/s para algunas aplicaciones, la falta de estándares de protocolo de comando ha limitado las ofertas y la interoperabilidad de terceros . En última instancia, los estándares más rápidos y completos (como SCSI ) reemplazaron al IEEE-488 en los periféricos.

Ventajas

• Interfaz de hardware sencilla
• Le permite mezclar dispositivos de alta velocidad con baja velocidad
• Popular, bien respaldado en el mercado.

Desventajas

• Los conectores y los cables son mecánicamente voluminosos
• Límites de velocidad y extensiones de especificación
• Falta de estándares de protocolo de comando (antes de SCPI)
• Las implementaciones de opciones (por ejemplo, el final del procesamiento de transferencia) pueden complicar la interoperabilidad
• Sin aislamiento galvánico obligatorio entre el bus y los dispositivos

Véase también

• Extensiones LAN para instrumentación (LXI)
• Arquitectura de software de instrumentos virtuales (VISA)

Notas

1. ↑ 1 2 Anatomía de GPIB . Fecha de acceso: 13 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 9 de enero de 2014. (indefinido)
2. ↑ Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 13 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2008.  (indefinido)  . - "La dirección principal es un número en el rango de 0 a 30". Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 13 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 2 de diciembre de 2008. (indefinido) 
3. ↑ Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 13 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 7 de julio de 2011.  (indefinido)  . - "puede usarse cualquier dirección en el rango 0 - 30, inclusive". Copia archivada (enlace no disponible) . Consultado el 13 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 7 de julio de 2011. (indefinido) 
4. ↑ ¡¡La numeración de contactos según GOST difiere de la dada en IEEE/IEC!!
5. ↑ Historia de GPIB . Instrumentos Nacionales. — "En 1990, la especificación IEEE 488.2 incluía el documento Comandos estándar para instrumentación programable (SCPI)". Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
6. ↑ Estándar IEC/IEEE para un protocolo de mayor rendimiento para la interfaz digital estándar para instrumentación programable - Parte 1: General (Adopción de IEEE Std 488.1-2003) . IEEE. Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
7. ↑ Publicaciones reemplazadas o retiradas . CEI. Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
8. ↑ Interfaz digital estándar para instrumentación programable - Parte 2: códigos, formatos, protocolos y comandos comunes (adopción de (IEEE Std 488.2-1992) . IEEE. Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
9. ↑ GOST 13052-74.
10. ↑ El estándar actualizado aumenta ocho veces la velocidad de los buses de instrumentos IEEE 488 . IEEE (6 de octubre de 2003). Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
11. ↑ Yu.A.Semerenko. Interfaz del GPIB instrumental con una computadora personal a través del puerto LPT  // Instrumentos y técnicas experimentales. - 2005. - T. 48 , núm. 5 . - S. 53-55 . Archivado desde el original el 12 de diciembre de 2017.
12. ↑ A. Bazhénov. Estándares GPIB, 488.2 y SCPI y su impacto en el desarrollo de la automatización de medidas  // World of Computer Automation. - 2000. - Nº 1 . Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016.
13. ↑ HP 98135A Interfaz HP-IB 9815 . Museo de la Informática HP . Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
14. ↑ 59310A Interfaz HP-IB . Museo de la Informática HP . - "Interfaz HP-IB para equipos HP1000 y HP2000". Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)
15. ↑ 27113A Interfaz HP-IB . Museo de la Informática HP . - "Interfaz CIO HP-IB para 3000 Serie 900". Consultado el 6 de febrero de 2010. Archivado desde el original el 17 de abril de 2012. (indefinido)

Enlaces

• IEC-60488-1: Protocolo de mayor rendimiento para la interfaz digital estándar para  instrumentación programable . - Comisión Electrotécnica Internacional, 2004. - Vol. Parte 1: Generalidades.  (Inglés)
• IEC-60488-2: Interfaz digital estándar para instrumentación programable . - Comisión Electrotécnica Internacional, 2004. - T. Parte 2: Códigos, formatos, protocolos y comandos comunes.  (Inglés)
• Autobús GPIB
• BUS DE INTERFAZ DE PROPÓSITO GENERAL
• Anatomía de un GPIB
• Yashkardin V. L. HPIB. GPIB. IEEE488. IEC 625. IEC 60488. Interfaz digital para instrumentos programables. . SoftElectro (2012). (indefinido)