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基于USB的GPIB控制器

Bostjan Glazar、Marko Jankovec、Marko Topic?? Laboratory of Semiconductor Devices Ljubljana?? Slovenia?? 2006年03月07日 ?? 收藏0
当代研究实验室配备有多种仪器,它们利用几种接口方法中的任意一种连接到 PC,来实现各种程序的自动化并收集数据。虽然存在不同的通信接口,但 GPIB(通用接口总线)仍然广受欢迎。PC 主机必须包含一个合适的 GPIB 控制器——一块内部接口卡或外部设备。较新的 PC 设计正在逐渐淘汰 PCI、ISA、EISA 等传

统的内部总线而改用其它标准,因此,利用外部控制器可提供更合适的方法,这是因为像 RS-232 和 USB 等外部 I/O 端口往往保持向后兼容。

  本设计实例介绍了GPIB控制器的发展,它比其它商品化替代方案更易用、更便宜。本设计使用了很容易获得的元件,总元件成本约为50美元。相比之下,商品化控制器的成本至少是其10倍:500美元至1000美元。这种符合USB 2.0的控制器是一个外部设备,从总线获取工作电能,并提供即插即用工作方式和高速数据传输能力。另外,一种USB控制器设计把它的应用延伸到了笔记本电脑和其它缺乏可用I/O槽的电脑。这种控制器做在一块双面印制电路板上,并被安装在123mm×30mm×70mm外壳中(图 1)。为了简化控制器的使用,本设计采用了 Nationa l Instruments 公司 (www.ni.com) 的 LabView 图形编程语言来开发适宜的驱动程序。

USB控制器设计把它的应用延伸到了笔记本电脑和其它缺乏可用I/O槽的电脑


  本设计使用 Future Technology Devices International 有限公司 (www.ftdichip.com) 的 FT245BM USB 控制 IC,它配备了通往主机微控制器的 8 比特并联线路,以及一个通往 PC 接口端的虚拟通信端口。该电路工作于 12 Mbps 的全速。75160 和 75161 IC 的目标用途是在 GPIB 应用中驱动 GPIB I/O 线路。Atmel 公司 (www.atmel.com) 的一块 AVR AT90S8515 微控制器提供了驻留于固件的顺序控制和在线可编程闪存,它们简化了固件设计和升级。USB 还能提供高达 500 mA的 5 V电源,这就无需外部电源。该控制器还支持必要的低功率模式,以便把耗电量降至低于 1 mA 。

内视图


  设计师使用了 Protel 公司的 (www.altium.com) 原理图捕获和印制电路板布局软件来设计电路。他们使用了一台铣床来生产原型印制电路板,并用一台手工 SMD 放置机完成了电路板的部分组装。还可使用商业原型印制电路板制造服务来准备具有电镀通孔的双面印制电路板,并手工组装电路。图 2 显示了内视图,图 3 显示了完全组装好的控制器,它的构建很容易并很快速。

完全组装好的控制器


  该控制器通过一个逻辑串口与主电脑通信,该串口促成了利用任何支持串口通信的编程语言来使用控制器。LabView驱动程序兼容 LabView的内置GPIB驱动程序,因此简化了各程序对新接口的适应。该驱动程序是一个包含若干虚拟仪器的集合,它们需要的输入信息只比内置 GPIB 驱动程序多一项——串口号。

  凭借它的开放式源代码设计,该控制器提供了一种成本效益非常高的 GPIB 仪器控制方法,可适应多种计算平台。可在 http://lsd.fe.uni-lj.si/gpib/ 获取这种微控制器的固件、各协议的说明,以及其它所有必要文件(包括印制电路板布局)。借助这些信息,你可以为自己选择的任何操作系统或编程语言编写驱动程序。另外,网页还包括 Atmel AVR 微处理器的固件、组装完毕的接口的用户手册,以及关于 GPIB 和 LabView 的更多注释。如需下载包含整个项目的 1505 k字节 ZIP 格式文档,请访问 http://lsd.fe.uni-lj.si/gpib/complete.zip。


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USB? GPIB? 控制器?

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