可程控仪器LXI接口设计实验-实验指导书-20121219

i/30普通高等学校实验教学讲义可程控仪器LXI接口设计实验实验指导书电子科技大学现代测试技术实验室2012年11月编ii/30目录1实验目的..............................................12实验任务..............................................13实验设备..............................................14实验原理..............................................24.1可程控仪器数字接口LXI...................................................................24.1.1LXI的基本特性............................................................................34.1.2LXI设备分类................................................................................34.1.3LXI系统模型................................................................................44.1.4LXI接口电路设计要点................................................................44.2IEEE488.2消息交换控制协议.............................................................54.2.1消息交换控制构成机制...............................................................54.2.2消息交换操作流程.....................................................................134.2.3小结.............................................................................................204.3程控仪器标准命令.............................................................................214.3.1SCPI的目标................................................................................224.3.2SCPI仪器模型............................................................................224.3.3SCPI命令集................................................................................234.3.4SCPI解析过程............................................................................265实验内容.............................................286预习要求.............................................287实验报告要求.........................................281/301实验目的1）理解LAN工作原理，可程控仪器的程控原理；2）掌握可程控仪器接口电路的设计方法，消息交换接口程序设计方法；3）掌握一种电路的设计工具和所选芯片的软件开发工具；4）学会编写项目设计方案，包括总体方案、硬件方案、软件方案；5）设计并实现满足LXI标准和消息交换控制协议的接口电路板。2实验任务1）撰写可程控仪器LXI接口电路设计方案2）完成实验方案答辩;3）完成可程控仪器LXI接口电路原理图设计；4）完成可程控仪器LXI接口电路PCB板设计安装；5）参考SCPI，设计一个简单的可程控仪器命令树；6）完成消息交换控制接口固件程序设计；7）完成功能演示程序设计；8）提交运行正常的软件硬件系统；9）撰写实验报告，完成实验报告答辩。3实验设备1）计算机；2）集线器或交换机3）示波器；2/304实验原理可程控仪器接口标准分层模型：标准数字接口总线实现设备之间的相容连接，提供自动测试系统内部各设备间的程控命令与响应数据交互的物理通路。消息交换控制协议实现可程控仪器内部对程控命令的解释执行、测量数据的编码发送、仪器内部状态事件的跟踪报告。规范仪器内部消息交换的整个流程。标准程控命令，定义了可程控仪器的公用命令、测量指令、子系统命令。为仪器的程控操作制定了共同的命令集。规范了仪器程控命令的具体实现。4.1可程控仪器数字接口LXILXI（LAN-basedExtensionsforInstrumentation)是以LAN为基础，建立在IEEE802.3(以太网)和IEEE1588(TriggerBus)之上，为高效能的仪器提供了一个自动测试系统的LAN模块化平台。它是作为以太网技术在测试自动化领域的应用扩展中新的测量仪器接口标准，其具体思想是将成熟的以太网技术应用到自动测试系统中，以替代传统的测试总线技术（如VXI、PXI、GPIB等）。标准数字接口总线（GPIB、RS232、LXI、VXI、PCI。。。）消息交换控制协议（MEI、SR）标准程控命令（SCPI）图4-1可程控仪器接口标准分层模型3/304.1.1LXI的基本特性1)支持太网标准协议。包括（TCP/IP,DHCP,URL/IPaddresses,DynamicDNS,Auto-MDIX）2)支持软件标准接口。包括（IVIdriver,VXI-11）3)支持设备网页浏览（web-server），通过IE浏览器能够访问设备同时得到设备的基本信息4)物理上对系统功率，散热，前面板指示灯，以及复位按钮有详细的定义5)对不同种类的设备对触发标准有不同的定义4.1.2LXI设备分类LXI标准定义了三种类型的仪器，这三种类型仪器可以在测试系统中混用。C类仪器：独立型仪器或台式仪器，它们用LAN代替GPIB，具有LAN的所有能力，并且把Web接口（具有XML）用于仪器设置和数据访问。为简化编程，C类仪器提供IVI驱动程序API（应用程序接口）。B类仪器：该类仪器可用于分布式测量系统。符合C类仪器的要求，并包括IEEE1588同步。A类仪器：该类装置除满足C类和B类仪器要求外，还另外增加了两项属性：快硬件触发总线和合成仪器工作模型。三类仪器中最简单的是C类仪器，它是进入LXI的基础，本实验主要涉及的是如何为仪器扩展LAN接口，设计LAN接口电路，实现控制机和仪器扩展LAN接口的通信，作为本实验在软件方面的进一步深入，可以考虑在该接口的基础上实现WEB浏览。4/304.1.3LXI系统模型LXI系统的构成如图所示：LXI设备通过网络互连技术，在物理上实现设备间的互连，通过网络接口实现数据的通信，可程控仪器增加网络接口，借用成熟的网络互连技术，可方便的实现自动测试系统的互连。4.1.4LXI接口电路设计要点可程控仪器LXI接口电路结构设计如下图所示：器件功能接口功能LANLXI设备控制机PC图4.2LXI系统构成示意图LAN接口本地总线LAN图4-3LAN接口电路示意图ABDBCB处理器5/30LAN接口：实现与LAN总线的电气相容连接。处理器：实现LAN设备的特定功能，并完成SCPI命令解析。4.2IEEE488.2消息交换控制协议消息交换控制协议给出器件处理〈程控消息〉和〈响应消息〉的严格行为准则，协调控制器与器件之间的通信行为，约束器件间的消息通信。消息交换控制协议建立在控制器器件模型之上。控制器器件模型如下如所示：消息交换控制协议由消息交换控制机制和消息交换操作流程两部分构成。4.2.1消息交换控制构成机制消息交换控制构成机制由消息交换功能构成模型来说明。消息交换功能构成模型如下图所示：控制器器件命令数据图4-4控制器器件模型6/30数字接口总线：提供可程控仪器与控制器之间的机械、电器相容连接。输入输出控制（IOC）：提供接口功能，实现可程控仪器数字接口的功能和运行相容连接。消息交换接口（MEI）：处理发到器件功能和从器件功能来的所有与器件功能相关的消息。器件功能（DF）：（1）接受来自MEI的合法的、可执行的器件消息单元，产生相应的远控操作；（2）接受来自MEI的有效询问请求,并返回响应数据去MEI；（3）向状态报告框反映有关器件功能状态消息。状态报告（SR）：（1）接收来自MEI的错误状态和DF的状态消息；（2）产生STB；输入输出控制IOC消息交换接口MEI状态报告SR器件功能DF数字接口总线图4-5消息交换功能构成模型7/30（3）产生状态报告事件。4.2.1.1消息交换接口消息交换接口如下图所示：4.2.1.1.1输入缓冲器输入缓冲器是仪器内部存储器空间的一部分，采用“先进先出（FIFO）”数据结构。当器件同GPIB总线挂钩时，I/O控制把DAB、END和GET按接收的顺序放入输入缓冲器。如果缓冲器装满了数据，就置ib-full（输入缓冲器满）消息为真，输入缓冲器不应该溢出。如果缓冲器装满而器件又处LACS态，它就不让AH进入ACRS态（就是RFD抑制），而暂停接收器件消息。语法分析程序（parser）将按数消息交换控制数字接口总线IOC输入缓冲区IB语法分析程序Parser执行控制EC输出队列OQ响应格式化程序RFDF触发控制图4-6消息交换接口8/30据装入缓冲器的顺序，以与语法分析程序能力和命令执行相适应的速率，从缓冲器中取出DAB、END和GET等数据。数据拜特取空之后，缓冲器应该置ib-empty（输入缓冲器空）消息为真。输入缓冲器应该有等于或大于零拜特的长度（或称深度）。缓冲器的长度可以是固定的拜特数；当然它的长度也允许可变。在选择缓冲器长度时，器件设计者必须考虑器件的应用。缓冲器的操作对用户应用程序应是透明的。接收程控消息比执行它们快的器件应该有足够长度的缓冲器，以允许存储适当规模的程控消息或数据。4.2.1.1.2语法分析程序语法分析程序是器件的一个逻辑部分。它从输入缓冲器中读取DAB、END和GET消息，并对这些消息进行语法分析。所谓语法分析就是分离出器件消息的各个句法元素，把合法的句法元素转换成执行控制框可识别的“内部表示码”。已经语法分析的程控消息或程控消息单元全部或部分的器件内部表示码就是语法分析程序传给执行控制框的“已作语法分析的消息元素”。在语法分析时，如果在程控消息中发现有语法错误、非法题头或参数、插有GET消息等，语法分析程序将向状态报告框报告“命令错误”。一旦发现命令错误，器件应该根据先期可分析的消息元素的器件有关部分的状态决定做些什么动作，例如是放弃还是试图再执行先期可分析的消息元素。当检测到合法的END或程控消息结束符、或者合法的GET、或者来自触发控制框合法的内部触发消息，语法分析程序就应该置eom（已检测到消息结束）消息为真。语法分析程序在DAB序列中发现了有效的询问程控题头、在宏定义或*DDT定义的触发动作中发现了询问消息单元或要求产生响应消息，它就应该设置query（询问检测到）消息为真。语法分析程序已经分析了全部先期消息，并再无有效的程控消息处理，它就应该设置p-idle（语法分析程序空闲）消息为真。如果语法9/30