當代研究實驗室配備有多種儀器,它們利用幾種接口方法中的任意一種連接到 PC,來實現各種程序的自動化并收集數據。雖然存在不同的通信接口,但 GPIB(通用接口總線)仍然廣受歡迎。PC 主機必須包含一個合適的 GPIB 控制器——一塊內部接口卡或外部設備。較新的 PC 設計正在逐漸淘汰 PCI、ISA、EISA 等傳統的內部總線而改用其它標準,因此,利用外部控制器可提供更合適的方法,這是因為像 RS-232 和 USB 等外部 I/O 端口往往保持向后兼容。
本設計實例介紹了GPIB控制器的發展,它比其它商品化替代方案更易用、更便宜。本設計使用了很容易獲得的元件,總元件成本約為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。這種符合USB 2.0的控制器是一個外部設備,從總線獲取工作電能,并提供即插即用工作方式和高速數據傳輸能力。另外,一種USB控制器設計把它的應用延伸到了筆記本電腦和其它缺乏可用I/O槽的電腦。這種控制器做在一塊雙面印制電路板上,并被安裝在123mm×30mm×70mm外殼中(圖 1)。為了簡化控制器的使用,本設計采用了 Nationa l Instruments 公司 (www.ni.com) 的 LabView 圖形編程語言來開發適宜的驅動程序。
本設計使用 Future Technology Devices International 有限公司 (www.ftdichip.com) 的 FT245BM USB 控制 IC,它配備了通往主機微控制器的 8 比特并聯線路,以及一個通往 PC 接口端的虛擬通信端口。該電路工作于 12 Mbps 的全速。75160 和 75161 IC 的目標用途是在 GPIB 應用中驅動 GPIB I/O 線路。Atmel 公司 (www.atmel.com) 的一塊 AVR AT90S8515 微控制器提供了駐留于固件的順序控制和在線可編程閃存,它們簡化了固件設計和升級。USB 還能提供高達 500 mA的 5 V電源,這就無需外部電源。該控制器還支持必要的低功率模式,以便把耗電量降至低于 1 mA 。
設計師使用了 Protel 公司的 (www.altium.com) 原理圖捕獲和印制電路板布局軟件來設計電路。他們使用了一臺銑床來生產原型印制電路板,并用一臺手工 SMD 放置機完成了電路板的部分組裝。還可使用商業原型印制電路板制造服務來準備具有電鍍通孔的雙面印制電路板,并手工組裝電路。圖 2 顯示了內視圖,圖 3 顯示了完全組裝好的控制器,它的構建很容易并很快速。
該控制器通過一個邏輯串口與主電腦通信,該串口促成了利用任何支持串口通信的編程語言來使用控制器。LabView驅動程序兼容 LabView的內置GPIB驅動程序,因此簡化了各程序對新接口的適應。該驅動程序是一個包含若干虛擬儀器的集合,它們需要的輸入信息只比內置 GPIB 驅動程序多一項——串口號。
憑借它的開放式源代碼設計,該控制器提供了一種成本效益非常高的 GPIB 儀器控制方法,可適應多種計算平臺。可在 http://lsd.fe.uni-lj.si/gpib/ 獲取這種微控制器的固件、各協議的說明,以及其它所有必要文件(包括印制電路板布局)。借助這些信息,你可以為自己選擇的任何操作系統或編程語言編寫驅動程序。另外,網頁還包括 Atmel AVR 微處理器的固件、組裝完畢的接口的用戶手冊,以及關于 GPIB 和 LabView 的更多注釋。