Usb-gpib接口轉換裝置的製作方法
2023-09-16 11:17:30
專利名稱：Usb-gpib接口轉換裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於計算機通信接口技術領域，特別涉及一種 USB-GPIB接口轉換裝置。
背景技術：
在測試測量系統中使用的大多數臺式儀器都配置有GPIB接口， 而現在的PC機大多數無法和其直接相連，故要實現PC機對儀器的控 制必須使用轉換接口，通常的做法是使用儀器廠商提供的專用模塊附 件才能和計算機通信。 實用新型內容本實用新型的目的是為計算機和臺式儀器提供一個實現互聯和 通訊的簡單方便實用的GPIB和USB接口轉換裝置。為達到以上目的，本實用新型的採取如下技術解決方案 一種 USB-GPIB接口轉換裝置，包括GPIB接口、總線驅動器、FPGA單元、 CPU單元、USB接口， GPIB總線、GPIB接口、總線驅動器、FPGA單 元、CPU單元、USB接口、 USB總線依次雙向連接，USB接口輸出端連 接電源模塊，電源模塊輸出端連接FPGA單元和CPU單元電源輸入端。本實用新型可以使得PC機通過USB接口對帶GPIB接口的儀器實 現實時快速的控制，其優點是；1、 使用簡單。由於USB接口具有即插即用的優點，因此使用此 接口時無須打開計算機和重新啟動系統。2、 接口方便，GPIB使用的是公頭插座，可以和儀器直接相連， 無須外加延長線。3、 體積輕巧。由於本接口採用USB供電，無須外加電源，因此 體積非常輕巧。
圖l是本實用新型的電路原理結構框圖； 圖2是CPU單元的電路原理圖； 圖3是FPGA單元的電路原理圖； 圖4是總線驅動器的電路原理圖； 圖5是電源模塊的電路原理圖； 圖6是接口單元的電路原理圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型主要由下述部分組成GPIB總線、GPIB 接口、總線驅動器、FPGA單元、CPU單元、USB接口、 USB總線依次 雙向連接，USB接口輸出端連接電源模塊，電源模塊輸出端連接FPGA 單元和CPU單元電源輸入端。1、 CPU單元CPU單元功能主要是完成USB協議轉換和對FPGA的控制,其電路 主要是由USB2.0控制器晶片CY7C68013A，晶振電路，復位電路， EEPROM存儲電路組成。2、 FPGA單元FPGA單元功能是實現GPIB協議和狀態轉換，FPGA單元主要是由 可編程邏輯晶片XC3S200， 20Mhz晶振，EEPROM晶片，JTAG程序下載 接口組成。XC3S200主要是實現GPIB協議的翻譯和轉換，20Mhz晶振 作為XC3S200的輸入時鐘，可以為系統提供精準的參考。EEPR0M芯 片存儲的是FPGA的程序，在上電初始，此程序會引導到FPGA中。JTAG 程序下載接口可以將程序下載到EEPROM或者XC3S200中，實現在線 編程。3、 總線驅動器總線驅動器由SN75ALS160和SN75ALS162組成，他們主要的功能 是增強GPIB總線信號的驅動功能，以便可以控制多達14臺儀器；4、 電源模塊電源模塊的主晶片由TPS75003組成，它可以提供三種電源輸出， 1. 2V， 2. 5V以及3. 3V，其中3. 3V和1. 2V為開關電源，2. 5V為LDO。三種電源分別作為FPGA的內核電源，輔助電源以及I/0電源，其中 3.3V還作為CY7C68013A的電源。電源模塊負責給整個系統供電，無 須外部供電，直接從USB接口上取電； 5、接口單元包括USB接口和GPIB接口。接口單元中的USB接口為Mini USB 接口，通過標準的USBA轉MiniUSB線可以和計算機直接相連。GPIB 接口是24針公頭插座，便於和儀器直接相連，無須擴展線。如圖2所示，CPU單元包括CY7C68013A晶片，它通過GPIF接口 與FPGA相連，以實現對FPGA的控制；D0 D7為數據口，接FPGA上 對應的用來交換數據的1/0， AD0 ADR7為地址線，接到FPGA上對應 的地址1/0，實現對寄存器讀寫的地址選擇。CT0 CT5為輸出控制線， RDY0 RDY5為輸入控制線，兩者均接到FPGA的I/O上。USB信號線 與USB接口相連。兩腳晶振Y1和電容C13、 C15組成的晶振電路，由 電阻R23，電容C33組成的上電復位電路，集成電路晶片U8組成的 EEPROM存儲電路，它通過I2C總線與CY7C68013A相連，可以存放廠 家和產品的序列號。CY7C68013A晶片是CPU核心部分，他通過固件 程序實現與上位機和FPGA的數據傳輸。如圖3所示電源模塊包括3. 3V開關電源部分，1. 2V開關電源部 分，2. 5V的LDO電源部分。其中由三極體Q1、電感L1、 二極體D1、 電容C7和C16組成的1. 2V開關電源作為FPGA的內核電壓，連接到 FPGA的VCCINT上;三極體Q2、電感L2、 二極體D2、電容Cll、 C46、 電阻R3和R6組成的3.3V開關電源作為FPGA的I/O電源和 CY7C68013A的電源，分別連接到FPGA的VCCO和CY7C68013A的VCC、 AVCC上，電阻R3和R6組成反饋電路。電阻R4、 R5、電容C14組成 的2. 5V電源作為FPGA的輔助電壓連接到VCCAUX上，電阻R4和R5 組成反饋電路。電源系統的供電來自USB接口，直接通過USB插座引 入電流。圖4所示的是由SN75ALS160和SN75ALS162組成的GPIB接口驅 動器電路，其目的是為了提高接口的驅動能力，驅動接口的數據輸入DI01—M DI08—M以及控制信號通過分壓阻排認2、 RN3 、 RN4、 RN5 與FPGA的I/O上對應的GPIB接口信號相連，輸出端接GPIB插座，這樣就實現了信號的雙向交換。圖5是FPGA單元電路原理圖，主要由集成電路晶片JP1， U3， U6三部分組成，集成電路晶片JP1是JTAG接口，通過下載器，可以 將代碼下載到EEPROM (U3)中，也可以下載到FPGA晶片(U6)中。 EEPROM中存儲FPGA的程序代碼， 一旦系統上電，它裡面的程序就會 自動引導到FPGA中。FPGA是系統的核心部分，他實現IEEE488的所 有協議，不但控制驅動單元，還要和CPU單元進行數據交換。圖6為接口單元，分為USB接口和GPIB接口兩部分。USB接口 主要是由USB插座JP3， ESD晶片U7，濾波器L3三部分組成，其中 ESD晶片主要是為了提高接口的靜電釋放能力，濾波器L3可以提高 USB信號質量，降低系統EMC的影響。GPIB插座為24針公頭插座， 並且帶屏蔽外殼。本實用新型的工作過程如下1、 接口識別將本實用新型通過USB線接入到計算機後，計算 機會自動監測到有設備插入，並且向插入設備發出讀取設備序號的命 令，本實用新型送出設備的Vendor ID和Product ID作為回應。2、 驅動程序安裝計算機根據返回的序號安裝相應得驅動程序， 驅動程序安裝好以後會自動將驅動程序裡面專門為CY7C68013A編寫 的固件程序通過USB接口下載到晶片內部。3、 FPGA初始化固件開始運行，首先會啟動初始化程序，對FPGA 進行初始化，寫對應寄存器的值，使得FPGA工作在正確的模式。4、 通過對應的軟面板，可以查找掛到當前總線的儀器，如果有 新增儀器，無須拔下本實用新型，只需刷新軟面板即可。本實用新型可以控制所有帶GPIB接口的儀器，即插即用，通過 系統所帶的驅動程序和軟面板，可以自動掃描到GPIB總線的上電設 備，如果系統新增儀器，無須斷電，只需刷新軟體即可。
權利要求1、一種USB-GPIB接口轉換裝置，包括GPIB接口、總線驅動器、FPGA單元、CPU單元、USB接口，其特徵在於GPIB總線、GPIB接口、總線驅動器、FPGA單元、CPU單元、USB接口、USB總線依次雙向連接，USB接口輸出端連接電源模塊，電源模塊輸出端連接FPGA單元和CPU單元電源輸入端。
專利摘要本實用新型涉及一種USB-GPIB接口轉換裝置，它由下述部分組成GPIB總線、GPIB接口、總線驅動器、FPGA單元、CPU單元、USB接口、USB總線依次雙向連接，USB接口輸出端連接電源模塊，電源模塊輸出端連接FPGA單元和CPU單元電源輸入端。本實用新型可以使得PC機通過USB接口對帶GPIB接口的儀器實現實時快速的控制，其優點是使用簡單、接口方便、體積輕巧。
文檔編號G06F13/40GK201084145SQ20072012611
公開日2008年7月9日 申請日期2007年10月19日 優先權日2007年10月19日
發明者李淑霞, 石俊斌, 濤 趙, 郭恩全 申請人:陝西海泰電子有限責任公司