IEEE-488

In den späten 1960er Jahren stellte Hewlett-Packard (HP) ^[1] verschiedene automatisierte Test- und Messinstrumente wie Digitalmultimeter und Logikanalysatoren her . Sie entwickelten den HP Interface Bus (HP-IB) , um eine einfachere Verbindung zwischen Instrumenten und Controllern (Computer und andere Instrumente) zu ermöglichen.

Der Bus war mit der damaligen Technologie relativ einfach zu implementieren, wobei ein einfacher paralleler Bus und mehrere einzelne Steuerleitungen verwendet wurden. Beispielsweise waren der HP 59501 Power Supply Programmer und der HP 59306A Relay Actuator relativ einfache HP-IB-Peripheriegeräte, die in TTL implementiert wurden , ohne dass ein Mikroprozessor erforderlich war.

HP hat die HP-IB-Patente gegen eine geringe Gebühr an andere Hersteller lizenziert. Es wurde als GPIB (General Purpose Interface Bus) bekannt und wurde de facto zum Standard für die automatisierte und industrielle Instrumentensteuerung. Als GPIB populär wurde, wurde es von verschiedenen Standardorganisationen formalisiert .

1975 standardisierte das IEEE den Bus als Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation , IEEE 488 ; Es wurde 1978 überarbeitet (IEEE 488-1978). ^[2] Der Standard wurde 1987 überarbeitet und als IEEE 488.1 (IEEE 488.1-1987) umbenannt. Diese Standards formalisierten die mechanischen, elektrischen und grundlegenden Protokollparameter von GPIB, sagten jedoch nichts über das Format von Befehlen oder Daten aus.

1987 führte IEEE Standardcodes, Formate, Protokolle und allgemeine Befehle ein , IEEE 488.2 . Es wurde 1992 überarbeitet. ^[3] IEEE 488.2 enthielt grundlegende Syntax- und Formatkonventionen sowie geräteunabhängige Befehle, Datenstrukturen, Fehlerprotokolle und dergleichen. IEEE 488.2 basiert auf IEEE 488.1, ohne es zu ersetzen. Geräte können IEEE 488.1 entsprechen, ohne IEEE 488.2 zu befolgen.

Während IEEE 488.1 die Hardware und IEEE 488.2 das Protokoll definierte, gab es noch keinen Standard für instrumentenspezifische Befehle. Die Befehle zur Steuerung derselben Instrumentenklasse, z. B. Multimeter, variierten zwischen Herstellern und sogar Modellen.

Die United States Air Force ^[4] und später Hewlett-Packard erkannten dies als Problem. 1989 entwickelte HP seine TML-Sprache ^[5], die der Vorläufer der 1990 als Industriestandard eingeführten Standardbefehle für programmierbare Instrumente (SCPI) war. ^[6] SCPI fügte allgemeine Standardbefehle und eine Reihe von Instrumentenklassen mit entsprechenden hinzu klassenspezifische Befehle. SCPI hat die IEEE 488.2-Syntax vorgeschrieben, jedoch andere (Nicht-IEEE 488.1) physische Transporte zugelassen.

Die IEC entwickelte parallel zur IEEE ihre eigenen Normen, wobei die IEC 60625-1 und die IEC 60625-2 (IEC 625) später durch die IEC 60488 ersetzt wurden .

National Instruments führte eine abwärtskompatible Erweiterung von IEEE 488.1 ein, die ursprünglich als HS-488 bekannt war . Die maximale Datenrate wurde auf 8 MByte / s erhöht , obwohl die Rate abnimmt, wenn mehr Geräte an den Bus angeschlossen werden. Dies wurde 2003 (IEEE 488.1-2003) ^[7] über die Einwände von HP in den Standard aufgenommen . ^{[8] [9]}

Im Jahr 2004 kombinierten IEEE und IEC ihre jeweiligen Standards zu einem "Dual Logo" IEEE / IEC-Standard IEC 60488-1 , Standard für ein Protokoll mit höherer Leistung für die digitale Standardschnittstelle für programmierbare Instrumente - Teil 1: Allgemein , ^[10] ersetzt IEEE 488.1 / IEC 60625-1 und IEC 60488-2 , Teil 2: Codes, Formate, Protokolle und allgemeine Befehle , ^[11] ersetzen IEEE 488.2 / IEC 60625-2. ^[12]

IEEE 488 ist ein elektrisch paralleler 8-Bit- Bus, der 16 Signalleitungen verwendet - acht für die bidirektionale Datenübertragung, drei für den Handshake und fünf für das Busmanagement - sowie acht Erdungsrückleitungen.

Der Bus unterstützt 31 Fünf-Bit-Primärgeräteadressen, die von 0 bis 30 nummeriert sind, und weist jedem Gerät auf dem Bus eine eindeutige Adresse zu. ^{[13] [14]}

Der Standard ermöglicht es bis zu 15 Geräten, einen einzelnen physischen Bus mit einer Gesamtkabellänge von bis zu 20 Metern gemeinsam zu nutzen. Die physikalische Topologie kann linear oder sternförmig (gegabelt) sein. ^[15] Aktive Extender ermöglichen längere Busse, wobei theoretisch bis zu 31 Geräte auf einem logischen Bus möglich sind.

Steuerungs- und Datenübertragungsfunktionen sind logisch getrennt. Ein Controller kann ein Gerät als "Sprecher" und ein oder mehrere Geräte als "Zuhörer" ansprechen, ohne an der Datenübertragung teilnehmen zu müssen. Es ist möglich, dass mehrere Controller denselben Bus gemeinsam nutzen, es kann jedoch immer nur einer der verantwortlichen Controller sein. ^[16]

Im ursprünglichen Protokoll verwenden Übertragungen einen verriegelten, drahtgebundenen Drei-Draht - Handshake. ^[17] Die maximale Datenrate beträgt etwa ein Megabyte pro Sekunde. Die spätere HS-488-Erweiterung lockert die Handshake-Anforderungen und ermöglicht bis zu 8 MByte / s. Das am langsamsten teilnehmende Gerät bestimmt die Geschwindigkeit des Busses. ^[18]

IEEE 488

Pin out
IEEE 488-Buchse
Pin 1	DIO1	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 2	DIO2	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 3	DIO3	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 4	DIO4	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 5	EOI	Beenden oder identifizieren.
Pin 6	DAV	Daten gültig.
Pin 7	NRFD	Nicht bereit für Daten.
Pin 8	NDAC	Keine Daten akzeptiert.
Pin 9	IFC	Schnittstelle klar.
Pin 10	SRQ	Service-Anfrage.
Pin 11	ATN	Beachtung.
Pin 12	SCHILD
Pin 13	DIO5	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 14	DIO6	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 15	DIO7	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 16	DIO8	Dateneingabe- / Ausgabebit.
Pin 17	REN	Remote-Aktivierung.
Pin 18	GND	(Draht mit DAV verdrillt)
Pin 19	GND	(Draht mit NRFD verdrillt)
Pin 20	GND	(Draht mit NDAC verdrillt)
Pin 21	GND	(Draht mit IFC verdrillt)
Pin 22	GND	(Draht mit SRQ verdrillt)
Pin 23	GND	(Draht mit ATN verdrillt)
Pin 24	Logikgrund

IEEE 488 spezifiziert eine 24-pin Amphenol -designed micro ribbon Stecker. Mikroband-Steckverbinder haben eine D-förmige Metallhülle, sind jedoch größer als D-Subminiatur- Steckverbinder. Sie werden manchmal als "Centronics-Steckverbinder" bezeichnet, nachdem der 36-polige Mikroband- Steckverbinder Centronics für ihre Drucker verwendet wurde.

Ein ungewöhnliches Merkmal von IEEE 488-Steckverbindern ist, dass sie üblicherweise ein "Doppelkopf" -Design verwenden, mit einem Stecker auf der einen Seite und einer Buchse auf der anderen Seite. Dies ermöglicht das Stapeln von Steckverbindern für eine einfache Verkettung . Mechanische Überlegungen begrenzen die Anzahl der gestapelten Steckverbinder auf vier oder weniger, obwohl eine Problemumgehung, bei der die Steckverbinder physisch unterstützt werden, dies möglicherweise umgehen kann.

Sie werden durch Schrauben an Ort und Stelle gehalten, entweder UTS (inzwischen weitgehend veraltet) oder metrische Gewinde M3,5 × 0,6 . Frühere Versionen des Standards schlugen vor, dass metrische Schrauben geschwärzt werden sollten, um Verwechslungen mit den inkompatiblen UTS-Gewinden zu vermeiden. Bei der Überarbeitung von 1987 wurde dies jedoch aufgrund der Verbreitung von metrischen Threads nicht mehr als notwendig angesehen. ^[19]

Die Norm IEC 60625 schreibt die Verwendung von 25-poligen D-Subminiatur- Steckverbindern vor (die gleichen wie für den parallelen Anschluss bei IBM PC-kompatiblen Geräten ). Dieser Steckverbinder hat gegenüber dem etablierten 24-poligen Steckverbinder keine signifikante Marktakzeptanz erlangt.

IEEE-488-Anschluss mit aufgelisteten Funktionen eines Spektrumanalysators .

Weitere Informationen finden Sie unter Tektronix. ^[20]

Die Entwickler von HP planten nicht speziell, dass IEEE 488 eine Peripherieschnittstelle für Allzweckcomputer sein sollte. Der Schwerpunkt lag auf der Instrumentierung. Als die frühen Mikrocomputer von HP eine Schnittstelle für Peripheriegeräte ( Festplatten , Bandlaufwerke , Drucker , Plotter usw.) benötigten, war HP-IB leicht verfügbar und leicht an den Zweck anzupassen.

HP - Computer Produkte , die verwendeten HP-IB enthielten die HP - Serie 80 , HP 9800 Serie , ^[21] die HP 2100 - Serie, ^[22] und die HP 3000 - Serie. ^[23] HP Computerperipheriegeräte, die die RS-232-Kommunikationsschnittstelle nicht verwendeten, verwendeten häufig HP-IB, einschließlich Disc-Systemen wie dem HP 7935 . Einige der fortschrittlichen Taschenrechner von HP aus den 1980er Jahren, wie die HP-41- und HP-71B- Serie, verfügten über IEEE 488-Funktionen über ein optionales HP-IL / HP-IB-Schnittstellenmodul.

Andere Hersteller haben GPIB auch für ihre Computer übernommen, beispielsweise für die Tektronix 405x- Reihe.

Die Commodore PET-Produktreihe (eingeführt 1977) verband ihre Peripheriegeräte über den IEEE 488-Bus, jedoch mit einem nicht standardmäßigen Kartenrandanschluss. Die folgenden 8-Bit-Maschinen von Commodore verwendeten einen seriellen Bus, dessen Protokoll auf IEEE 488 basierte. ^[24] Commodore vermarktete eine IEEE 488-Kassette für den VIC-20 ^[25] und den Commodore 64. ^[26] Mehrere Drittanbieter von Commodore 64 Peripheriegeräte stellten eine Kassette für den C64 her, die eine von IEEE 488 abgeleitete Schnittstelle an einem Kartenrandanschluss bereitstellte, der dem der PET-Serie ähnlich war. ^[27]

Schließlich ersetzten schnellere, vollständigere Standards wie SCSI IEEE 488 für den Peripheriezugriff.

Elektrisch verwendete IEEE 488 eine Hardwareschnittstelle, die mit einer diskreten Logik oder mit einem Mikrocontroller implementiert werden konnte. Über die Hardwareschnittstelle konnten Geräte verschiedener Hersteller mit einem einzigen Host kommunizieren. Da jedes Gerät die für das Busprotokoll erforderlichen asynchronen Handshake-Signale erzeugte, konnten langsame und schnelle Geräte auf einem Bus gemischt werden. Die Datenübertragung ist relativ langsam, sodass Übertragungsleitungsprobleme wie Impedanzanpassung und Leitungsabschluss ignoriert werden. Es war keine galvanische Trennung zwischen Bus und Geräten erforderlich , wodurch die Möglichkeit bestand , dass Erdschleifen zusätzliches Rauschen und Datenverlust verursachten.

Die IEEE 488-Steckverbinder und -Kabel waren physisch robust und wurden durch Schrauben an Ort und Stelle gehalten. Während physikalisch große und robuste Steckverbinder bei Industrie- oder Laboraufbauten von Vorteil waren, waren Größe und Kosten der Steckverbinder bei Anwendungen wie PCs eine Gefahr.

Obwohl die elektrischen und physikalischen Schnittstellen gut definiert waren, gab es keinen anfänglichen Standardbefehlssatz. Geräte verschiedener Hersteller verwenden möglicherweise unterschiedliche Befehle für dieselbe Funktion. ^[28] Einige Aspekte der Befehlsprotokollstandards wurden erst 1990 durch Standardbefehle für programmierbare Instrumente (SCPI) standardisiert . Implementierungsoptionen (z. B. Ende der Übertragungsabwicklung) können die Interoperabilität in Geräten vor IEEE 488.2 erschweren.

Neuere Standards wie USB , FireWire und Ethernet nutzen die sinkenden Kosten der Schnittstellenelektronik, um komplexere Standards mit höherer Bandbreite zu implementieren. Die Mehrleiteranschlüsse (parallele Daten) und das abgeschirmte Kabel waren von Natur aus teurer als die Anschlüsse und Kabel, die mit seriellen Datenübertragungsstandards wie RS-232 , RS-485 , USB, FireWire oder Ethernet verwendet werden konnten. Nur sehr wenige PCs oder Peripheriegeräte für den Massenmarkt (wie Drucker oder Scanner) haben IEEE 488 implementiert.

• Standardbefehle für programmierbare Instrumente (SCPI)
• PCI-Erweiterungen für die Instrumentierung (PXI)
• LAN-Erweiterungen für die Instrumentierung (LXI)
• Software-Architektur für virtuelle Instrumente (VISA)
• HP Serie 80
• Rocky Mountain GRUNDLAGEN
• CBM-Bus , ein proprietärer serieller Bus von Commodore

• IEC 60488-1: Hochleistungsprotokoll für die digitale Standardschnittstelle für programmierbare Instrumente . Teil 1: Allgemeines. Internationale Elektrotechnische Kommission. 15.07.2004.
• IEC 60488-2: Digitale Standardschnittstelle für programmierbare Instrumente . Teil 2: Codes, Formate, Protokolle und allgemeine Befehle. Internationale Elektrotechnische Kommission. 07.05.2004.
• GPIB / IEEE 488 Tutorial für mehrere Seiten