USB-GPIB接口转换装置[实用新型专利]

[12]实用新型专利说明书专利号 ZL

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[51]Int.CI.

G06F 13/40 (2006.01)

[45]授权公告日2008年7月9日[22]申请日2007.10.19[21]申请号200720126114.6

[73]专利权人陕西海泰电子有限责任公司

地址710075陕西省西安市高新区高新1路18号[72]设计人郭恩全 李淑霞 石俊斌 赵涛

[11]授权公告号CN 201084145Y

[74]专利代理机构西安文盛专利代理有限公司

代理人彭冬英

权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页

[]实用新型名称

USB－GPIB接口转换装置

[57]摘要

本实用新型涉及一种USB－GPIB接口转换装置，它由下述部分组成：GPIB总线、GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口、USB总线依次双向连接，USB接口输出端连接电源模块，电源模块输出端连接FPGA单元和CPU单元电源输入端。本实用新型可以使得PC机通过USB接口对带GPIB接口的仪器实现实时快速的控制，其优点是：使用简单、接口方便、体积轻巧。

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权 利 要 求 书

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1.一种USB-GPIB接口转换装置，包括GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口，其特征在于：GPIB总线、GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口、USB总线依次双向连接，USB接口输出端连接电源模块，电源模块输出端连接FPGA单元和CPU单元电源输入端。

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说 明 书

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USB-GPIB接口转换装置

技术领域

本实用新型属于计算机通信接口技术领域，特别涉及一种USB-GPIB接口转换装置。 背景技术

在测试测量系统中使用的大多数台式仪器都配置有GPIB接口，而现在的PC机大多数无法和其直接相连，故要实现PC机对仪器的控制必须使用转换接口，通常的做法是使用仪器厂商提供的专用模块附件才能和计算机通信。 实用新型内容

本实用新型的目的是为计算机和台式仪器提供一个实现互联和通讯的简单方便实用的GPIB和USB接口转换装置。

为达到以上目的，本实用新型的采取如下技术解决方案：一种USB-GPIB接口转换装置，包括GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口，  GPIB总线、GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口、USB总线依次双向连接，USB接口输出端连接电源模块，电源模块输出端连接FPGA单元和CPU单元电源输入端。 本实用新型可以使得PC机通过USB接口对带GPIB接口的仪器实现实时快速的控制，其优点是；

1、使用简单。由于USB接口具有即插即用的优点，因此使用此接口时无须打开计算机和重新启动系统。

2、接口方便，GPIB使用的是公头插座，可以和仪器直接相连，无须外加延长线。

3、体积轻巧。由于本接口采用USB供电，无须外加电源，因此体积非常轻巧。 附图说明：

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图1是本实用新型的电路原理结构框图； 图2是CPU单元的电路原理图； 图3是FPGA单元的电路原理图； 图4是总线驱动器的电路原理图； 图5是电源模块的电路原理图； 图6是接口单元的电路原理图。 具体实施方式

如图1所示，本实用新型主要由下述部分组成：GPIB总线、GPIB接口、总线驱动器、FPGA单元、CPU单元、USB接口、USB总线依次双向连接，USB接口输出端连接电源模块，电源模块输出端连接FPGA单元和CPU单元电源输入端。 1、CPU单元

CPU单元功能主要是完成USB协议转换和对FPGA的控制，其电路主要是由USB2.0控制器芯片CY7C68013A，晶振电路，复位电路，EEPROM存储电路组成。 2、FPGA单元

FPGA单元功能是实现GPIB协议和状态转换，FPGA单元主要是由可编程逻辑芯片XC3S200，20Mhz晶振，EEPROM芯片，JTAG程序下载接口组成。XC3S200主要是实现GPIB协议的翻译和转换，20Mhz晶振作为XC3S200的输入时钟，可以为系统提供精准的参考。EEPROM芯片存储的是FPGA的程序，在上电初始，此程序会引导到FPGA中。JTAG程序下载接口可以将程序下载到EEPROM或者XC3S200中，实现在线编程。

3、总线驱动器

总线驱动器由SN75ALS160和SN75ALS162组成，他们主要的功能是增强GPIB总线信号的驱动功能，以便可以控制多达14台仪器； 4、电源模块

电源模块的主芯片由TPS75003组成，它可以提供三种电源输出，1.2V，2.5V以及3.3V，其中3.3V和1.2V为开关电源，2.5V为LDO。

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三种电源分别作为FPGA的内核电源，辅助电源以及I/O电源，其中3.3V还作为CY7C68013A的电源。电源模块负责给整个系统供电，无须外部供电，直接从USB接口上取电； 5、接口单元

包括USB接口和GPIB接口。接口单元中的USB接口为Mini USB接口，通过标准的USBA转Mini USB线可以和计算机直接相连。GPIB接口是24针公头插座，便于和仪器直接相连，无须扩展线。 如图2所示，CPU单元包括CY7C68013A芯片，它通过GPIF接口与FPGA相连，以实现对FPGA的控制；D0～D7为数据口，接FPGA上对应的用来交换数据的I/O，AD0～ADR7为地址线，接到FPGA上对应的地址I/O，实现对寄存器读写的地址选择。CT0～CT5为输出控制线，RDY0～RDY5为输入控制线，两者均接到FPGA的I/O上。USB信号线与USB接口相连。两脚晶振Y1和电容C13、C15组成的晶振电路，由电阻R23，电容C33组成的上电复位电路，集成电路芯片U8组成的EEPROM存储电路，它通过I2C总线与CY7C68013A相连，可以存放厂家和产品的序列号。CY7C68013A芯片是CPU核心部分，他通过固件程序实现与上位机和FPGA的数据传输。

如图3所示电源模块包括3.3V开关电源部分，1.2V开关电源部分，2.5V的LDO电源部分。其中由三极管Q1、电感L1、二极管D1、电容C7和C16组成的1.2V开关电源作为FPGA的内核电压，连接到FPGA的VCCINT上；三极管Q2、电感L2、二极管D2、电容C11、C46、电阻R3和R6组成的3.3V开关电源作为FPGA的I/O电源和CY7C68013A的电源，分别连接到FPGA的VCCO和CY7C68013A的VCC、AVCC上，电阻R3和R6组成反馈电路。电阻R4、R5、电容C14组成的2.5V电源作为FPGA的辅助电压连接到VCCAUX上，电阻R4和R5组成反馈电路。电源系统的供电来自USB接口，直接通过USB插座引入电流。

图4所示的是由SN75ALS160和SN75ALS162组成的GPIB接口驱动器电路，其目的是为了提高接口的驱动能力，驱动接口的数据输入

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DIO1_M～DIO8_M以及控制信号通过分压阻排RN2、RN3、RN4、RN5与FPGA的I/O上对应的GPIB接口信号相连，输出端接GPIB插座，这样就实现了信号的双向交换。

图5是FPGA单元电路原理图，主要由集成电路芯片JP1，U3，U6三部分组成，集成电路芯片JP1是JTAG接口，通过下载器，可以将代码下载到EEPROM(U3)中，也可以下载到FPGA芯片(U6)中。EEPROM中存储FPGA的程序代码，一旦系统上电，它里面的程序就会自动引导到FPGA中。FPGA是系统的核心部分，他实现IEEE488的所有协议，不但控制驱动单元，还要和CPU单元进行数据交换。 图6为接口单元，分为USB接口和GPIB接口两部分。USB接口主要是由USB插座JP3，ESD芯片U7，滤波器L3三部分组成，其中ESD芯片主要是为了提高接口的静电释放能力，滤波器L3可以提高USB信号质量，降低系统EMC的影响。GPIB插座为24针公头插座，并且带屏蔽外壳。

本实用新型的工作过程如下：

1、接口识别：将本实用新型通过USB线接入到计算机后，计算机会自动监测到有设备插入，并且向插入设备发出读取设备序号的命令，本实用新型送出设备的VendorID和ProductID作为回应。 2、驱动程序安装：计算机根据返回的序号安装相应得驱动程序，驱动程序安装好以后会自动将驱动程序里面专门为CY7C68013A编写的固件程序通过USB接口下载到芯片内部。

3、FPGA初始化：固件开始运行，首先会启动初始化程序，对FPGA进行初始化，写对应寄存器的值，使得FPGA工作在正确的模式。 4、通过对应的软面板，可以查找挂到当前总线的仪器，如果有新增仪器，无须拔下本实用新型，只需刷新软面板即可。 本实用新型可以控制所有带GPIB接口的仪器，即插即用，通过系统所带的驱动程序和软面板，可以自动扫描到GPIB总线的上电设备，如果系统新增仪器，无须断电，只需刷新软件即可。

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说 明 书 附 图

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