De HP-IB bus (Computertechniek)

door loek , Exloo (Drenthe), 23-10-2016, 14:58 (2952 dagen geleden)
Gewijzigd door loek, 23-10-2016, 15:28

Hallo Forum lezers,

Na vele pogingen is het toch gelukt om een goedkope oplossing te vinden om meetapparaten met een computer aan te sturen via de GPIB bus.

Voor een aantal van jullie zal de naam GPIB waarschijnlijk niets zeggen. Deze letters staan voor General Purpose Interface Bus.

Dit type bus is in de perioden rondom 1976 ontwikkeld. HP was de eerste die deze bus inbouwde in de professionele meetapparaten met de naam HP-IB . Maar andere fabrikanten zoals Tektronix gingen deze bus ook gebruiken en toen werd de naam GPIB en later werd het een officiële standaard onder de naam IEEE-488 bus.

De bus bestaat uit 8 draden voor data overdracht en nog eens 8 draden voor control- signalen waarvan er weer 3 in gebruik zijn voor handshaking.

De bedoeling is dat je meerdere meetapparaten via een soort doorlus kabel doorverbind met een computer. In totaal kon je zo 31 meetapparaten tegelijk koppelen

Op ieder meetapparaat apparaat zitten een aantal schakelaars waarmee een uniek adres ingesteld kan worden.

De computer waarmee je de meetapparaten kon besturen had dus ook een speciale HP-IB connector en de programmeer taal was Basic. HP had als start de HP-85 computer waarmee je rechtstreeks alle meetapparaten kon aansturen. Maar ook de PET computer had deze interface

In latere perioden kon je een willekeurige PC voorzien van een HP-IB bus door het plaatsen van een kaart in een slot.

Wat kon je nu zoal met deze besturing?

In mijn werkzame perioden bij PTT/KPN kwam in de tijd dat er nog analoge telefonie was steeds meer gebruikers die via een modem computer signalen over de telefoonlijn verstuurde.

Op de internationale versterkte verbindingen werden de telefoongesprekken via analoge methode dus via modulatie gestapeld naar banden waar dan bijvoorbeeld 30 of meer gesprekken in zaten.
Dit alles was dus berekend op een signaal dichtheid van wat er door spraak veroorzaakt werd. Maar modem signalen hadden een heel ander dichtheid patroon.

Kon ons net dat wel aan was de vraag? En was dit nu werkelijk zo dat die dichtheid toe nam?

Dat was nu typisch zo iets dat uitstekend met de nieuwe apparatuur onder besturing van een computer gemeten kon worden.

Er werd een punt in de infrastructuur uitgezocht waar de draaggolf rond de 30 MHz lag daar zaten dus duizenden gesprekken in. Op dat punt werd een door de computer (HP85) bestuurde selectieve niveau meter ( Anritsu ML422B1) aangesloten die met een instelbare bandbreedte kon meten van 10 HZ en 3200 Hz.

Als eerste werd de piloot toon van een groep gemeten hiermee was het absolute niveau bekend op dat punt. Daarna werden alle kanalen met een bandbreedte van 3200 Hz op niveau gemeten en dat gin dan weer verder met de volgende groep en zo dagen/weken door. Daarna konden de resultaten uit de computer geanalyseerd worden.
Dit soort werk was voor de komst van deze computer bestuurde metingen bijna onmogelijk.
Overigens was de eindconclusie dat het allemaal wel mee viel met deze overbelasting.

Zo nu misschien wat meer duidelijk is wat een HP-IB bus is en wat je er mee kunt doen.
Zelf heb ik in de loop der jaren al 8 meetinstrumenten met een HP IB bus en had nog nooit een poging gedaan om deze bus te gaan gebruiken.

De makkelijkste oplossing zou natuurlijk zijn om een HP85 computer of iets dergelijks uit die tijd aan te schaffen. Maar vergeleken met de huidige computers zouden de mogelijkheden dan zeer beperkt zijn.

Een kaart plaatsen in een slot van je computer is bij de nieuwe computers ook al niet meer mogelijk (geen slot meer aanwezig). Je zou dan dus eigenlijk alleen nog op een XP of lager kunnen werken.

Ook nu wordt er nog veel gebruik gemaakt wordt van de HP-IB bus . Door verschillende leveranciers worden adapters op de markt gebracht die van HP-IB naar USB converteren.

Dat keek mij de juiste oplossing.
Helaas zijn de officiële adapters van bijvoorbeeld Tektronix of Agilent heel erg duur (300 tot 600 Euro)zeker voor een experiment .

Er zijn ook wat goedkopere adapters in de handel onder andere van Prologix maar ook deze kosten nog rond de 150 Euro. Deze type hebben dan vaak weer de nare eigenschap dat ze specifiek werken op één soort software.

Uiteindelijk ben ik gaan zoeken naar de zelfbouw adapters. Via een aantal ontwerpen ben ik uiteindelijk gekomen op het ontwerp van Anders Gustafsson.

Dit ontwerp werkt zeer goed en is zeer flexibel. Er zit zelfs een mogelijkheid in om een debugger in te schakelen met verschillende niveaus . Het resultaat van de debugger komt dus op een aparte RS232 uitgang zodat je op een terminal kan zien wat er bijvoorbeeld uit de HP-IB bus komt of wat er gezonden wordt op de USB bus. Tijdens het uitproberen heb ik regelmatig contact gehad met Anders Gustafsson en daarbij was hij zeer behulpzaam. Door deze contacten is er ook nog een nieuwe release gekomen.
De adapter is gemaakt met een PIC 18F2550 processor alle informatie en software voor de PIC zijn te vinden op onderstaande link.
http://www.dalton.ax/gpib/

De adapter is dus uitsluitend nodig om alle opdrachten van de computer die via de USB bus komen te vertalen naar de HP-IB bus en handshake signalen ( visa versa).

Er zitten nog wel wat extra onderdelen op de print om wat leds aan te sturen maar deze zijn niet noodzakelijk. Ik heb op mijn adapter een MAXIM ic aangebracht om van TTL naar RS232 niveau te gaan voor de debug uitgang. Er zitten ook wat componenten op voor een externe voeding mogelijk te maken. Maar ook dat is niet noodzakelijk.

Naast de adapter heb je een programma nodig waarmee je de commando’s naar de meetapparaten kan sturen en waarmee je de resultaten kan ontvangen en verwerken. Dit was dus ter vergelijking met vroeger het Basic programma van de HP85.

Ook hier zijn weer allemaal professionele programma’s voor te koop (maar weer duur) . Er was ook een prachtig programma EZGPIB . Dat werkt goed, maar de maker is inmiddels overleden en er is dus geen onderhoud meer mogelijk. Bij het uit testen kwamen er regelmatig vreemde dingen te voor schijn en onderzoek na de oorzaak is dus helaas niet mogelijk. Er was ook nog een mogelijkheid van PYTHON maar dat was achteraf helemaal nieuwe worden leren.

Uiteindelijk heb ik gekozen voor besturing via Excel en VBA (een soort Basic) van Windows. In eerste instantie zou je niet denken aan Excel voor technische besturing van meetapparaten maar het wekt geweldig. Ik zelf heb Excel 2007 op Windows 7(64bit). De communicatie modulen komen van internet. Het leuke is dat je de resultaten gelijk weer kan bewerken in Excel naar grafieken.

Als voorbeeld heb ik nu twee meetapparaten via de adapter met Excel bestuurd.
Het eerste apparaat is een programmeerbare current-source van Keithly type 220 en het tweede apparaat is een DMM van Keithly type 197

Op de uitgang van de current source is een silicium dioden aangesloten. Een daar over heen is de DMM aangesloten.

In het Excel programma wordt de stroom ingesteld met een start en eindwaarde. Ook word de verhoging van de stroom per stap ingesteld en de hoogte van de openspanning.

Na het indrukken van start gaat de current steeds een stap hoger en wordt door de DMM de spanning gemeten die over de dioden staat. Op deze manier krijg je dus de I/V karakteristiek te zien. Door een vinkje aan te geven kan je het beide assen nog een andere schaal (Ohm) of logaritmisch maken.

Ik heb dit als voorbeeld genomen niet zozeer voor meten aan een dioden maar omdat voor het repareren en controle van draaispoel meters uit de AVO buizentesters 160/MK4 een stroombron nodig is van 1 tot 32 uA om de schaaldekking te controleren.

Uit ervaring weet ik dat soms bij een stroomwaarde , kortsluiting optreed in een wikkeling van de draaispoel meter. De current-source zal dus de stroom in dat geval gelijk houden maar je ziet dan nu wel de spanning veranderen. De geteste meter had dit op enkele punten van het schaal bereik en het leek er dan op dat de meter “tapwrijving” had. Je zou met dit programma ook het bereik van een DMM kunnen testen. Dit is zo maar een voorbeeld van de mogelijkheden.
Ik heb nog een scoop , signaal generator, functie generator die via deze bus aangestuurd kunnen worden. Daar moet nog mee geëxperimenteerd worden.

Ik hoop dat jullie wat gehad hebben aan mijn ervaring met vriendelijke groet,

Loek