il y a quelques mois, je discutais du contrôle de l’équipement GPIB avec un collègue. Seul uniquement sur mon sentiment d’intestin et le brefs des recherches, je lui ai dit que les solutions coûteuses et propriétaires de contrôleur GPIB puissent être facilement remplacées par des outils open-source et Linux. Dans les nombreuses semaines qui ont suivi, j’ai presque abandonné ma position plusieurs fois par frustration. Avec une certaine persévérance, rompez les problèmes en morceaux de taille, et beaucoup de recherche en ligne à apprendre des expériences des autres personnes, mon plan a finalement réussi. Je n’ai pas abandonné ma position d’origine entièrement, j’ai pris quelques étapes et ajouté des qualificatifs.

Qu’est-ce que GPIB?

Exemple de diagramme de bloc HP-IB des années 1970, de HP9845.NET
De retour dans les années 1960, si l’équipement de test était interconnecté du tout, il n’y avait aucune méthode convenue pour le faire. À la fin des années 60, la situation a été quelque peu mieux améliorée par les systèmes de contrôleur de cage-cage. Celles-ci détiennent un certain nombre de cartes d’interface, une par instrument, présentant une interface commune sur le fond de panier. Bien que cette approche soit utilisable, les ingénieurs HP ont réalisé qu’ils pouvaient améliorer considérablement le concept pour inclure ces “cartes de circuit de pontage” dans les instruments et en remplaçant le fond de panier de cage de carte avec des câbles passifs. Ainsi a commencé le développement de ce qui est devenu le bus d’interface Hewlett-Packard (HP-IB). Le numéro d’octobre 1972 de la Journal HP a introduit HP-IB avec deux articles principaux: un système d’interface pratique pour les instruments électroniques et une interface numérique commune pour les instruments programmables: l’évolution d’un système.

Pour surmonter de nombreux problèmes rencontrés dans les instruments interconnectés et les appareils numériques, un nouveau système d’interface a été défini. Ce système offre une nouvelle facilité et une nouvelle flexibilité dans les interconnexions du système. Les instruments d’interconnexion pour une utilisation sur le banc de laboratoire, ainsi que dans les grands systèmes, deviennent désormais pratiques du point de vue économique.

HP a par la suite contribué à la CEI de la CEI, où elle est devenue une norme internationale. En quelques années, il est devenu ce que nous connaissons aujourd’hui en tant que GPIB (bus d’interface à usage général) ou IEEE-488, d’abord formalisé en 1975.

La tâche à accomplir

Pourquoi ai-je besoin d’utiliser une interface de communication de 50 ans? Étant donné que GPIB était l’interface de facto pendant tant d’années, de nombreux équipements de test utilisés peuvent être trouvés sur le marché de la seconde main pour des prix très raisonnables, beaucoup moins chers que leurs homologues modernes. En outre, les autres pièces d’équipement de test se retrouvent sur des bancs de laboratoire signifie que moins d’entre eux se retrouvent dans le système de recyclage ou des décharges. Mais je n’ai pas besoin de ces justifications – le plaisir et la sensation nostalgique de cette vieille vitesse est suffisamment pour moi.

Diagramme d’un Digipot typique, TPL0501 (de la bibliothèque de l’article Digikey)
Mais pourquoi voudriez-vous parler à votre équipement de test sur une interface informatique en premier lieu? Dans mon cas, j’ai eu un projet où je devais calibrer la résistance d’un Digipot à chacune de ses positions d’essuie-glace programmables. Cela me permettrait de créer un algorithme d’étalonnage basé sur des données mesurées, où vous pourriez entrer la valeur ohmique souhaitée et obtenir la valeur de registre d’essuie-glace correspondante. Bien sûr, je pourrais faire ces mesures à la main, mais avec 256 postes d’essuie-glace, cela deviendrait fastidieux réel rapide. Si vous souhaitez en savoir plus sur les Digipots, consultez cet article de la bibliothèque de Digikey sur les principes fondamentaux des potentiomètres numériques et sur la manière de les utiliser.

Banc de Keithley 195a d’occasion DMM de C.1982
J’ai marqué un multimètre numérique Keithley 195A usagé du début des années 1980. Il s’agit d’un banc de 5-1 / 2 chiffres DMM, et mon appareil dispose de l’option Modèle de 1950 AC / AMPS installé.

Plan d’action

Lorsque vous recherchez autour de vous, j’ai trouvé un papier de thèse (allemand) par [Thomas Klima] sur l’utilisation d’un bouclier d’interface GPIB facile à construire sur un PI de framboise ou un PI zéro pour communiquer avec les instruments de laboratoire. Son projet est open source et bien documenté sur les pages GitHub (version de la Raspberry Pi et la version Pi Zero ici) Son site Web Elektronomikon.

C’est un circuit simple, soutenant mon astuce de gut que GPIB n’est pas si compliqué et que vous pourriez probablement le frapper avec un 8051. J’ai assemblé le projet, et j’ai eu une framboise Pi Zero-w tout prêt à partir.

Module d’interface GPIB installé sur l’arrière de DMM

Module d’interface GPIB + Raspberry Pi Zero Interface

Software Wise, le bouclier utilise le module de noyau Linux existant Linux-GPIB. Il semblait facile d’installer et de faire fonctionner sur le PI en bref. Après quelques heures d’installation de Pyvisa et de certaines bibliothèques spécifiques aux instruments, je devrais enregistrer automatiquement des données avec des scripts Python en moins d’une journée. Hélas, la réalité ne correspond pas toujours à nos attentes.

Architecture GPIB

Bob “Pantalon fantaisie” Stern Operation Un rack d’équipement HP-IB en 1980
Un peu de perspective de fond sera utile pour comprendre le concept de GPIB. Si nous avons visité un laboratoire électronique dans les années 60, en utilisant un ordinateur pour contrôler des séquences de test répétitivesétait l’exception plutôt que la règle. Au lieu de cela, vous pouvez voir une bande magnétique, une bande de papier, des cartes magnétiques ou même des cartes sur lesquelles des commandes ont été marquées au crayon. et pour certains configurations, le contrôle informatique pourrait même pas être nécessaire. Par exemple, un capteur de température peut extraire directement sur un enregistreur de diagramme de bande ou enregistrer des valeurs sur un lecteur de bande magnétique. Si vous vous rappelez que c’est le monde dans lequel les ingénieurs HP ont été immergés, l’architecture a du sens.

OMR pour le programmateur de cartes marqué HP-3260A (de la collection de cartes Punch Jones), UNIV d’Iowa)
Le GPIB est un bus d’interconnexion flexible utilisant 15 signaux: bus de données 8 bits et 7 bits de lignes de contrôle. Tout appareil du bus peut être un auditeur passive ou un bavard actif. Un bavard peut parler à plusieurs appareils en même temps et les appareils peuvent soulever une interruption s’ils ont un événement qui doit être entretenu. Les périphériques sont interconnectés à l’aide de câblage et de connecteurs qui étaient petits pour leur journée, mais sont une nuisance par rapport à l’USB, Ethernet et le câblage en série d’aujourd’hui. Le connecteur Centronics à 24 broches permet une chaîne de marguerite facile des appareils, mais est une bête grossière – dans une pincée, vous pouvez utiliser un câble GPIB efficacement comme Nunchucks.

Les câbles GPIB peuvent servir de nunchucks dans une pincée
L’utilisation traditionnelle de GPIB était un ordinateur de contrôle central connecté une chaîne ou une grappe étoilée d’équipement de test. Cela a historiquement influencé le matériel d’interface GPIB disponible. Pendant des décennies, des cartes d’interface PCI ISA et une version ultérieure ont été installées dans des ordinateurs ou l’interface GPIB peut être intégrée si vous utilisiez un ordinateur HP. Ils avaient tendance à être un peu chers, mais comme une carte d’interface contrôlait tous les instruments, vous n’avez qu’une seule carte dans une configuration de test donnée. Les instruments nationaux sont devenus le leader du monde GPIB des cartes d’interface et de soutien des pilotes et des logiciels, mais leur logiciel propriétaire et leur réputation de prix escarpés sont un peu désactivés pour de nombreuses petites entreprises et des laboratoires à domicile.

Vous pouvez certainement mettre en œuvre une configuration de test automatique entièrement à l’aide de Câblage GPIB, de 1970s. Beaucoup de tels systèmes hérités existent toujours, en fait, et doivent encore maintenir. Mais plus que probablement, notre utilisation de GPIB ces jours-ci serait d’adapter un ou deux instruments afin qu’ils puissent être utilisés dans votre configuration de test non-GPIB, que le réseau local, USB, série ou une certaine combinaison de ceux-ci. Cela transforme les économies de la situation à l’envers et c’est pourquoi les adaptateurs GPIB à faible coût pour un seul instrument sont recherchés.

Carte PCI GPIB des instruments nationaux

Module d’interface USB GPIB de Keysight

Laisser les problèmes commencer

Le PI Zero-W a une connexion WiFi intégrée – En fait, c’est la seule connexion LAN, sauf si vous ne connectez pas de circuit externe. Mais je ne pouvais pas l’obtenir pour se connecter à mon routeur WiFi. Pour la plus longue période, je pensais que c’était une erreur de l’opérateur. J’ai assez de rabberry Pi 3s et 4s à l’aide du mode WiFi sans problème. Alors que j’ai commencé à résoudre le problème, j’ai appris que les outils de gestion de réseau dans Debian / Raspberry Pi OS ont changé au fil des ans. De nombreux tutoriels montrent différentes manières configurent des choses, certaines d’entre elles étant obsolètes.

Un Pi Zero-W sans tête était vraiment mort sans aucune connexion LAN, j’ai donc assemblé un nid de rat de câblage USB et un adaptateur HDMI afin que je puisse avoir au moins une invite et que vous avez commandé quelques adaptateurs USB-LAN pour me procurer temporairement en ligne. . Heures et heures d’idées de recherche et de test, j’ai enfin trouvé quelques postes obscurs qui ont suggéré que la radio de Pi Zero-W avait des problèmes de connexion dans certains pays – la Corée du Sud était sur cette liste.

En effet, c’était la question. Je pouvais changer temporairement le pays WiFi de mon routeur aux États-Unis et le PI Zero-W connecterais bien. Je ne pouvais pas le laisser comme ça, alors je suis retourné en Corée du Sud et continua à utiliser le câblage de LAN câblé pour mon travail immédiat. Ce problème particulier a une bonne fin, cependant. Sur les forums de Raspberry Pi, l’un de leurs ingénieurs a pu confirmer le bogue et soumis une demande de changement aux demi-conducteurs de cyprès. Quelques semaines plus tard, nous avons eu un projet de firmware mis à jour à tester. Cela a résolu le problème et j’espère être ajouté dans une version à venir.

Le routeur devient fou

À ce stade, j’ai un couple de pi Zeroes, un PI 4B et quelques adaptateurs USB-LAN travaillent tous. Étant donné que ces adaptateurs USB-LAN peuvent se déplacer – un adaptateur pourrait être sur l’ordinateur ABC d’aujourd’hui et sur l’ordinateur XYZ demain – j’ai soigneusement étiqueté chaque adaptateur et entré ses particuliers dans les fichiers / etc / hôtes et / etc / éthers sur mon routeur. et mon réseau est décédé rapidement. C’était difficile à résoudre, car la surprise, extraire des informations du routeur est gênante lorsque le réseau est gelé. J’ai finalement compris que j’avais traversé deux entrées pour les adaptateurs USB-LAN dans les tables du routeur, et cela conduisit OpenWrt Crazy.

Interfaces USB-LAN Obtenez des étiquettes d’adresse MAC
Cela a pris si longtemps à trouver et à résoudre, ma solution était un peu à la mer au recul. Tout d’abord, j’ai complètement essuyé le routeuret réinstallé le micrologiciel de zéro. J’ai également pris le temps de mieux organiser mon nom d’hôte et mes données de location statiques. J’ai trouvé cet essentiel de [Krzysztof Burghardt] qui convertit vos / etc / hôtes et / etc / éthers dans le fichier OpenWrt’s / etc / Config / DHCP, et a modifié celui-ci pour répondre à mes besoins. J’ai acheté un deuxième routeur de sauvegarde que je peux échanger rapidement si cela se produit à nouveau. Et dernier, mais surtout, j’ai rompu et j’ai acheté une imprimante d’étiquettes pour marquer clairement ces adaptateurs LAN USB avec leurs adresses MAC.

Prêt à partir

Mesurons!
Enfin, je suis prêt à faire du vrai travail sur mon projet. Ignorer les prospects volants en arrière-plan ne sont que pour le plaisir – ils vont à un analyseur logique de découverte analogique 2 pour observer les signaux GPIB. Le montre-bracelet est une tête de tête à ma paresse – je mettais un ancien smartphone sur un trépied pour regarder le compteur dans le laboratoire et le surveillé de mon bureau de bureau de bureau tout en testant des scripts Python. De temps en temps, la vidéo se bloquerait et j’ai utilisé la seconde main comme signe de savoir si les choses fonctionnaient sans heurts ou non. Dans la deuxième partie de cette saga, je vais conclure l’histoire de mesure, donner plus d’informations sur GPIB et ses révisions et afficher des graphiques de ma configuration de test automatisée.