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USB儀器將成測量儀器主流

發(fā)布時間:2008/5/26 0:00:00 訪問次數(shù):507

        

    

    0引言

    1993年英特爾公司的第五代微處理器奔騰問世,它使用的pci總線達到32位,時鐘33mhz,帶寬達到132 mb/s ~264mb/s。1995年為解決pc機傳統(tǒng)外設總線不能適應奔騰芯片的瓶頸,以pc供應商康柏、dec、ibm和軟件公司微軟為首推出了通用串行總線(usb),成立usb實施論壇(usbif),開始對usb進行推廣和認證。usb1.1版的低速率是1.5mbps,全速數(shù)據(jù)率是12mbps,主控制器將總線傳輸時間劃分為幀,每幀1ms,在幀時間內傳輸多個事務處理到多個器件上

    。usb總線的機械連接非常簡單,電纜是4芯的屏蔽線,一對雙絞線(d+,d-)傳送信號,另一對雙絞線(vbus,電源地)傳送+5v的直流電壓;連接器有a型(或小a型)和b型(或小b型)兩種。usb器件的即插即用(即熱插拔)是一個優(yōu)勢,對用戶來說,第一次插入usb器件時,通過手動或自動安裝驅動程序后就可以使用該器件。一個usb主控制器端口最多可連接127個器件,各器件之間的距離不超過5米。2000年usb2.0版規(guī)范推出,將usb總線的數(shù)據(jù)率提高到480mbps的高速,并向后兼容。在高速usb總線上,主控制器將每幀1ms再劃分成8個微幀,每個微幀125μs,能完成更多事務處理,使總的數(shù)據(jù)率提高40倍。

    usb接口規(guī)范將多種pc機外設具有相似特性的歸納為某一類,例如鼠標、鍵盤等屬于hid類,音響產(chǎn)品屬于audio類,cd、硬盤、閃存屬于mass storage類。微軟的windows操作系統(tǒng)為常用類別提供驅動程序,實現(xiàn)自動安裝。不在windows支持的usb器件(如測量儀器)需要提供自己的驅動程序,或者安裝程序將有關應用和驅動程序打包在一起,一次性完成器件的安裝。usbif負責對符合usb接口規(guī)范的硬件和程序作認證,發(fā)給認證標志。驅動程序還可獲得微軟硬件設備質量(whql)認證,實現(xiàn)在windows操作系統(tǒng)下的自動安裝。

    2000年后,臺式pc都增加了usb接口,筆記本電腦甚至安裝了兩個usb接口,F(xiàn)在數(shù)以億計的帶有usb接口的pc機在運行,數(shù)以十億計的pc機外設和其他設備,其中包括usb測量儀器使用usb接口。正是由于usb接口擁有大量pc機外設,使得usb接口的支持產(chǎn)品,包括控制器芯片、集成器和橋接器、電纜和連接器、驅動程序和安裝程序、開發(fā)工具等非常普及,加上usb接口的安裝方便、數(shù)據(jù)率較寬、容易擴展、即插即用、成本較低等特點,出現(xiàn)了更多使用usb接口的電子產(chǎn)品。

    1新興的usb測量儀器族

    usb接口進入測量儀器是從1998年開始的,當時iotech和ni兩家公司首先在他們的數(shù)據(jù)采集儀器中使用了usb接口,隨后許多著名儀器公司都接納了usb接口。最簡單的做法是增加usb作為外設接口,因為臺式測量儀器大部分裝有嵌入式微處理器,并且一部分臺式測量儀器采用內置奔騰處理器的windows平臺,所以安裝usb接口是順理成章的事情。2000年,橫河電機開始在數(shù)字示波器上安裝usb接口,之后安捷倫、力科、泰克亦在數(shù)字示波器上配備usb接口。2003年,因為安捷倫和ni在廣泛應用的虛擬儀器軟件結構(visa)的i/o層增加了對usb的支持,所以usb接口普遍被臺式、便攜式、模塊式測量儀器接受為標準接口之一。傳統(tǒng)的ieee488接口儀器和rs232接口儀器可以通過usb-ieee488和usb-rs232轉換器與臺式和筆記本電腦連接。

    經(jīng)過實際應用,證明usb接口在測量儀器中確實是簡單方便和低成本的互連技術,它在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得了令人矚目的成果。傳統(tǒng)上,pc平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡需要占用isa或pci插槽,以及從插卡引出至傳感器的大量線纜,數(shù)據(jù)采集增加時受pc機插槽數(shù)目、地址、中斷等硬件和軟件資源的限制,可擴展性較差,抗電磁干擾性能差,安裝拆卸困難,成本并不經(jīng)濟。隨著pc機配置usb接口和數(shù)據(jù)率的提高以及usb接口芯片價格的下降,使usb接插件和電纜較便宜,導致大量usb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的推出,售價從100美元至1000美元,很受用戶的歡迎。事實上,這種借助pc機配置的擴充總線或外設總線成果,用于測量儀器系統(tǒng)的成功經(jīng)驗已有先例,pci、pxi、vxi和即將公布的lxi各種總線的儀器擴展應用,都充分發(fā)揮了pc機的普及率高、產(chǎn)品成本低、使用方便等顯著特點。pc機市場比測量儀器市場大得多,投入的開發(fā)和制造資源極為豐富,這些都是優(yōu)勢,也是測量儀器業(yè)所不具備的。測量儀器業(yè)在20世紀60年代曾獨立開發(fā)出gpib總線(即ieee488),它是惠普公司經(jīng)10年努力獲得的成果,值得注意的是ieee488至今仍是臺式儀器的首選總線。自ieee488總線之后,ni公司提出虛擬儀器的概念,并借船出海,充分發(fā)揮pc機的硬件和軟件資源用于測量儀器,成績斐然,帶動了測量儀器的發(fā)展。

    但是,usb接口在測量儀器的擴展應用并無儀器公司或機構的推動,情況與ieee488、vxi、

        

    

    0引言

    1993年英特爾公司的第五代微處理器奔騰問世,它使用的pci總線達到32位,時鐘33mhz,帶寬達到132 mb/s ~264mb/s。1995年為解決pc機傳統(tǒng)外設總線不能適應奔騰芯片的瓶頸,以pc供應商康柏、dec、ibm和軟件公司微軟為首推出了通用串行總線(usb),成立usb實施論壇(usbif),開始對usb進行推廣和認證。usb1.1版的低速率是1.5mbps,全速數(shù)據(jù)率是12mbps,主控制器將總線傳輸時間劃分為幀,每幀1ms,在幀時間內傳輸多個事務處理到多個器件上

    。usb總線的機械連接非常簡單,電纜是4芯的屏蔽線,一對雙絞線(d+,d-)傳送信號,另一對雙絞線(vbus,電源地)傳送+5v的直流電壓;連接器有a型(或小a型)和b型(或小b型)兩種。usb器件的即插即用(即熱插拔)是一個優(yōu)勢,對用戶來說,第一次插入usb器件時,通過手動或自動安裝驅動程序后就可以使用該器件。一個usb主控制器端口最多可連接127個器件,各器件之間的距離不超過5米。2000年usb2.0版規(guī)范推出,將usb總線的數(shù)據(jù)率提高到480mbps的高速,并向后兼容。在高速usb總線上,主控制器將每幀1ms再劃分成8個微幀,每個微幀125μs,能完成更多事務處理,使總的數(shù)據(jù)率提高40倍。

    usb接口規(guī)范將多種pc機外設具有相似特性的歸納為某一類,例如鼠標、鍵盤等屬于hid類,音響產(chǎn)品屬于audio類,cd、硬盤、閃存屬于mass storage類。微軟的windows操作系統(tǒng)為常用類別提供驅動程序,實現(xiàn)自動安裝。不在windows支持的usb器件(如測量儀器)需要提供自己的驅動程序,或者安裝程序將有關應用和驅動程序打包在一起,一次性完成器件的安裝。usbif負責對符合usb接口規(guī)范的硬件和程序作認證,發(fā)給認證標志。驅動程序還可獲得微軟硬件設備質量(whql)認證,實現(xiàn)在windows操作系統(tǒng)下的自動安裝。

    2000年后,臺式pc都增加了usb接口,筆記本電腦甚至安裝了兩個usb接口,F(xiàn)在數(shù)以億計的帶有usb接口的pc機在運行,數(shù)以十億計的pc機外設和其他設備,其中包括usb測量儀器使用usb接口。正是由于usb接口擁有大量pc機外設,使得usb接口的支持產(chǎn)品,包括控制器芯片、集成器和橋接器、電纜和連接器、驅動程序和安裝程序、開發(fā)工具等非常普及,加上usb接口的安裝方便、數(shù)據(jù)率較寬、容易擴展、即插即用、成本較低等特點,出現(xiàn)了更多使用usb接口的電子產(chǎn)品。

    1新興的usb測量儀器族

    usb接口進入測量儀器是從1998年開始的,當時iotech和ni兩家公司首先在他們的數(shù)據(jù)采集儀器中使用了usb接口,隨后許多著名儀器公司都接納了usb接口。最簡單的做法是增加usb作為外設接口,因為臺式測量儀器大部分裝有嵌入式微處理器,并且一部分臺式測量儀器采用內置奔騰處理器的windows平臺,所以安裝usb接口是順理成章的事情。2000年,橫河電機開始在數(shù)字示波器上安裝usb接口,之后安捷倫、力科、泰克亦在數(shù)字示波器上配備usb接口。2003年,因為安捷倫和ni在廣泛應用的虛擬儀器軟件結構(visa)的i/o層增加了對usb的支持,所以usb接口普遍被臺式、便攜式、模塊式測量儀器接受為標準接口之一。傳統(tǒng)的ieee488接口儀器和rs232接口儀器可以通過usb-ieee488和usb-rs232轉換器與臺式和筆記本電腦連接。

    經(jīng)過實際應用,證明usb接口在測量儀器中確實是簡單方便和低成本的互連技術,它在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得了令人矚目的成果。傳統(tǒng)上,pc平臺的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡需要占用isa或pci插槽,以及從插卡引出至傳感器的大量線纜,數(shù)據(jù)采集增加時受pc機插槽數(shù)目、地址、中斷等硬件和軟件資源的限制,可擴展性較差,抗電磁干擾性能差,安裝拆卸困難,成本并不經(jīng)濟。隨著pc機配置usb接口和數(shù)據(jù)率的提高以及usb接口芯片價格的下降,使usb接插件和電纜較便宜,導致大量usb數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的推出,售價從100美元至1000美元,很受用戶的歡迎。事實上,這種借助pc機配置的擴充總線或外設總線成果,用于測量儀器系統(tǒng)的成功經(jīng)驗已有先例,pci、i、vxi和即將公布的lxi各種總線的儀器擴展應用,都充分發(fā)揮了pc機的普及率高、產(chǎn)品成本低、使用方便等顯著特點。pc機市場比測量儀器市場大得多,投入的開發(fā)和制造資源極為豐富,這些都是優(yōu)勢,也是測量儀器業(yè)所不具備的。測量儀器業(yè)在20世紀60年代曾獨立開發(fā)出gpib總線(即ieee488),它是惠普公司經(jīng)10年努力獲得的成果,值得注意的是ieee488至今仍是臺式儀器的首選總線。自ieee488總線之后,ni公司提出虛擬儀器的概念,并借船出海,充分發(fā)揮pc機的硬件和軟件資源用于測量儀器,成績斐然,帶動了測量儀器的發(fā)展。

    但是,usb接口在測量儀器的擴展應用并無儀器公司或機構的推動,情況與ieee488、vxi、

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