USB的普遍采用以及USB規(guī)范的最新改進(jìn)對(duì)于測(cè)量和自動(dòng)化等許多其他應(yīng)用也是很有幫助的,本文討論USB及其在實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)中的有效性的更多細(xì)節(jié)。

　　通用串行總線(xiàn)(USB，Universal Serial Bus)最初是為了將鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等外設(shè)連接到PC而設(shè)計(jì)的。近年來(lái)，USB的應(yīng)用日益廣泛。大部分PC和便攜式電腦都配備有USB，而且當(dāng)今的大部分操作系統(tǒng)都支持USB。事實(shí)證明，USB的普遍采用以及USB規(guī)范的最新改進(jìn)對(duì)于測(cè)量和自動(dòng)化等許多其他應(yīng)用也是很有幫助的。

　　傳統(tǒng)上，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由獨(dú)立的機(jī)箱設(shè)備通過(guò)串口或GPIB接口與計(jì)算機(jī)連接組成。隨著基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以通過(guò)PCI、ISA或PXI連接到PC的數(shù)據(jù)總線(xiàn)。現(xiàn)在，越來(lái)越多的測(cè)量系統(tǒng)包含有通過(guò)USB總線(xiàn)連接的測(cè)量設(shè)備。本文的后續(xù)部分將討論USB及其在實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)中關(guān)于有效性的更多細(xì)節(jié)。

　　USB的技術(shù)特點(diǎn)

　　USB標(biāo)準(zhǔn)是為簡(jiǎn)化外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)的連接而開(kāi)發(fā)的。USB 1.1規(guī)范規(guī)定的最大傳輸速率為12Mb/s，但USB的最新發(fā)展已極大地提高了這個(gè)速度。

　　USB主機(jī)自動(dòng)檢測(cè)何時(shí)某個(gè)新設(shè)備被添加上去，并查詢(xún)?cè)O(shè)備的身份，正確配置其驅(qū)動(dòng)程序。由于總線(xiàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一個(gè)端口最多可同時(shí)運(yùn)行127個(gè)設(shè)備。相比之下，傳統(tǒng)的端口在每個(gè)端口只支持一個(gè)設(shè)備。通過(guò)增加連接器(hub)，可以在一個(gè)USB主機(jī)上添加更多端口，為更多的外設(shè)建立連接。

　　USB 2.0 規(guī)范根據(jù)傳輸速率將USB設(shè)備分為三類(lèi)：

　　* 低速設(shè)備，例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)，工作在1.5 Mb/s
　　* 全速設(shè)備，工作在12Mb/s
　　* 新的高速類(lèi)設(shè)備傳輸速率可達(dá)480 Mb/s，比USB 1.1標(biāo)準(zhǔn)快40倍

　　USB 2.0和1.1規(guī)范相比，影響測(cè)試和測(cè)量設(shè)備的主要區(qū)別是，增加了低延遲480 Mb/s傳輸，以及改進(jìn)了主機(jī)軟件規(guī)范。但USB 1.1兼容設(shè)備不會(huì)被淘汰，因?yàn)樗械腢SB 1.1設(shè)備都與USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)兼容(它們被區(qū)分為全速或低速設(shè)備)。

　　除了速度上的變化之外，新的高速協(xié)議還包含了一些其他的不同。本文不打算深入研究USB 2.0的技術(shù)細(xì)節(jié)，而將重點(diǎn)放在USB在測(cè)量應(yīng)用中的使用方面。

　　USB具有易于嵌入的特點(diǎn)。即插即用(plug & play)特性使得USB設(shè)備的配置很簡(jiǎn)便，由于與主機(jī)之間采用單根電纜連接，使USB設(shè)備非常便攜。這些優(yōu)勢(shì)使得在數(shù)據(jù)采集中采用USB非常具有吸引力。

　　采用USB的測(cè)量應(yīng)用

　　雖然目前市場(chǎng)上的大部分?jǐn)?shù)據(jù)采集設(shè)備使用的是PCI或PXI總線(xiàn)，但USB總線(xiàn)正在迅速流行起來(lái)。2003年VDC公司(Venture Development Corporation)一份關(guān)于數(shù)據(jù)采集發(fā)展趨勢(shì)的研究表明，幾乎半數(shù)受訪(fǎng)者計(jì)劃在2007年前購(gòu)買(mǎi)一件USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備。雖然一般而言PCI和PXI數(shù)據(jù)采集設(shè)備具有更高的性能指標(biāo)，但現(xiàn)在人們可以把USB數(shù)據(jù)采集與其他技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在測(cè)量時(shí)充分發(fā)揮簡(jiǎn)單、便攜和距離上的優(yōu)勢(shì)。

　　USB比PCI和ISA等一些傳統(tǒng)的內(nèi)部PC總線(xiàn)更容易使用。采用USB的設(shè)備可以熱拔插，免除了增減設(shè)備時(shí)必須關(guān)閉PC機(jī)的麻煩。USB總線(xiàn)還具有自動(dòng)的設(shè)備檢測(cè)能力，設(shè)備插入之后，操作系統(tǒng)軟件會(huì)自動(dòng)地檢測(cè)、安裝和配置該設(shè)備。

　　高速數(shù)據(jù)和控制應(yīng)用將得益于USB可以同步或異步地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰ΑＭ絺鬏敃r(shí)，USB通過(guò)基于時(shí)間的數(shù)據(jù)包分發(fā)保證了帶寬。同步傳輸可以保證一次傳輸在規(guī)定的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)完成，但不能保證傳輸中沒(méi)有誤碼。USB協(xié)議保證，請(qǐng)求了同步帶寬的設(shè)備在每一幀中有預(yù)定數(shù)目的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)量龐大的應(yīng)用通常要求同步帶寬。

        表1：采用傳感器即插即用技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)的組裝和配置步驟大大減少。

    測(cè)量和控制系統(tǒng)往往需要對(duì)事件進(jìn)行響應(yīng)的能力。USB允許任何設(shè)備產(chǎn)生一個(gè)異步事件。異步傳輸能保證準(zhǔn)確發(fā)送，具有緊急消息需要傳輸?shù)脑O(shè)備可以被給予最高的優(yōu)先級(jí)別。異步傳輸應(yīng)用包括發(fā)送控制消息和更改設(shè)備的參數(shù)。

　　USB和傳感器即插即用簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集

　　2004年5月，NI公司發(fā)起了一波“傳感器即插即用”(Sensors Plug&Play)行動(dòng)，在針對(duì)靈巧的TEDS (Transducer Electronic Data Sheet，傳感器電子數(shù)據(jù)表) 傳感器的IEEE 1451.4標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上推出了一系列數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。通過(guò)采用傳感器即插即用技術(shù)和新的USB數(shù)據(jù)采集設(shè)備，工程師和科學(xué)家們可以創(chuàng)建一個(gè)從傳感器到軟件的完整的即插即用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)�，F(xiàn)在有許多廠(chǎng)商提供經(jīng)過(guò)預(yù)先測(cè)試可以無(wú)縫地與傳感器即插即用硬件共同工作的傳感器，開(kāi)發(fā)人員可以使用NI LabVIEW、Microsoft Visual Basic和C來(lái)開(kāi)發(fā)軟件應(yīng)用，以迅速、方便地進(jìn)行測(cè)量。讀者可以在ni.com/sensors網(wǎng)址上找到有關(guān)靈巧傳感器的更