USB儀器逐步確立主流地位

　　現(xiàn)今，PC普遍采用了USB作為外設(shè)總線，而儀器制造商也推出了大量基于USB的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品。目前市場(chǎng)上可以購買到價(jià)位從50至2495美元之間的各種USB數(shù)據(jù)采集模塊，而且取樣率達(dá)到500ks/s。由于USB2.0版本的出現(xiàn)，USB總線不會(huì)像早期那樣限制吞吐量而使產(chǎn)品在較低取樣率下工作了。由于RS-232端口逐漸被取消，手持?jǐn)?shù)字萬用表也正在向USB接口轉(zhuǎn)移(圖1)。

　　首批USB儀器出現(xiàn)時(shí)，Windows尚未確定是否支持該技術(shù)。微軟公司的Windows98第二版開始支持USB，但是直到Windows 2000時(shí)，USB才開始發(fā)展并成熟起來?，F(xiàn)在，許多USB數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品需要Windows 2000或Windows XP的支持。


圖1  數(shù)字萬用表通過USB接口連接到PC上

　　早期的USB儀器通過12Mb/s的USB1.1與PC連接，使吞吐量限制在100ks/s和16位的分辨率。而運(yùn)行在高速(480Mb/s)USB2.0技術(shù)下的數(shù)據(jù)采集模塊，例如Data Translation的DT9834和Keithley的KUSB-3116數(shù)據(jù)采集模塊，卻具有在8通道下高達(dá)500ks/s和16位分辨率的吞吐量，可以用于控制模擬和數(shù)字輸出。

　　由于USB提供即插即用的功能，對(duì)于快速測(cè)量應(yīng)用來說是相當(dāng)?shù)姆奖?，而并不需要額外的模擬電路。USB儀器具有非常強(qiáng)大的靈活性，，只要你在每臺(tái)筆記本或者臺(tái)式機(jī)安裝上驅(qū)動(dòng)器，就可以使USB儀器應(yīng)用在每臺(tái)計(jì)算機(jī)上。事實(shí)上，USB受到了廣泛人士的歡迎，包括教師、工程師和科學(xué)工作者。NI公司數(shù)采軟件產(chǎn)品市場(chǎng)工程師C.Anderson說：“教師喜歡它的快速測(cè)量能力。利用USB的學(xué)生不必更多地了解各種基于PC的儀器，他們可集中注意力收集和分析與其有關(guān)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)。”

　　汽車業(yè)界同樣贊賞USB。Roehrig工程公司軟件研發(fā)總監(jiān)D.Gerard介紹到，在工作時(shí)他們?yōu)槊總€(gè)吸震器的測(cè)力計(jì)和懸置彈簧分級(jí)器配備一塊數(shù)據(jù)采集模塊。在普遍使用基于USB技術(shù)的數(shù)據(jù)采集器以前，他使用一塊PC插卡和一根笨重的電纜將模擬信號(hào)從計(jì)算機(jī)連接到測(cè)力計(jì)。而在使用USB模塊之后，卻變得相當(dāng)?shù)姆奖愫秃唵巍，F(xiàn)在只要用一臺(tái)筆記本電腦和公司的軟件去查詢和控制測(cè)力計(jì)的數(shù)據(jù)，就完成測(cè)量了。

　　為了方便用戶收集數(shù)據(jù)而無需編寫程序，USB數(shù)據(jù)采集模塊的制造商提供用于收集和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集軟件。IOtech公司還增加了脫機(jī)數(shù)據(jù)分析和作圖軟件。一般來說，對(duì)于獨(dú)立(stand-alone)的軟件，付費(fèi)越多效益越高，但是Dataq儀器公司卻提供了一種靈巧的數(shù)據(jù)采集程序，而它只需要50美元。

　　但USB并非對(duì)所有應(yīng)用都適用。某些工程師質(zhì)疑它在生產(chǎn)環(huán)境下的可靠性。USB電纜的連接器容易松脫，另外，USB電纜本身不如IEEE488電纜那樣牢靠，由于信號(hào)的反射使它的長度要比以太網(wǎng)電纜短，USB規(guī)范限制它的電纜長度不超過5m。沿USB電纜傳輸?shù)奈辉軌蛟赨SB1.1的模塊與主機(jī)PC之間以12Mb/s(即全速)的速度傳輸，或者在USB2.0規(guī)范下，主機(jī)PC、儀器和全部集線器之間會(huì)以480Mb/s(即高速)高速運(yùn)動(dòng)。應(yīng)該注意到的是，某些聲稱遵循USB2.0的產(chǎn)品，它們可能與遵循USB2.0的端口通信，但卻只有USB 1.1的速度而不是480Mb/s。NI公司Anderson稱，當(dāng)前NI所有的USB數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品都在全速下運(yùn)行，但是端口與USB2.0規(guī)范兼容。工程師需要查閱儀器的數(shù)據(jù)表，才能知道是否可在高速下運(yùn)行。

　　雖然USB使PC不再需要模擬電路并且更靠近被測(cè)源，但如果沒有正確連接到信號(hào)上，則仍然會(huì)遇到麻煩，那就是接地回路引起的干擾可能產(chǎn)生測(cè)量誤差。如果USB儀器使用電池供電的筆記本PC，就不會(huì)產(chǎn)生這種問題。但反之，如果使用交流電源供電，則可能通過電源線引入接地回路。

　　此外，USB電纜供給外圍器件的5V電源可能不夠滿足數(shù)據(jù)采集模塊所控制的器件所需的功率。例如，多功能數(shù)據(jù)采集模塊具有數(shù)字I/O線，而且數(shù)字I/O模塊的I/O線會(huì)多至96條。因此，由于USB的功率有限，則可能不能用數(shù)字輸出提供電流?；蛘叩玫降碾娏鞑荒軡M足應(yīng)用要求。最好獲得足夠的電流將數(shù)字輸出用來吸收外部電源。

　　隨著目前USB產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，USB總線開始被作為儀器總線的幾種首選總線之一。而剩下的工作就是，如何將不同制造商的USB儀器整合在自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)中一起工作。