摘要：一款儀器通常會提供一個或更多個總線選擇，用于儀器的控制;PC通常也會為儀器控制提供多種總線選擇。如果PC上沒有自帶連接到某種儀器的總線窄潭，您也可以通過一個插件板或者外部轉(zhuǎn)換器來添加總線。用于儀器控制的總線類型很多酵颁，大體可以分為以下幾類嫉你。

概覽

　　當您面對各種各樣的儀器連接總線時，可能會很難為自己的應用作出最合適的選擇材义【椋可以說每個總線都有各自的優(yōu)勢和相應的優(yōu)化技術。因此其掂，請您先問問自己如下四個問題，比較一下最常見PC總線的功能選項潦蝇，即可作出決定款熬。

1.什么總線可以用在儀器和計算機上?

　　一款儀器通常會提供一個或更多個總線選擇，用于儀器的控制;PC通常也會為儀器控制提供多種總線選擇攘乒。如果PC上沒有自帶連接到某種儀器的總線贤牛，您也可以通過一個插件板或者外部轉(zhuǎn)換器來添加總線。用于儀器控制的總線類型很多袁挟，大體可以分為以下幾類：

　　用于與機架式儀器連接的獨立總線钝菲，包括測試與測量專用總線，如GPIB總線拘栅，以及其它PC標準總線术偿，如串行總線(RS232)、以太網(wǎng)總線和USB總線。您也可以使用一些獨立總線作為與其它獨立總線轉(zhuǎn)接的媒介弓慨，例如USB至GPIB轉(zhuǎn)換器钥陪。

　　內(nèi)嵌于模塊化儀器的接口總線包括PCI、PCI Express淤写、VXI螟扮、和PXI。您也可以使用這些總線作為一個媒介示宫，為不具備獨立總線的PC添加獨立總線骏挎，例如：使用 NI PCI-GPIB控制器板卡。

2. 我需要什么樣的總線性能?

　　影響總線的性能的三個主要因素包括：帶寬卸酿、延遲和儀器實現(xiàn)方式监氢。

?帶寬是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩ǔＲ园偃f比特每秒為單位測量藤违。

?延遲是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間浪腐，通常以秒為單位。例如顿乒，通過以太網(wǎng)傳輸時议街，大的數(shù)據(jù)塊被分解為小片段，然后以多個數(shù)據(jù)包的方式發(fā)送璧榄。延遲就是其中一個數(shù)據(jù)包的傳輸時間特漩。

?總線軟件、固件和硬件的儀器實現(xiàn)方式將影響總線性能骨杂。并不是所有的儀器都是生來一致的涂身，無論是用戶定義的虛擬儀器還是廠商設計的傳統(tǒng)儀器，在儀器具體實現(xiàn)過程中所采用的折中措施搓蚪，都將影響儀器性能蛤售。虛擬儀器的一個好處就是：最終用戶作為儀器的設計者，在儀器實現(xiàn)的過程中妒潭，自己就可以作出最優(yōu)的折中決定拥宜。

3. 該儀器將要用在什么環(huán)境中?

　　在開發(fā)一個儀器控制應用時，充分考慮其部署環(huán)境是很重要的仲及。您需要考慮的主要因素包括：儀器到PC之間的距離挺赞，以及接口和電纜的堅固性。這兩個因素在為儀器控制系統(tǒng)選擇總線時至關重要锭偿。

儀器到PC之間的距離

如果您的儀器離PC很近(小于5米)津阻，您就可以靈活地選擇任意一種總線類型。如果您的儀器遠離PC挂剪，例如宵渡，在另一個房間內(nèi)或另一幢大樓里增量，那么您應該考慮分布式儀器控制系統(tǒng)的體系架構。分布式儀器控制系統(tǒng)中可能包括擴展器拔若、中繼器门冷、LAN/LXI, 或者LAN轉(zhuǎn)換器(例如，以太網(wǎng)至GPIB轉(zhuǎn)換器)驳楞。

接口和電纜的堅固性

如果您的儀器處在充滿噪聲干擾的環(huán)境中叮凸，例如工業(yè)環(huán)境，那么您可以考慮使用提供保護的接口總線献烦，隔離環(huán)境干擾滓窍。例如，在一個生產(chǎn)車間里巩那，GPIB或者USB將是一個更加合適的選擇吏夯，因為它的電纜鎖定牢靠，具有堅固耐用的屏蔽指標即横。

4. 設置和配置總線的難易程度如何?

當您在選擇總線接口時噪生，請注意其設置和安裝方式。某些儀器部署在有許多用戶交互的地方东囚，例如實驗室中跺嗽，這是就應該考慮選擇SUB總線接口，使用起來非常方便页藻，且與用戶習慣一致桨嫁。對于需要考慮安全性的儀器控制系統(tǒng)，您應該意識到信息技術部門可能會禁止使用以太網(wǎng)/LAN/LXI等總線份帐。如果您確定以太網(wǎng)/LAN/LXI對于您的儀器控制系統(tǒng)來說是最佳總線接口璃吧，那么當您將其部署在一個需要考慮安全性的環(huán)境中時，應該在整個設計實施過程中與信息技術部門協(xié)同工作捎霍。

5. 常見總線的選擇指南

表1. 常見的儀器硬件總線的簡要介紹

6. 儀器控制硬件總線概述

GPIB

　　通用接口總線(GPIB)在獨立儀器中是一種最常見的I/O接口忌颠。GPIB是8位并行數(shù)字通信接口，數(shù)據(jù)傳輸速率高達8 Mb/s指模。一個GPIB控制器總線可以最多連接14個儀器祖修，并且其布線距離小于20米。但是枝玩，您可以通過使用GPIB擴展器和延長器克服這些限制。GPIB電纜和連接器種類豐富揽仔，并且是工業(yè)等級的覆厦，可以用于任何環(huán)境中。

　　GPIB不是一個PC工業(yè)總線琅戏，很少用于PC上们袜。但是必工，您可以使用一個插件板，如PCI-GPIB堰怜，或者外部轉(zhuǎn)換器球垂，如NI GPIB-USB，將GPIB儀器控制功能添加到PC上钻蔑。

串行總線

　　串行總線是主要用于老式臺式機和筆記本電腦上的設備通信協(xié)議啥刻，請不要將其與USB混淆。在很多設備中咪笑，串行總線是最常見的儀器通信協(xié)議可帽，而且很多與GPIB兼容的設備還具有EIA232端口。EIA232 和EIA485/EIA422也可以被稱作RS232和RS485/RS422窗怒。

　　串行通信的概念很簡單映跟。串行端口每次發(fā)送和接收一個比特的信息。雖然它比每次傳輸整個字節(jié)的并行通信慢扬虚，但是串行總線更簡單努隙，而且使用距離更長。

　　通常情況下辜昵，工程師們使用串行接口來傳輸ASCII數(shù)據(jù)荸镊。他們使用三個傳輸線路來完成通信：地線、發(fā)送線和接收線路鹰。因為串行通信是異步的贷洲，端口可以在一條線路上傳輸數(shù)據(jù)，而在另一條線路上接收數(shù)據(jù)议幻。其它線路可用于信號握手诀次，但并不是必須的。串行通信的關鍵指標是波特率薯荷、數(shù)據(jù)位凳慈、停止位和奇偶校驗位。兩個串行端口若要進行通信戒舆，這些參數(shù)必須匹配氨缅。

USB

　　通用串行總線(USB)主要是用于與PC連接的外圍設備，例如鍵盤睦柏、鼠標妖局、掃描儀和磁盤驅(qū)動器等。在過去的幾年中赶馍，支持USB連接的設備數(shù)量急劇增加细企。USB是一種即插即用技術，當添加一個新設備時摘甜，USB主機自動檢測該設備屯掖，發(fā)出詢問以識別該設備玄柏，并為其配置合適的設備驅(qū)動。

　　USB 2.0對于低速和全速設備是完全兼容的贴铜。其高速模式的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠高達480 Mbit/s (60 MB/s)粪摘。最新的USB3.0規(guī)范具有超高速模式，其理論數(shù)據(jù)傳輸速率可高達5.0Gbit/s绍坝。

　　雖然USB總線的設計初衷是針對PC外設徘意，但是它的速度、廣泛的適用性以易用性陷嘴，令其在儀器控制應用中具有很大的吸引力映砖。而USB總線在儀器控制中也存在一些不足：首先，USB線纜不是工業(yè)級標準的灾挨，可能在充滿噪聲的環(huán)境中導致數(shù)據(jù)丟失;另外邑退，USB線纜沒有鎖緊裝置，線纜可以很輕易地被拔出PC;而且劳澄，即便使用了中繼器地技，USB線纜的最長傳輸距離只有30m。

以太網(wǎng)

　　以太網(wǎng)是一種成熟的技術秒拔，廣泛應用于測量系統(tǒng)中墅纲，可以進行通用的網(wǎng)絡連接以及遠程數(shù)據(jù)存儲。目前恐呢，全世界擁有超過一億套配置以外網(wǎng)接口的計算機游淆。而且，以太網(wǎng)還提供了用于儀器控制的功能選項节婶。以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3標準定義的擎丘，理論上可支持10Mbits/s(10 BASE-T)、100 Mbit/s (100BASE-T)和 1 Gbit/s (1000BASE-T)的數(shù)據(jù)傳輸速率享积。其中边久，最常見的就是100 Mbit/s (100BASE-T)以太網(wǎng)。

　　基于以太網(wǎng)的儀器控制應用充分利用了以太網(wǎng)總線的特點履岂，包括遠程儀器控制遏治、簡便的儀器共享方式、以及易于使用的數(shù)據(jù)結果的發(fā)布功能等函强。此外鸵安，用戶還可充分利用公司或者實驗室中現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡。然而反璃，對于某些公司來說区转，以太網(wǎng)的這種特點還會帶來一些麻煩：公司網(wǎng)絡管理員可能需要介入到儀器應用的開發(fā)之中。

　　基于以太網(wǎng)總線的儀器控制還有其它缺點版扩，例如可能存在實際傳輸速率废离、傳輸確定性以及安全性方面的問題。雖然以太網(wǎng)總線可以實現(xiàn)高達1 Gbit/s的理論傳輸速率礁芦，但在實際使用中蜻韭，由于網(wǎng)絡同時也被其它應用占用，而且存在數(shù)據(jù)傳輸失效等問題柿扣，這種理論傳輸速率很少能夠真正實現(xiàn)肖方。此外，由于傳輸速率不穩(wěn)定未状，以太網(wǎng)很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性俯画。最后，對于一些敏感的數(shù)據(jù)司草，用戶需要采取額外的安全措施艰垂，確保數(shù)據(jù)完整與保密。

PCI

　　PCI總線通常不直接用于儀器控制埋虹，而是作為一種外設總線吭辛，通過連接GPIB或者串行通信總線來實現(xiàn)儀器控制。此外驳辖，由于其PCI總線帶寬較高嘴净，常用于模塊化儀器的背板總線，此時体咽，其I/O總線內(nèi)置于測量設備中护狠。

PXI

　　PXI(面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展)基于PCI平臺，是一種用于測量和自動化系統(tǒng)的堅固總線飒迅。PXI結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性同蚂、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并添加了專門的同步總線和重要的軟件特性沦靖。這些技術使得PXI總線成為測量和自動化系統(tǒng)的高性能喂交、低成本部署平臺，應用于諸如生產(chǎn)線測試防偿、軍工與航空航天察夕、機器狀態(tài)監(jiān)控、汽車以及工業(yè)測試領域窗悯。PXI在1997年完成開發(fā)区匣，并在1998年正式推出，它是為了滿足日益增加的對復雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開放式工業(yè)標準蒋院。如今亏钩，PXI標準由PXI系統(tǒng)聯(lián)盟(PXISA)所管理。該聯(lián)盟由超過65家公司組成欺旧，共同推廣PXI標準姑丑，確保PXI的互換性蛤签，并維護PXI規(guī)范。PXI在模塊化儀器平臺得到了廣泛的使用栅哀，這種平臺基于緊湊震肮、高性能測量硬件，并集成了定時和同步資源留拾，對于傳統(tǒng)的獨立儀器來說是理想的替代產(chǎn)品戳晌。

PCI Express

　　PCI Express與PCI相似，通常不會直接用于儀器控制痴柔，而是作為一種PC外設總線沦偎， 用于連接GPIB設備進行儀器控制。但是溅蓖，由于PCI Express總線速度極高鹤仲，可以用作模塊化儀器的背板總線。

VXI

　　VXI(面向儀器系統(tǒng)的VME擴展)總線是針對多廠商工業(yè)儀器標準的首次嘗試三麦。VXI最初在1987年推出墙冻，接著被定義為IEEE 1155標準。VXI總線的缺點包括：缺乏軟件標準屈宿，無法顯著提升系統(tǒng)吞吐率;而且由于VXI不使用標準的商用PC技術奏尽，無法降低系統(tǒng)成本。

（美國國家儀器公司）

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)脸嗜，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡分享菠珍，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責，也不構成任何其他建議亭弥。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布阴香、編輯整理上傳，對此類作品本站僅提供交流平臺粮剃，不為其版權負責恳蹲。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片俩滥、文字如涉及作品版權問題嘉蕾，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容霜旧，以保證您的權益错忱！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。