USB仪器将成测量仪器主流

　　0　引言

　　1993年英特尔公司的第五代微处理器奔腾问世,它使用的PCI总线达到32位,时钟33MHz,带宽达到132 MB/s ~264MB/s。1995年为解决PC机传统外设总线不能适应奔腾芯片的瓶颈,以PC供应商康柏、DEC、IBM和软件公司微软为首推出了通用串行总线(USB),成立USB实施论坛(USB-IF),开始对USB进行推广和认证。USB1.1版的低速率是1.5Mbps,全速数据率是12Mbps,主控制器将总线传输时间划分为帧,每帧1ms,在帧时间内传输多个事务处理到多个器件上。USB总线的机械连接非常简单,电缆是4芯的屏蔽线,一对双绞线(D+,D-)传送信号,另一对双绞线(VBUS,电源地)传送+5V的直流电压;连接器有A型(或小A型)和B型(或小B型)两种。USB器件的即插即用(即热插拔)是一个优势,对用户来说,第一次插入USB器件时,通过手动或自动安装驱动程序后就可以使用该器件。一个USB主控制器端口最多可连接　127个器件,各器件之间的距离不超过5米。2000年USB2.0版规范推出,将USB总线的数据率提高到480Mbps的高速,并向后兼容。在高速USB总线上,主控制器将每帧1ms再划分成8个微帧,每个微帧125μs,能完成更多事务处理,使总的数据率提高40倍。

　　USB接口规范将多种PC机外设具有相似特性的归纳为某一类,例如鼠标、键盘等属于HID类,音响产品属于Audio类,CD、硬盘、闪存属于MassStorage类。微软的Windows操作系统为常用类别提供驱动程序,实现自动安装。不在Windows支持的USB器件(如测量仪器)需要提供自己的驱动程序,或者安装程序将有关应用和驱动程序打包在一起,一次性完成器件的安装。USB-IF负责对符合USB接口规范的硬件和程序作认证,发给认证标志。驱动程序还可获得微软硬件设备质量(WHQL)认证,实现在Windows操作系统下的自动安装。

　　2000年后,台式PC都增加了USB接口,笔记本电脑甚至安装了两个USB接口。现在数以亿计的带有USB接口的PC机在运行,数以十亿计的PC机外设和其他设备,其中包括USB测量仪器使用USB接口。正是由于USB接口拥有大量PC机外设,使得USB接口的支持产品,包括控制器芯片、集成器和桥接器、电缆和连接器、驱动程序和安装程序、开发工具等非常普及,加上USB接口的安装方便、数据率较宽、容易扩展、即插即用、成本较低等特点,出现了更多使用USB接口的电子产品。

　　1　新兴的USB测量仪器族

　　USB接口进入测量仪器是从1998年开始的,当时IOtech和NI两家公司首先在他们的数据采集仪器中使用了USB接口,随后许多著名仪器公司都接纳了USB接口。最简单的做法是增加USB作为外设接口,因为台式测量仪器大部分装有嵌入式微处理器,并且一部分台式测量仪器采用内置奔腾处理器的Windows平台,所以安装USB接口是顺理成章的事情。2000年,横河电机开始在数字示波器上安装USB接口,之后安捷伦、力科、泰克亦在数字示波器上配备USB接口。2003年,因为安捷伦和NI在广泛应用的虚拟仪器软件结构(VISA)的I/O层增加了对USB的支持,所以USB接口普遍被台式、便携式、模块式测量仪器接受为标准接口之一。　传统的IEEE488接口仪器和RS232接口仪器可以通过USB-IEEE488和USB-RS232转换器与台式和笔记本电脑连接。