USB：具有優(yōu)良性價比的單臺儀器接口(07-100)

　　一個 USB 接口由三個元件組成，一是主控機(jī)(PC機(jī)或筆記本機(jī))，二是USB設(shè)備(通過USB收發(fā)器芯片)，三是USB連接電纜 (四線或無直流供電的雙線電纜)。USB接口數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)包傳送，每幀1 ms ，分成8個125 us 的微幀。PC 主控機(jī)啟動對USB設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸時，最簡單的作業(yè)需要三至四個數(shù)據(jù)包，即主機(jī)請求、數(shù)據(jù)傳送和主機(jī)確認(rèn)信息。

　　向 USB 設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)或從 USB設(shè)備接收數(shù)據(jù)都要經(jīng)過USB設(shè)備端點(diǎn)(EP), EP 相當(dāng)于單向開關(guān)，只能單方向傳送數(shù)據(jù)。主控機(jī)PC與 USB信息交換有四種基本傳輸模式：

　　1、中斷數(shù)據(jù)傳輸(INT)—要求定時和可靠地傳輸小量數(shù)據(jù)時使用

　　2、同步數(shù)據(jù)傳輸(ISO)—事前協(xié)商帶寬和允許有數(shù)據(jù)損失時使用

　　3、塊數(shù)據(jù)傳輸(BULK)—要求快速和無數(shù)據(jù)損失傳輸大量數(shù)據(jù)時使用

　　4、控制傳輸(CTL)—通常用于發(fā)送配置、命令、狀態(tài)等數(shù)據(jù)包

　　圖1 USB 儀器系統(tǒng)的方框圖

　　一個基于 USB接口標(biāo)準(zhǔn)的儀器系統(tǒng)方框圖如圖1所示，為了便于說明, 把它具體化為一臺通用的USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。圖中左邊方框是數(shù)據(jù)采集前端，收集傳感器等器件傳送來的模擬和/或數(shù)字輸出信號。圖中右邊方框是嵌入式處理器、通信和控制邏輯電路和一組EP。經(jīng)過數(shù)字處理后的多通道傳感器信號，按序列由各EP送到 USB接口和電纜，最后輸入到主控 PC機(jī)。在構(gòu)建 USB 儀器系統(tǒng)時，主要考慮圖中右邊的處理器、通信和控制邏輯的選擇：

　　·數(shù)據(jù)傳輸率—USB標(biāo)準(zhǔn)有1.5 Mbps (低速)、12Mbps(全速)、480Mbps(高速)三種速率，可根據(jù)輸入信號的最髙速率和主控 PC機(jī)能夠支持的數(shù)據(jù)率，權(quán)衡和選擇 USB接口。

　　·PC 機(jī)的USB接口—臺式 PC和筆記本PC都有兩個以上USB 接口分別稱為主接口A和設(shè)備接口B。主接口A 連接 PC使用的 USB外圍設(shè)備，如閃存、硬盤和其它外設(shè)。設(shè)備接口B用于連接 USB 儀器。

　　·因為 USB接口標(biāo)準(zhǔn)沒有定義儀器的USB設(shè)備類別，為了便于測試測量儀的接入, 由 USB-IF(USB 實(shí)施者論壇)定義一個特別的設(shè)備類別，稱為測試測量儀器類別，簡稱(USBTMC)類。USB-IF將USBTMC 設(shè)備設(shè)計成模擬GPIB(IEEE488.1) 總線的設(shè)備，因而原來大量 GPIB儀器使用的程序和驅(qū)動器