过去二十多年间﹐科学家与工程师已在自动化仪器系统中广泛使用IEEE 488和通用接口总线GPIB。当大众化电脑技术进入测试与测量领域﹐并在连接仪器时应用USB﹑以太网路﹑与IEEE 1394等总线技术时﹐GPIB接口是否能够在将来成为仪器控制总线接口的首选就成了问题。由于GPIB拥有强大功能与广大的使用者基础﹐GPIB在未来的许多年仍会继续存在。但是﹐仪器控制工业很可能将开始进入全球范围内的混合I/O系统的领域。本论文探讨的是GPIB与其他总线组合使用时仪器系统的未来发展﹐以及在仪器控制中软件”向上兼容”的重要性。
GPIB基础
GPIB是专为仪器控制应用而设计的。在七十年代﹐IEEE 488标准的诞生致使1975年产生了GPIB在电气﹑机械与功能规格方面的标准﹔在1987年ANSI/IEEE标准488.2更明确地定义了控制器与仪器通过GPIB通讯的方法﹐使先前的规格更加完备。 GPIB是一数字的8位平行通讯界面﹐传输速率达8Mbyte/s。总线提供的一个控制器在20米的排线长度内最多可连结14个仪器。但使用者若使用GPIB扩增器与延长器便可以突破这两个限制﹐而GPIB排线与连接器是一种多方面适用并符合工业标准的产品﹐可在任何环境内使用。
新总线技术的优势
过去的电脑仅提供包括串口(RS-232)与并口﹐近年来,电脑配备均提供以太网络﹑USB(通用序列总线)﹑有时甚至提供IEEE 1394(FireWire)接口。这些新的总线具有许多吸引人的特性 – 易于使用 (USB) ﹑易于连结 (以太网络) 以及高速 (IEEE 1394)。
USB
USB的设计主要是用来连结外围设备如键盘﹑扫瞄仪﹑与磁盘机之类的电脑。苹果电脑率先于1998年使用USB做为其唯一的串口﹐在过去数年中电脑工业使用USB连结的装置数目已大大的增加。
以目前的USB1.1规格而言﹐资料传输速率已高达1.5 Mbyte/s﹐而下一代的USB产品会使用USB2.0规格﹐更将总线资料传输速率提升至60 Mbyte/s。USB2.0规格能与USB1.1装置兼容﹐甚至可使用相同的连接器。由于通用串口总线是一种即插即用技术﹐每当加入一新装置时﹐USB主机会自动测试并辨识其身分﹐然后适当地调整其配置﹐且一个接口能同时控制127个装置。对于Windows操作系统而言﹐USB连结目前只能在Windows 2000/XP/98执行。
USB具有价格低廉及容易连结仪器与电脑的优点。此外﹐USB提供更方便的串口功能如﹕热插拔﹑内置操作系统微调功能﹑高弹性等﹐来改善传统串口的技术。
虽然USB有许多吸引人的优点﹐在仪器控制方面亦有一些缺点。首先﹐USB排线没有工业标准规格﹐在嘈杂的环境下﹐可能造成资料的遗失﹔另外﹐USB排线没有闭锁机制 — 排线可能很容易的从电脑或仪器中拔除。排线长度(包括使用线上中继器) 最大可至30米﹔最后﹐在仪器控制方面USB没有工业传输标准的规定﹐需由仪器制造商自行设计。
尽管USB有一些缺点﹐但由于目前电脑上的广泛使用和USB2.0的高速﹐使其成为未来仪器控制的领导先趋。虽然目前很少仪器提供USB的控制选项﹐但使用者可以通过桥接器与USB连结他们仪器控制的应用.桥接器 提供了使用者一个连结USB与GPIB之间的桥梁。桥接器将于本论文稍后再讨论。
以太网(Ethernet)
最近﹐仪器厂商已经开始将以太网络做为单独仪器的另一个通讯界面选择。虽然以太网络在仪器控制中仍属新的应用技术﹐但它已作为一种成熟的技术被广泛的应用在测量系统的其他方面。世界上有超过一亿台电脑具有以太网络功能﹐使得以太网络做为仪器控制已是必然的趋势。
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