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   當您面對各種各樣的儀器連接總線(xiàn)時(shí)，可能會(huì )很難為自己的應用作出最合適的選擇?？梢哉f(shuō)每個(gè)總線(xiàn)都有各自的優(yōu)勢和相應的優(yōu)化技術(shù)。因此，請您先問(wèn)問(wèn)自己如下四個(gè)問(wèn)題，比較一下最常見(jiàn)PC總線(xiàn)的功能選項，即可作出決定。
 
• 什么總線(xiàn)可以用在儀器和計算機上？
• 我需要什么樣的總線(xiàn)性能？
• 該儀器將要用在什么環(huán)境中？
• 設置和配置總線(xiàn)的難易程度如何？

   更多關(guān)于儀器控制總線(xiàn)的信息

• 常見(jiàn)總線(xiàn)的選擇指南
• 儀器控制硬件總線(xiàn)概述

   1.什么總線(xiàn)可以用在儀器和計算機上？

   一款儀器通常會(huì )提供一個(gè)或更多個(gè)總線(xiàn)選擇，用于儀器的控制；PC通常也會(huì )為儀器控制提供多種總線(xiàn)選擇。如果PC上沒(méi)有自帶連接到某種儀器的總線(xiàn)，您也可以通過(guò)一個(gè)插件板或者外部轉換器來(lái)添加總線(xiàn)。用于儀器控制的總線(xiàn)類(lèi)型很多，大體可以分為以下幾類(lèi)：

   • 用于與機架式儀器連接的獨立總線(xiàn)，包括測試與測量專(zhuān)用總線(xiàn)，如GPIB總線(xiàn)，以及其它PC標準總線(xiàn)，如串行總線(xiàn)（RS232）、以太網(wǎng)總線(xiàn)和USB總線(xiàn)。您也可以使用一些獨立總線(xiàn)作為與其它獨立總線(xiàn)轉接的媒介，例如USB至GPIB轉換器。

   • 內嵌于模塊化儀器的接口總線(xiàn)包括PCI、PCI Express、VXI、和PXI。您也可以使用這些總線(xiàn)作為一個(gè)媒介，為不具備獨立總線(xiàn)的PC添加獨立總線(xiàn)，例如：使用 NI PCI-GPIB控制器板卡。

  2. 我需要什么樣的總線(xiàn)性能？

  影響總線(xiàn)的性能的三個(gè)主要因素包括：帶寬、延遲和儀器實(shí)現方式。

• 帶寬是數據傳輸的速率，它通常以百萬(wàn)比特每秒為單位測量。
• 延遲是數據傳輸的時(shí)間，通常以秒為單位。例如，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸時(shí)，大的數據塊被分解為小片段，然后以多個(gè)數據包的方式發(fā)送。延遲就是其中一個(gè)數據包的傳輸時(shí)間。
• 總線(xiàn)軟件、固件和硬件的儀器實(shí)現方式將影響總線(xiàn)性能。并不是所有的儀器都是生來(lái)一致的，無(wú)論是用戶(hù)定義的虛擬儀器還是廠(chǎng)商設計的傳統儀器，在儀器具體實(shí)現過(guò)程中所采用的折中措施，都將影響儀器性能。虛擬儀器的一個(gè)好處就是：最終用戶(hù)作為儀器的設計者，在儀器實(shí)現的過(guò)程中，自己就可以作出最優(yōu)的折中決定。
 
               

                               圖1. 比較主流測試和測量總線(xiàn)的理論帶寬與延遲。

  3. 該儀器將要用在什么環(huán)境中？

   在開(kāi)發(fā)一個(gè)儀器控制應用時(shí)，充分考慮其部署環(huán)境是很重要的。您需要考慮的主要因素包括：儀器到PC之間的距離，以及接口和電纜的堅固性。這兩個(gè)因素在為儀器控制系統選擇總線(xiàn)時(shí)至關(guān)重要。

   儀器到PC之間的距離

   如果您的儀器離PC很近（小于5米），您就可以靈活地選擇任意一種總線(xiàn)類(lèi)型。如果您的儀器遠離PC，例如，在另一個(gè)房間內或另一幢大樓里，那么您應該考慮分布式儀器控制系統的體系架構。分布式儀器控制系統中可能包括擴展器、中繼器、LAN/LXI, 或者LAN轉換器(例如，以太網(wǎng)至GPIB轉換器)。

   接口和電纜的堅固性

   如果您的儀器處在充滿(mǎn)噪聲干擾的環(huán)境中，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(xiàn)，隔離環(huán)境干擾。例如，在一個(gè)生產(chǎn)車(chē)間里，GPIB或者USB將是一個(gè)更加合適的選擇，因為它的電纜鎖定牢靠，具有堅固耐用的屏蔽指標。

   4. 設置和配置總線(xiàn)的難易程度如何？

   當您在選擇總線(xiàn)接口時(shí)，請注意其設置和安裝方式。某些儀器部署在有許多用戶(hù)交互的地方，例如實(shí)驗室中，這是就應該考慮選擇SUB總線(xiàn)接口，使用起來(lái)非常方便，且與用戶(hù)習慣一致。對于需要考慮安全性的儀器控制系統，您應該意識到信息技術(shù)部門(mén)可能會(huì )禁止使用以太網(wǎng)/LAN/LXI等總線(xiàn)。如果您確定以太網(wǎng)/LAN/LXI對于您的儀器控制系統來(lái)說(shuō)是最佳總線(xiàn)接口，那么當您將其部署在一個(gè)需要考慮安全性的環(huán)境中時(shí)，應該在整個(gè)設計實(shí)施過(guò)程中與信息技術(shù)部門(mén)協(xié)同工作。

   5. 常見(jiàn)總線(xiàn)的選擇指南

         
                      表1. 常見(jiàn)的儀器硬件總線(xiàn)的簡(jiǎn)要介紹

  6. 儀器控制硬件總線(xiàn)概述

  GPIB
   
    

   通用接口總線(xiàn)（GPIB）在獨立儀器中是一種最常見(jiàn)的I/O接口。GPIB是8位并行數字通信接口，數據傳輸速率高達8 Mb/s。一個(gè)GPIB控制器總線(xiàn)可以最多連接14個(gè)儀器，并且其布線(xiàn)距離小于20米。但是，您可以通過(guò)使用GPIB擴展器和延長(cháng)器克服這些限制。GPIB電纜和連接器種類(lèi)豐富，并且是工業(yè)等級的，可以用于任何環(huán)境中。

   GPIB不是一個(gè)PC工業(yè)總線(xiàn)，很少用于PC上。但是，您可以使用一個(gè)插件板，如PCI-GPIB，或者外部轉換器，如NI GPIB-USB，將GPIB儀器控制功能添加到PC上。

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   串行總線(xiàn)
 
     

   串行總線(xiàn)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，請不要將其與USB混淆。在很多設備中，串行總線(xiàn)是最常見(jiàn)的儀器通信協(xié)議，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(chēng)作RS232和RS485/RS422。

   串行通信的概念很簡(jiǎn)單。串行端口每次發(fā)送和接收一個(gè)比特的信息。雖然它比每次傳輸整個(gè)字節的并行通信慢，但是串行總線(xiàn)更簡(jiǎn)單，而且使用距離更長(cháng)。

   通常情況下，工程師們使用串行接口來(lái)傳輸ASCII數據。他們使用三個(gè)傳輸線(xiàn)路來(lái)完成通信：地線(xiàn)、發(fā)送線(xiàn)和接收線(xiàn)。因為串行通信是異步的，端口可以在一條線(xiàn)路上傳輸數據，而在另一條線(xiàn)路上接收數據。其它線(xiàn)路可用于信號握手，但并不是必須的。串行通信的關(guān)鍵指標是波特率、數據位、停止位和奇偶校驗位。兩個(gè)串行端口若要進(jìn)行通信，這些參數必須匹配。

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  USB
  
           

  通用串行總線(xiàn)（USB）主要是用于與PC連接的外圍設備，例如鍵盤(pán)、鼠標、掃描儀和磁盤(pán)驅動(dòng)器等。在過(guò)去的幾年中，支持USB連接的設備數量急劇增加。USB是一種即插即用技術(shù)，當添加一個(gè)新設備時(shí)，USB主機自動(dòng)檢測該設備，發(fā)出詢(xún)問(wèn)以識別該設備，并為其配置合適的設備驅動(dòng)。

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

  雖然USB總線(xiàn)的設計初衷是針對PC外設，但是它的速度、廣泛的適用性以易用性，令其在儀器控制應用中具有很大的吸引力。而USB總線(xiàn)在儀器控制中也存在一些不足：首先，USB線(xiàn)纜不是工業(yè)級標準的，可能在充滿(mǎn)噪聲的環(huán)境中導致數據丟失；另外，USB線(xiàn)纜沒(méi)有鎖緊裝置，線(xiàn)纜可以很輕易地被拔出PC；而且，即便使用了中繼器，USB線(xiàn)纜的最長(cháng)傳輸距離只有30m。

  以太網(wǎng)
 
    

  以太網(wǎng)是一種成熟的技術(shù)，廣泛應用于測量系統中，可以進(jìn)行通用的網(wǎng)絡(luò )連接以及遠程數據存儲。目前，全世界擁有超過(guò)一億套配置以外網(wǎng)接口的計算機。而且，以太網(wǎng)還提供了用于儀器控制的功能選項。以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3標準定義的，理論上可支持10Mbits/s(10 BASE-T)、100 Mbit/s (100BASE-T)和 1 Gbit/s (1000BASE-T)的數據傳輸速率。其中，最常見(jiàn)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(xiàn)的特點(diǎn)，包括遠程儀器控制、簡(jiǎn)便的儀器共享方式、以及易于使用的數據結果的發(fā)布功能等。此外，用戶(hù)還可充分利用公司或者實(shí)驗室中現有的以太網(wǎng)絡(luò )。然而，對于某些公司來(lái)說(shuō)，以太網(wǎng)的這種特點(diǎn)還會(huì )帶來(lái)一些麻煩：公司網(wǎng)絡(luò )管理員可能需要介入到儀器應用的開(kāi)發(fā)之中。

   基于以太網(wǎng)總線(xiàn)的儀器控制還有其它缺點(diǎn)，例如可能存在實(shí)際傳輸速率、傳輸確定性以及安全性方面的問(wèn)題。雖然以太網(wǎng)總線(xiàn)可以實(shí)現高達1 Gbit/s的理論傳輸速率，但在實(shí)際使用中，由于網(wǎng)絡(luò )同時(shí)也被其它應用占用，而且存在數據傳輸失效等問(wèn)題，這種理論傳輸速率很少能夠真正實(shí)現。此外，由于傳輸速率不穩定，以太網(wǎng)很難保證數據傳輸的確定性。最后，對于一些敏感的數據，用戶(hù)需要采取額外的安全措施，確保數據完整與保密。 

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  PCI
  
    

  PCI總線(xiàn)通常不直接用于儀器控制，而是作為一種外設總線(xiàn)，通過(guò)連接GPIB或者串行通信總線(xiàn)來(lái)實(shí)現儀器控制。此外，由于其PCI總線(xiàn)帶寬較高，常用于模塊化儀器的背板總線(xiàn)，此時(shí)，其I/O總線(xiàn)內置于測量設備中。 

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   PXI
 
     

   PXI（面向儀器系統的PCI擴展）基于PCI平臺，是一種用于測量和自動(dòng)化系統的堅固總線(xiàn)。PXI結合了PCI的電氣總線(xiàn)特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并添加了專(zhuān)門(mén)的同步總線(xiàn)和重要的軟件特性。這些技術(shù)使得PXI總線(xiàn)成為測量和自動(dòng)化系統的高性能、低成本部署平臺，應用于諸如生產(chǎn)線(xiàn)測試、軍工與航空航天、機器狀態(tài)監控、汽車(chē)以及工業(yè)測試領(lǐng)域。PXI在1997年完成開(kāi)發(fā)，并在1998年正式推出，它是為了滿(mǎn)足日益增加的對復雜儀器系統的需求而推出的一種開(kāi)放式工業(yè)標準。如今，PXI標準由PXI系統聯(lián)盟（PXISA）所管理。該聯(lián)盟由超過(guò)65家公司組成，共同推廣PXI標準，確保PXI的互換性，并維護PXI規范。PXI在模塊化儀器平臺得到了廣泛的使用，這種平臺基于緊湊、高性能測量硬件，并集成了定時(shí)和同步資源，對于傳統的獨立儀器來(lái)說(shuō)是理想的替代產(chǎn)品。 
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   PCI Express
  
   
   PCI Express與PCI相似，通常不會(huì )直接用于儀器控制，而是作為一種PC外設總線(xiàn)， 用于連接GPIB設備進(jìn)行儀器控制。但是，由于PCI Express總線(xiàn)速度極高，可以用作模塊化儀器的背板總線(xiàn)。

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   VXI
 
     

   VXI（面向儀器系統的VME擴展）總線(xiàn)是針對多廠(chǎng)商工業(yè)儀器標準的首次嘗試。VXI最初在1987年推出，接著(zhù)被定義為IEEE 1155標準。VXI總線(xiàn)的缺點(diǎn)包括：缺乏軟件標準，無(wú)法顯著(zhù)提升系統吞吐率；而且由于VXI不使用標準的商用PC技術(shù)，無(wú)法降低系統成本。

   想了解更多有關(guān)NI儀器控制方面的信息，請訪(fǎng)問(wèn)下列頁(yè)面：http://www.ni.com/instrument-control/zhs/

  想了解LabVIEW如何使得儀器控制更加的快捷簡(jiǎn)單，請訪(fǎng)問(wèn)下列頁(yè)面觀(guān)看視頻演示：http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-1508