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當(dāng)您面對(duì)各種各樣的儀器連接總線時(shí),，可能會(huì)很難為自己的應(yīng)用作出最合適的選擇,?？梢哉f(shuō)每個(gè)總線都有各自的優(yōu)勢(shì)和相應(yīng)的優(yōu)化技術(shù),。因此,，請(qǐng)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總線的功能選項(xiàng),，即可作出決定,。

·         什么總線可以用在儀器和計(jì)算機(jī)上,？

·         我需要什么樣的總線性能？

·         該儀器將要用在什么環(huán)境中,？

·         設(shè)置和配置總線的難易程度如何,？

更多關(guān)于儀器控制總線的信息

• 常見(jiàn)總線的選擇指南
• 儀器控制硬件總線概述

1.什么總線可以用在儀器和計(jì)算機(jī)上？

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

• 用于與機(jī)架式儀器連接的獨(dú)立總線,，包括測(cè)試與測(cè)量專(zhuān)用總線,，如GPIB總線，以及其它PC標(biāo)準(zhǔn)總線,，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(dú)立總線作為與其它獨(dú)立總線轉(zhuǎn)接的媒介,，例如USB至GPIB轉(zhuǎn)換器,。
• 內(nèi)嵌于模塊化儀器的接口總線包括PCI、PCI Express,、VXI,、和PXI。您也可以使用這些總線作為一個(gè)媒介,，為不具備獨(dú)立總線的PC添加獨(dú)立總線,，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(gè)主要因素包括：帶寬,、延遲和儀器實(shí)現(xiàn)方式,。

• 帶寬是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾剩ǔＲ园偃f(wàn)比特每秒為單位測(cè)量,。
• 延遲是數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(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(shù)據(jù)塊被分解為小片段，然后以多個(gè)數(shù)據(jù)包的方式發(fā)送,。延遲就是其中一個(gè)數(shù)據(jù)包的傳輸時(shí)間,。
• 總線軟件、固件和硬件的儀器實(shí)現(xiàn)方式將影響總線性能,。并不是所有的儀器都是生來(lái)一致的,，無(wú)論是用戶定義的虛擬儀器還是廠商設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)儀器，在儀器具體實(shí)現(xiàn)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：最終用戶作為儀器的設(shè)計(jì)者，在儀器實(shí)現(xiàn)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(cè)試和測(cè)量總線的理論帶寬與延遲。

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(yīng)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(jiān)固性,。這兩個(gè)因素在為儀器控制系統(tǒng)選擇總線時(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類(lèi)型,。如果您的儀器遠(yuǎn)離PC，例如,，在另一個(gè)房間內(nèi)或另一幢大樓里,，那么您應(yīng)該考慮分布式儀器控制系統(tǒng)的體系架構(gòu)。分布式儀器控制系統(tǒng)中可能包括擴(kuò)展器,、中繼器,、LAN/LXI, 或者LAN轉(zhuǎn)換器(例如，以太網(wǎng)至GPIB轉(zhuǎn)換器),。

接口和電纜的堅(jiān)固性
如果您的儀器處在充滿噪聲干擾的環(huán)境中,，例如工業(yè)環(huán)境，那么您可以考慮使用提供保護(hù)的接口總線，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?yàn)樗碾娎|鎖定牢靠,，具有堅(jiān)固耐用的屏蔽指標(biāo)。

4. 設(shè)置和配置總線的難易程度如何,？

當(dāng)您在選擇總線接口時(shí),，請(qǐng)注意其設(shè)置和安裝方式。某些儀器部署在有許多用戶交互的地方,，例如實(shí)驗(yàn)室中,，這是就應(yīng)該考慮選擇SUB總線接口，使用起來(lái)非常方便,，且與用戶習(xí)慣一致。對(duì)于需要考慮安全性的儀器控制系統(tǒng),，您應(yīng)該意識(shí)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,。如果您確定以太網(wǎng)/LAN/LXI對(duì)于您的儀器控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最佳總線接口，那么當(dāng)您將其部署在一個(gè)需要考慮安全性的環(huán)境中時(shí),，應(yīng)該在整個(gè)設(shè)計(jì)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)總線的選擇指南

表1. 常見(jiàn)的儀器硬件總線的簡(jiǎn)要介紹

6. 儀器控制硬件總線概述

GPIB

通用接口總線（GPIB）在獨(dú)立儀器中是一種最常見(jiàn)的I/O接口。GPIB是8位并行數(shù)字通信接口,，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)8 Mb/s,。一個(gè)GPIB控制器總線可以最多連接14個(gè)儀器，并且其布線距離小于20米,。但是,，您可以通過(guò)使用GPIB擴(kuò)展器和延長(zhǎng)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(jí)的,，可以用于任何環(huán)境中。

GPIB不是一個(gè)PC工業(yè)總線,，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(zhuǎn)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

串行總線是主要用于老式臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦上的設(shè)備通信協(xié)議，請(qǐng)不要將其與USB混淆。在很多設(shè)備中,，串行總線是最常見(jiàn)的儀器通信協(xié)議,，而且很多與GPIB兼容的設(shè)備還具有EIA232端口。EIA232 和EIA485/EIA422也可以被稱作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(jié)的并行通信慢,，但是串行總線更簡(jiǎn)單,，而且使用距離更長(zhǎng)。

通常情況下,，工程師們使用串行接口來(lái)傳輸ASCII數(shù)據(jù),。他們使用三個(gè)傳輸線路來(lái)完成通信：地線、發(fā)送線和接收線,。因?yàn)榇型ㄐ攀钱惒降?，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),。其它線路可用于信號(hào)握手,，但并不是必須的。串行通信的關(guān)鍵指標(biāo)是波特率,、數(shù)據(jù)位,、停止位和奇偶校驗(yàn)位。兩個(gè)串行端口若要進(jìn)行通信,，這些參數(shù)必須匹配,。

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USB

通用串行總線（USB）主要是用于與PC連接的外圍設(shè)備，例如鍵盤(pán),、鼠標(biāo),、掃描儀和磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器等。在過(guò)去的幾年中,，支持USB連接的設(shè)備數(shù)量急劇增加,。USB是一種即插即用技術(shù)，當(dāng)添加一個(gè)新設(shè)備時(shí),，USB主機(jī)自動(dòng)檢測(cè)該設(shè)備,，發(fā)出詢問(wèn)以識(shí)別該設(shè)備，并為其配置合適的設(shè)備驅(qū)動(dòng),。

USB 2.0對(duì)于低速和全速設(shè)備是完全兼容的,。其高速模式的數(shù)據(jù)傳輸速率能夠高達(dá)480 Mbit/s (60 MB/s)。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(dá)5.0Gbit/s,。

雖然USB總線的設(shè)計(jì)初衷是針對(duì)PC外設(shè),，但是它的速度、廣泛的適用性以易用性,，令其在儀器控制應(yīng)用中具有很大的吸引力,。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(jí)標(biāo)準(zhǔn)的,，可能在充滿噪聲的環(huán)境中導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失,；另外，USB線纜沒(méi)有鎖緊裝置,，線纜可以很輕易地被拔出PC,；而且，即便使用了中繼器,，USB線纜的最長(zhǎng)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(yīng)用于測(cè)量系統(tǒng)中,，可以進(jìn)行通用的網(wǎng)絡(luò)連接以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ),。目前，全世界擁有超過(guò)一億套配置以外網(wǎng)接口的計(jì)算機(jī),。而且,，以太網(wǎng)還提供了用于儀器控制的功能選項(xiàng)。以太網(wǎng)是基于IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)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(yīng)用充分利用了以太網(wǎng)總線的特點(diǎn),，包括遠(yuǎn)程儀器控制,、簡(jiǎn)便的儀器共享方式、以及易于使用的數(shù)據(jù)結(jié)果的發(fā)布功能等,。此外,，用戶還可充分利用公司或者實(shí)驗(yàn)室中現(xiàn)有的以太網(wǎng)絡(luò)。然而,，對(duì)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(yīng)用的開(kāi)發(fā)之中。

基于以太網(wǎng)總線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)總線可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)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(yīng)用占用,，而且存在數(shù)據(jù)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(xiàn),。此外,，由于傳輸速率不穩(wěn)定，以太網(wǎng)很難保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇_定性,。最后,，對(duì)于一些敏感的數(shù)據(jù)，用戶需要采取額外的安全措施,，確保數(shù)據(jù)完整與保密,。 

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PCI

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

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PXI

PXI（面向儀器系統(tǒng)的PCI擴(kuò)展）基于PCI平臺(tái),，是一種用于測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的堅(jiān)固總線。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性,、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性,，并添加了專(zhuān)門(mén)的同步總線和重要的軟件特性。這些技術(shù)使得PXI總線成為測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的高性能,、低成本部署平臺(tái),，應(yīng)用于諸如生產(chǎn)線測(cè)試、軍工與航空航天,、機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控,、汽車(chē)以及工業(yè)測(cè)試領(lǐng)域。PXI在1997年完成開(kāi)發(fā),，并在1998年正式推出,，它是為了滿足日益增加的對(duì)復(fù)雜儀器系統(tǒng)的需求而推出的一種開(kāi)放式工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。如今,，PXI標(biāo)準(zhǔn)由PXI系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn),，確保PXI的互換性,，并維護(hù)PXI規(guī)范。PXI在模塊化儀器平臺(tái)得到了廣泛的使用,，這種平臺(tái)基于緊湊,、高性能測(cè)量硬件,，并集成了定時(shí)和同步資源，對(duì)于傳統(tǒng)的獨(dú)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(shè)總線,，用于連接GPIB設(shè)備進(jìn)行儀器控制,。但是，由于PCI Express總線速度極高,，可以用作模塊化儀器的背板總線,。

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VXI

VXI（面向儀器系統(tǒng)的VME擴(kuò)展）總線是針對(duì)多廠商工業(yè)儀器標(biāo)準(zhǔn)的首次嘗試。VXI最初在1987年推出,，接著被定義為IEEE 1155標(biāo)準(zhǔn),。VXI總線的缺點(diǎn)包括：缺乏軟件標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法顯著提升系統(tǒng)吞吐率,；而且由于VXI不使用標(biāo)準(zhǔn)的商用PC技術(shù),，無(wú)法降低系統(tǒng)成本。

想了解更多有關(guān)NI儀器控制方面的信息,，請(qǐng)?jiān)L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(qǐng)?jiān)L問(wèn)下列頁(yè)面觀看視頻演示：http://zone.ni.com/wv/app/doc/p/id/wv-1508