USB通信技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用探討

葉關(guān)山++馬萌

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展，全球計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速提升，而USB 作為一種新型的PC機(jī)標(biāo)配接口，有著非常高效的傳輸速率、占用資源少、即插即用等方面的優(yōu)勢(shì)，從而得到了極度的青睞?；诖?，本文將對(duì)其在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，通過(guò)相關(guān)的分析與討論，介紹了USB相關(guān)方面的知識(shí)，闡述了其在測(cè)控領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸方式，最后對(duì)其在測(cè)控領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進(jìn)行了解析。

關(guān)鍵詞：USB 通信技術(shù) 測(cè)控領(lǐng)域 傳輸 驅(qū)動(dòng)程序

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0107-01

1 引言

USB通信技術(shù)雖然備受青睞，在廣泛的應(yīng)用中確實(shí)也取得了很大的成效，但其也有自身的不足：作為一種串行技術(shù)接口，傳輸?shù)木嚯x較短，并且抗干擾能力不強(qiáng)?；诖?，本文將對(duì)其在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，通過(guò)相關(guān)的分析與討論，介紹了USB相關(guān)方面的知識(shí)，闡述了其在測(cè)控領(lǐng)域的數(shù)據(jù)傳輸方式，最后對(duì)其在測(cè)控領(lǐng)域中的具體應(yīng)用進(jìn)行了解析。

2 USB數(shù)據(jù)傳輸方式

2.1 中斷傳輸

中斷傳輸指的是固定延遲、低頻率的通信，主要適用于一些請(qǐng)求傳輸頻率不高，但必須在相應(yīng)的指定時(shí)間內(nèi)完成的傳輸數(shù)據(jù)，其運(yùn)用包括鼠標(biāo)、集線器、USB鍵盤及游戲桿等狀態(tài)報(bào)告。具體而言，中斷傳輸需要及時(shí)迅速向主機(jī)報(bào)告當(dāng)前狀況，而這是由設(shè)備的屬性及其使用場(chǎng)合等決定。

2.2 控制傳輸

控制傳輸往往是非周期性的、突發(fā)式的，一般是由主機(jī)軟件發(fā)起的請(qǐng)求或者相應(yīng)的通信，主要作用于命令事務(wù)與狀態(tài)事務(wù)?？刂苽鬏?shù)淖饔檬菫榱酥С滞ㄐ帕鳎@種通信流是設(shè)備功能與客戶軟件之間關(guān)于命令、配置及狀態(tài)類型的一種方式。

2.3 同步（等時(shí)）傳輸

同步（等時(shí)）通信指的是在設(shè)備與主機(jī)之間進(jìn)行的連續(xù)、周期性的通信，傳輸?shù)男畔⒁话愣寂c時(shí)間之間相關(guān)。這種傳輸方式保留了把時(shí)間概念包含在數(shù)據(jù)包中的能力，主要適用于固定時(shí)間內(nèi)或固定速率下的傳輸。

3 USB通信技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用探析

3.1 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文中以電火花加工數(shù)控設(shè)備為例，主要采用的是PC+嵌入式的結(jié)構(gòu)，這便能為探討USB接口在同類工業(yè)領(lǐng)域中的可控利用打下基礎(chǔ)，而本測(cè)控系統(tǒng)主要就是為了試圖解決USB數(shù)據(jù)傳輸中的抗強(qiáng)電磁干擾問(wèn)題。電火花數(shù)控系統(tǒng)主要的數(shù)據(jù)信息包括了三個(gè)層面的信息、加工間隙電壓及程序的運(yùn)行狀態(tài)等，這些都主要利用RS232 與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通訊，提高系統(tǒng)的性能。將USB技術(shù)運(yùn)用在測(cè)控系統(tǒng)中，對(duì)原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸部分進(jìn)行必要的改造，從而實(shí)現(xiàn)高速的USB控制模塊接受相關(guān)的控制控制指令，反饋相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，從而供相關(guān)的操作人員參考。

3.2 測(cè)控系統(tǒng)方案

在進(jìn)行測(cè)控系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，需要選擇合適的MCU主控制器、抗干擾方案與USB接口芯片等。當(dāng)這些選擇完畢之后，便能進(jìn)行各種方案的設(shè)計(jì)。

3.2.1 USB接口芯片的選擇方案

目前，在市場(chǎng)上售賣的USB控制器主要有：帶有USB接口的單片機(jī)（MCU）與純粹的USB接口芯片。對(duì)于USB接口設(shè)計(jì)而言，其主要有以下兩種設(shè)計(jì)方案：（1）采用連接到MCU的標(biāo)準(zhǔn)USB控制器芯片，這種接口方案成本較低，但有一個(gè)較為明顯的缺點(diǎn)是電路在設(shè)計(jì)與調(diào)試過(guò)程中都比較復(fù)雜；（2）采用具備通信功能的USB單機(jī)片，這類單機(jī)片往往采用的是開(kāi)發(fā)者所熟悉的指令集與結(jié)構(gòu)，因此有很強(qiáng)的處理能力，并且構(gòu)成的電路系統(tǒng)也很簡(jiǎn)單，調(diào)試很方便，但缺點(diǎn)在于由于使用的是USB接口，因此其與傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)之間往往不兼容。

3.2.2 ADC數(shù)據(jù)采集方案

當(dāng)前，在數(shù)據(jù)采集模塊上主要有兩種方案：（1）利用獨(dú)立的ADC和MCU，能有效實(shí)現(xiàn)按照實(shí)際需求進(jìn)行合理搭配；（2）集成ADC混合信號(hào)的 MCU，此方案下電路設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)單，操作方便，在滿足基本性能的要求下，還能采用高級(jí)的內(nèi)置SARADC。

3.3 測(cè)控系統(tǒng)中USB控制模塊及系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

3.3.1 USB控制模塊

對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)中的USB控制模塊而言，主要包括CPU模塊、系統(tǒng)總線模塊、USB模塊、電源模塊、模擬量輸入模塊。USB設(shè)備作為一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)，主要由固件與硬件兩個(gè)部分構(gòu)成，其中固件主要指的是系統(tǒng)的配置與CPU的設(shè)置模塊、USB協(xié)議模塊等，而系統(tǒng)的配置與CPU的設(shè)置模塊如同單片機(jī)一樣，包括了內(nèi)存分配與寄存器的配置等。

3.3.2 USB驅(qū)動(dòng)程序的體系

USB 驅(qū)動(dòng)程序的體系結(jié)構(gòu)中，USB總線客戶軟件主要包含了不同總線設(shè)備的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，主要通過(guò)Windows定義的軟件接口和集線器驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行相關(guān)的通信，而USB總線集線器驅(qū)動(dòng)程序則主要利用USB中的串行總線驅(qū)動(dòng)程序接口來(lái)實(shí)現(xiàn)相關(guān)通信。這樣以后，USB 則會(huì)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇兩種主控制器驅(qū)動(dòng)程序中的一種進(jìn)行相關(guān)通信。最后，主控制器驅(qū)動(dòng)程序往往會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn) USB 總線的訪問(wèn)。

3.3.3 USB驅(qū)動(dòng)程序的具體設(shè)計(jì)

為了讓計(jì)算機(jī)相關(guān)操作系統(tǒng)能更好的識(shí)別外設(shè)，一般都需要編寫相關(guān)的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，主要包括了檢測(cè)設(shè)備時(shí)系統(tǒng)需要使用的引導(dǎo)文件與設(shè)備信息文件等。這些程序編制完成之后，計(jì)算機(jī)必須能“識(shí)別”這些設(shè)備，然后將它們導(dǎo)入相關(guān)的系統(tǒng)中，并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的控制與協(xié)調(diào)，以便這些設(shè)備在計(jì)算機(jī)中順利地工作。這樣的工作程序就需要USB驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且對(duì)于大多數(shù)的計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而言，都能很好的支持其內(nèi)建的驅(qū)動(dòng)程序，但開(kāi)發(fā)的某些產(chǎn)品往往無(wú)法直接在計(jì)算機(jī)中使用，因此需要編寫各種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，才能實(shí)現(xiàn)USB通信技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中更好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張彥龍.USB測(cè)控系統(tǒng)中高精度數(shù)字鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2008.

[2]周晶晶.基于USB 的接口控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].科技信息，2010，02（23）：910，923.

[3]李耀齊.USB 通信技術(shù)在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用[D].桂林工學(xué)院，2007.