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3 計算機與測控機箱之間互連總線
與計算機相對獨立的測控機箱或機柜需要用相應(yīng)的總線(或標準接口)與計算機連接,以組成計算機控制的自動測試系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)。實際應(yīng)用時可采用串行總線或者并行總線兩種方式進行連接。
3.1 串行總線
串行總線是指按位傳送數(shù)據(jù)的通路。其連接線少、接口簡單、成本低、傳送距離遠,被廣泛用于PC與外設(shè)的連接和計算機網(wǎng)絡(luò)。常用的串行總線有RS-232C、RS-422A、RS-485、USB及IEEE-1394等。
(1)RS-232C串行接口
RS-232C(Recommended Standard)串行接口是計算機與外設(shè)之間以及計算機與測試系統(tǒng)之間最簡單、最普遍的連接方法,采用23線連接器。其最高的單向數(shù)據(jù)傳輸率為20kbps,此時的最大傳輸距離為15米。適當(dāng)降低速率,其最大傳輸距離可達60米。但它只是一對一的傳輸,僅用于簡單或低速的系統(tǒng),在實際應(yīng)用中還有一定的市場。
(2)RS-422A總線
RS-422A串行總線也是一種常用的接口總線,支持一點對多點的通信。它在傳輸速率、傳送距離及抗干擾性能等方面均優(yōu)于RS-232C,采用差動(差分)收發(fā)的工作方式,利用雙端線來傳送信號,最高數(shù)據(jù)傳輸率為10Mbps,此時的傳輸距離為120米,可連接32個收發(fā)器。如適當(dāng)降低傳輸率,可增加其通訊距離。例如在10kbps時距離可達1200米。
(3)RS-485串行總線
RS-485是一種典型的串行總線,支持一點對多點的通信,采用雙絞線連接,可連接32個收發(fā)器,其他特性與RS-422A總線接近,在測控系統(tǒng)中得到較為普遍的應(yīng)用,但不能滿足高速測試系統(tǒng)的應(yīng)用要求。
(4)通用串行總線USB
通用串行總線USB(Universal Serial Bus)是由美國多家公司在1995年提出的一種高性能串行總線規(guī)范,雖然目前還未得到標準化組織承認,但已經(jīng)成為事實上的標準。這種串行總線具有傳輸速率高、即插即用、熱切換(帶電插拔)和可利用總線傳送電源等特點,能連接127個裝置。其電纜只有一對信號線和一對電源線,工作于最高12Mbps的中等速度,傳輸距離30米,輕巧便宜,適用于傳遞文件數(shù)據(jù)和音響信號,新的PC機都已配上USB總線接口。
(5)IEEE 1394串行總線
IEEE1394串行總線(又叫火線-FireWire)是由蘋果公司于80年代提出的,1995年被IEEE接受,當(dāng)時最高傳輸速率400Mbitps,傳輸距離72米,以后還要按800M、1.6G及3.2 Gbitps分段提高。它有兩對信號線和一對電纜線,在無HUB時可用任何方式連接63個裝置。而且支持即插即用、帶電插拔。這是一種應(yīng)用前景非常廣闊的串行總線,和USB總線工作于不同的頻率范圍,可相互配合使用,適用于動畫等視頻信號的傳輸,可用于連接計算機的高速外部設(shè)備,也可用于連接數(shù)字電視、DVD等消費類電子設(shè)備以及作為測試儀器的數(shù)據(jù)傳輸總線。在測控系統(tǒng)中,它可作為機箱底板總線的備份總線,以及用作計算機與高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)互連總線。不過目前支持IEEE 1394設(shè)備還不很多。
3.2 并行總線
在集成式自動測試系統(tǒng)中,計算機與測試部分比較靠近,為提高數(shù)據(jù)傳輸速率,大多采用并行總線進行連接。并行總線也分為標準的和非標準兩類。常用的并行標準總線有通用接口總線IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI總線。非標準的并行總線也很多。多數(shù)廠家自己設(shè)計專用的并行總線,再通過總線轉(zhuǎn)換接口,將計算機和測試部分連接起來。
(1)IEEE 488總線
IEEE 488通用接口總線又稱GPIB(General Purpose Interface Bus)總線,是HP公司在70年代推出的臺式儀器接口總線,因此又叫HPIB(HP Interface Bus),1975年IEEE和IEC確認為IEEE 488和IEC 652標準。該標準總線在儀器、儀表及測控領(lǐng)域得到了最廣泛的應(yīng)用。這種系統(tǒng)是在微機中插入一塊GPIB接口卡,通過24或25線電纜連接到儀器端的GPIB接口。當(dāng)微機的總線變化時,例如采用ISA或PCI等不同總線,接口卡也隨之變更,其余部分可保持不變,從而使GPIB系統(tǒng)能適應(yīng)微機總線的快速變化。由于GPIB系統(tǒng)在PC出現(xiàn)的初期問世,所以有一定的局限性。如其數(shù)據(jù)線只有8根,傳輸速率最高1Mbps,傳輸距離20米(加驅(qū)動器可達500米)等等。盡管如此,目前仍是儀器、儀表及測控系統(tǒng)與計算機互連的主流并行總線。因為裝有GPIB接口的臺式儀器的品種和數(shù)量都明顯超過倍受青睞的VXI儀器,而且在目前應(yīng)用的VXI系統(tǒng)中,與GPIB混合應(yīng)用比例很大,還有相當(dāng)數(shù)量采用外主控計算機控制的VXI系統(tǒng),其計算機通過GPIB電纜和GPIB-VXI接口進行控制。以PCI為基礎(chǔ)的PXI系統(tǒng),也都具有GPIB接口。所以,在相當(dāng)長的時間內(nèi),GPIB系統(tǒng)仍將在實際應(yīng)用中,特別是中、低速范圍內(nèi)的計算機外設(shè)總線應(yīng)用中占有一定的市場。
(2)SCSI總線
SCSI總線的原型是美國Shugart公司推出的,用于計算機與硬盤驅(qū)動器之間傳輸數(shù)據(jù)的SASI(Shugart Associates System Interface)總線,1986年成為美國國家標準ANSI X3.131,該名為SCSI總線(Small Computer System Interface)。其數(shù)據(jù)線為9位,速度可達5Mbps,傳輸距離6米(加驅(qū)動器可達25米),經(jīng)改進又陸續(xù)推出SCSI-2 Fast and Wide和SCSI-3(又稱Ultra SCSI)總線,原SCSI總線改稱SCSI-1總線。該總線的傳輸速率很高,現(xiàn)已普遍用作計算機的高速外設(shè)總線,如連接高速硬盤驅(qū)動器。許多高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也用它與計算機互連。目前仍處在發(fā)展之中。
(3)MXI總線
MXI總線(多系統(tǒng)擴展接口Multi-system eXtension Interface bus)是一種高性能非標準的通用多用戶并行總線,具有很好的應(yīng)用前景。它是NI(National Instruments)公司于1989年推出的32位高速并行互連總線,最高速度可達23Mbps,傳輸距離20米。MXI總線通過電纜與多個器件連接,采用硬件映象通訊設(shè)計,不需要高級軟件,一根MXI電纜上可連接8個MXI器件。其電纜本身是相通的,MXI器件通過簡單地讀寫相應(yīng)的地址空間就可直接訪問其他所有器件的資源而無需任何軟件協(xié)議。目前,VXI總線的測控機箱大都用這種總線與計算機互連。它將成為VXI總線機箱與計算機互連的事實上的標準總線。
4 結(jié)束語
由前面的介紹可以看出,在測量和儀器系統(tǒng)機箱底板總線中,CompactPCI和VXI總線代表著這類總線當(dāng)前的水平,相應(yīng)產(chǎn)品正在迅速發(fā)展之中。在測量儀器機箱與計算機的互連總線中,IEEE 488通用接口總線由于前述原因,仍將在一些低速系統(tǒng)中被使用一段很長的時間,在高速系統(tǒng)中,將被SCSI總線所代替。MXI總線將作為VXI機箱與計算機互的事實上的標準總線。但由于串行總線,如USB、FireWire總線等,在傳輸速率上取得了重要突破,且價格便宜,有可能逐步代替現(xiàn)有的其他并行或串行互連總線,并成為測量和儀器網(wǎng)絡(luò)總線之一。尤其是FireWire總線,它的傳輸速率可高達3.2Gbps,利用它不但可組成高速測控網(wǎng)絡(luò),還可以代替測量和儀器系統(tǒng)機箱底板的并行總線,或作為冗余測控系統(tǒng)中的機箱底板并行總線的備份總線,具有很好的應(yīng)用前景。
測控系統(tǒng)正向著高效、高速、高精度和高可靠性,以及自動化、智能和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展,測控總線將為實現(xiàn)這些目標起重要作用。目前國外很多公司正在積極研究、開發(fā)Infranet-Intranet-Internet網(wǎng)絡(luò)連接標準,盡可能利用現(xiàn)有的WWW(萬維網(wǎng))技術(shù),將采集到的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)直接放到HTML(超文本標志語言)文檔中,使遠程用戶可以通過Internet對生產(chǎn)過程進行訪問,或控制遠地實驗室內(nèi)的智能設(shè)備。這將為開發(fā)開放型、全分布式、智能化的測控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)創(chuàng)造條件。這些都將對測控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的變革和性能的提高產(chǎn)生重大影響。
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