USB通信技術在測控領域中的應用探討

葉關山++馬萌

摘要：隨著科學技術不斷進步與發展，全球計算機技術得到了快速提升，而USB 作為一種新型的PC機標配接口，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勢，從而得到了極度的青睞。基于此，本文將對其在測控領域中的應用進行了探討，通過相關的分析與討論，介紹了USB相關方面的知識，闡述了其在測控領域的數據傳輸方式，最后對其在測控領域中的具體應用進行了解析。

關鍵詞：USB 通信技術 測控領域 傳輸 驅動程序

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）12-0107-01

1 引言

USB通信技術雖然備受青睞，在廣泛的應用中確實也取得了很大的成效，但其也有自身的不足：作為一種串行技術接口，傳輸的距離較短，并且抗干擾能力不強。基于此，本文將對其在測控領域中的應用進行了探討，通過相關的分析與討論，介紹了USB相關方面的知識，闡述了其在測控領域的數據傳輸方式，最后對其在測控領域中的具體應用進行了解析。

2 USB數據傳輸方式

2.1 中斷傳輸

中斷傳輸指的是固定延遲、低頻率的通信，主要適用于一些請求傳輸頻率不高，但必須在相應的指定時間內完成的傳輸數據，其運用包括鼠標、集線器、USB鍵盤及游戲桿等狀態報告。具體而言，中斷傳輸需要及時迅速向主機報告當前狀況，而這是由設備的屬性及其使用場合等決定。

2.2 控制傳輸

控制傳輸往往是非周期性的、突發式的，一般是由主機軟件發起的請求或者相應的通信，主要作用于命令事務與狀態事務。控制傳輸的作用是為了支持通信流，而這種通信流是設備功能與客戶軟件之間關于命令、配置及狀態類型的一種方式。

2.3 同步（等時）傳輸

同步（等時）通信指的是在設備與主機之間進行的連續、周期性的通信，傳輸的信息一般都與時間之間相關。這種傳輸方式保留了把時間概念包含在數據包中的能力，主要適用于固定時間內或固定速率下的傳輸。

3 USB通信技術在測控領域中的應用探析

3.1 測控系統設計

本文中以電火花加工數控設備為例，主要采用的是PC+嵌入式的結構，這便能為探討USB接口在同類工業領域中的可控利用打下基礎，而本測控系統主要就是為了試圖解決USB數據傳輸中的抗強電磁干擾問題。電火花數控系統主要的數據信息包括了三個層面的信息、加工間隙電壓及程序的運行狀態等，這些都主要利用RS232 與PC機之間的數據通訊，提高系統的性能。將USB技術運用在測控系統中，對原系統的數據傳輸部分進行必要的改造，從而實現高速的USB控制模塊接受相關的控制控制指令，反饋相關的數據信息，從而供相關的操作人員參考。

3.2 測控系統方案

在進行測控系統方案設計時，需要選擇合適的MCU主控制器、抗干擾方案與USB接口芯片等。當這些選擇完畢之后，便能進行各種方案的設計。

3.2.1 USB接口芯片的選擇方案

目前，在市場上售賣的USB控制器主要有：帶有USB接口的單片機（MCU）與純粹的USB接口芯片。對于USB接口設計而言，其主要有以下兩種設計方案：（1）采用連接到MCU的標準USB控制器芯片，這種接口方案成本較低，但有一個較為明顯的缺點是電路在設計與調試過程中都比較復雜；（2）采用具備通信功能的USB單機片，這類單機片往往采用的是開發者所熟悉的指令集與結構，因此有很強的處理能力，并且構成的電路系統也很簡單，調試很方便，但缺點在于由于使用的是USB接口，因此其與傳統的開發系統之間往往不兼容。

3.2.2 ADC數據采集方案

當前，在數據采集模塊上主要有兩種方案：（1）利用獨立的ADC和MCU，能有效實現按照實際需求進行合理搭配；（2）集成ADC混合信號的 MCU，此方案下電路設計十分簡單，操作方便，在滿足基本性能的要求下，還能采用高級的內置SARADC。

3.3 測控系統中USB控制模塊及系統程序設計

3.3.1 USB控制模塊

對于測控系統中的USB控制模塊而言，主要包括CPU模塊、系統總線模塊、USB模塊、電源模塊、模擬量輸入模塊。USB設備作為一個完整的硬件系統，主要由固件與硬件兩個部分構成，其中固件主要指的是系統的配置與CPU的設置模塊、USB協議模塊等，而系統的配置與CPU的設置模塊如同單片機一樣，包括了內存分配與寄存器的配置等。

3.3.2 USB驅動程序的體系

USB 驅動程序的體系結構中，USB總線客戶軟件主要包含了不同總線設備的設備驅動程序，主要通過Windows定義的軟件接口和集線器驅動程序進行相關的通信，而USB總線集線器驅動程序則主要利用USB中的串行總線驅動程序接口來實現相關通信。這樣以后，USB 則會根據具體的應用選擇兩種主控制器驅動程序中的一種進行相關通信。最后，主控制器驅動程序往往會自動實現 USB 總線的訪問。

3.3.3 USB驅動程序的具體設計

為了讓計算機相關操作系統能更好的識別外設，一般都需要編寫相關的設備驅動程序，主要包括了檢測設備時系統需要使用的引導文件與設備信息文件等。這些程序編制完成之后，計算機必須能“識別”這些設備，然后將它們導入相關的系統中，并對其進行相關的控制與協調，以便這些設備在計算機中順利地工作。這樣的工作程序就需要USB驅動程序來實現，而且對于大多數的計算機標準設備而言，都能很好的支持其內建的驅動程序，但開發的某些產品往往無法直接在計算機中使用，因此需要編寫各種設備的驅動程序，才能實現USB通信技術在測控領域中更好的應用。

參考文獻

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