USB仪器逐步确立主流地位

现今，PC普遍采用了USB作为外设总线，而仪器制造商也推出了大量基于USB的数据采集产品。目前市场上可以购买到价位从50至2495美元之间的各种USB数据采集模块，而且取样率达到500ks/s。由于USB2.0版本的出现，USB总线不会像早期那样限制吞吐量而使产品在较低取样率下工作了。由于RS-232端口逐渐被取消，手持数字万用表也正在向USB接口转移(图1)。

首批USB仪器出现时，Windows尚未确定是否支持该技术。微软公司的Windows98第二版开始支持USB，但是直到Windows 2000时，USB才开始发展并成熟起来。现在，许多USB数据采集产品需要Windows 2000或Windows XP的支持。


图1 数字万用表通过USB接口连接到PC上

早期的USB仪器通过12Mb/s的USB1.1与PC连接，使吞吐量限制在100ks/s和16位的分辨率。而运行在高速(480Mb/s)USB2.0技术下的数据采集模块，例如Data Translation的DT9834和Keithley的KUSB-3116数据采集模块，却具有在8通道下高达500ks/s和16位分辨率的吞吐量，可以用于控制模拟和数字输出。

由于USB提供即插即用的功能，对于快速测量应用来说是相当的方便，而并不需要额外的模拟电路。USB仪器具有非常强大的灵活性，，只要你在每台笔记本或者台式机安装上驱动器，就可以使USB仪器应用在每台计算机上。事实上，USB受到了广泛人士的欢迎，包括教师、工程师和科学工作者。NI公司数采软件产品市场工程师C.Anderson说：“教师喜欢它的快速测量能力。利用USB的学生不必更多地了解各种基于PC的仪器，他们可集中注意力收集和分析与其有关项目的数据。”

汽车业界同样赞赏USB。Roehrig工程公司软件研发总监D.Gerard介绍到，在工作时他们为每个吸震器的测力计和悬置弹簧分级器配备一块数据采集模块。在普遍使用基于USB技术的数据采集器以前，他使用一块PC插卡和一根笨重的电缆将模拟信号从计算机连接到测力计。而在使用USB模块之后，却变得相当的方便和简单。现在只要用一台笔记本电脑和公司的软件去查询和控制测力计的数据，就完成测量了。

为了方便用户收集数据而无需编写程序，USB数据采集模块的制造商提供用于收集和存储数据的数据采集软件。IOtech公司还增加了脱机数据分析和作图软件。一般来说，对于独立(stand-alone)的软件，付费越多效益越高，但是Dataq仪器公司却提供了一种灵巧的数据采集程序，而它只需要50美元。

但USB并非对所有应用都适用。某些工程师质疑它在生产环境下的可靠性。USB电缆的连接器容易松脱，另外，USB电缆本身不如IEEE488电缆那样牢靠，由于信号的反射使它的长度要比以太网电缆短，USB规范限制它的电缆长度不超过5m。沿USB电缆传输的位元能够在USB1.1的模块与主机PC之间以12Mb/s(即全速)的速度传输，或者在USB2.0规范下，主机PC、仪器和全部集线器之间会以480Mb/s(即高速)高速运动。应该注意到的是，某些声称遵循USB2.0的产品，它们可能与遵循USB2.0的端口通信，但却只有USB 1.1的速度而不是480Mb/s。NI公司Anderson称，当前NI所有的USB数据采集产品都在全速下运行，但是端口与USB2.0规范兼容。工程师需要查阅仪器的数据表，才能知道是否可在高速下运行。

虽然USB使PC不再需要模拟电路并且更靠近被测源，但如果没有正确连接到信号上，则仍然会遇到麻烦，那就是接地回路引起的干扰可能产生测量误差。如果USB仪器使用电池供电的笔记本PC，就不会产生这种问题。但反之，如果使用交流电源供电，则可能通过电源线引入接地回路。

此外，USB电缆供给外围器件的5V电源可能不够满足数据采集模块所控制的器件所需的功率。例如，多功能数据采集模块具有数字I/O线，而且数字I/O模块的I/O线会多至96条。因此，由于USB的功率有限，则可能不能用数字输出提供电流。或者得到的电流不能满足应用要求。最好获得足够的电流将数字输出用来吸收外部电源。

随着目前USB产品的应用越来越广泛，USB总线开始被作为仪器总线的几种首选总线之一。而剩下的工作就是，如何将不同制造商的USB仪器整合在自动测量系统中一起工作。