如何为仪器控制系统选择合适的硬件总线

概览

当您面对各种各样的仪器连接总线时，可能会很难为自己的应用作出最合适的选择。可以说每个总线都有各自的优势和相应的优化技术。因此，请您先问问自己如下四个问题，比较一下最常见PC总线的功能选项，即可作出决定。

什么总线可以用在仪器和计算机上？ 我需要什么样的总线性能？ 该仪器将要用在什么环境中？ 设置和配置总线的难易程度如何？

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常见总线的选择指南 仪器控制硬件总线概述

1.什么总线可以用在仪器和计算机上？

一款仪器通常会提供一个或更多个总线选择，用于仪器的控制；PC通常也会为仪器控制提供多种总线选择。如果PC上没有自带连接到某种仪器的总线，您也可以通过一个插件板或者外部转换器来添加总线。用于仪器控制的总线类型很多，大体可以分为以下几类：

用于与机架式仪器连接的独立总线，包括测试与测量专用总线，如GPIB总线，以及其它PC标准总线，如串行总线（RS232）、以太网总线和USB总线。您也可以使用一些独立总线作为与其它独立总线转接的媒介，例如USB至GPIB转换器。 内嵌于模块化仪器的接口总线包括PCI、PCI Express、VXI、和PXI。您也可以使用这些总线作为一个媒介，为不具备独立总线的PC添加独立总线，例如：使用 NI PCI-GPIB控制器板卡。

2. 我需要什么样的总线性能？

影响总线的性能的三个主要因素包括：带宽、延迟和仪器实现方式。

带宽是数据传输的速率，它通常以百万比特每秒为单位测量。 延迟是数据传输的时间，通常以秒为单位。例如，通过以太网传输时，大的数据块被分解为小片段，然后以多个数据包的方式发送。延迟就是其中一个数据包的传输时间。 总线软件、固件和硬件的仪器实现方式将影响总线性能。并不是所有的仪器都是生来一致的，无论是用户定义的虚拟仪器还是厂商设计的传统仪器，在仪器具体实现过程中所采用的折中措施，都将影响仪器性能。虚拟仪器的一个好处就是：最终用户作为仪器的设计者，在仪器实现的过程中，自己就可以作出最优的折中决定。

图1. 比较主流测试和测量总线的理论带宽与延迟。

3. 该仪器将要用在什么环境中？

在开发一个仪器控制应用时，充分考虑其部署环境是很重要的。您需要考虑的主要因素包括：仪器到PC之间的距离，以及接口和电缆的坚固性。这两个因素在为仪器控制系统选择总线时至关重要。

仪器到PC之间的距离
如果您的仪器离PC很近（小于5米），您就可以灵活地选择任意一种总线类型。如果您的仪器远离PC，例如，在另一个房间内或另一幢大楼里，那么您应该考虑分布式仪器控制系统的体系架构。分布式仪器控制系统中可能包括扩展器、中继器、LAN/LXI, 或者LAN转换器(例如，以太网至GPIB转换器)。

接口和电缆的坚固性
如果您的仪器处在充满噪声干扰的环境中，例如工业环境，那么您可以考虑使用提供保护的接口总线，隔离环境干扰。例如，在一个生产车间里，GPIB或者USB将是一个更加合适的选择，因为它的电缆锁定牢靠，具有坚固耐用的屏蔽指标。

4. 设置和配置总线的难易程度如何？

当您在选择总线接口时，请注意其设置和安装方式。某些仪器部署在有许多用户交互的地方，例如实验室中，这是就应该考虑选择SUB总线接口，使用起来非常方便，且与用户习惯一致。对于需要考虑安全性的仪器控制系统，您应该意识到信息技术部门可能会禁止使用以太网/LAN/LXI等总线。如果您确定以太网/LAN/LXI对于您的仪器控制系统来说是最佳总线接口，那么当您将其部署在一个需要考虑安全性的环境中时，应该在整个设计实施过程中与信息技术部门协同工作。

5. 常见总线的选择指南

总线	带宽 (MB/s)	延迟 (µs)	距离 (m) (不使用延长)	设置与安装	连接器坚固性
GPIB	1.8 (488.1) 8 (HS488)	30	20	良好	最佳
USB	60 (高速)	1,000 (USB) 125 (高速)	5	最佳	良好
以太网/ LAN	12.5 (快速) 125 (Gigabit)	1,000 (快速) 1,000 (Gigabit)	100	良好	良好
PCI	132	1.7	内部