用USB做為數(shù)據(jù)采集接口

1、用 USB做為數(shù)據(jù)采集接口USB（通用串行總線）已成為消費類應(yīng)用中的低成本 PC接口標(biāo)準(zhǔn)。但最近它成 為數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中一種流行接口。USB1.1與 USB2.0USB2.0是 USB規(guī)范的最新版本。為了保持與現(xiàn)有器件向后的兼容， USB2.0操作 規(guī)范是 USB1.1規(guī)范的高級形式。 USB2.0可以做 USB1.1的每件工作，它與 USB1.1是完全兼容的。另外， USB2.0支持更快的傳輸。 USB2.0的最高數(shù)據(jù)傳 輸率是 480Mb/s，這比 USB1.1所支持的最高速度快 40 倍。數(shù)據(jù)傳輸模式USB可用在大量的應(yīng)用中，為此， USB開發(fā)者已建立了 4 種不同的數(shù)據(jù)模式：控 制、中斷

2、、集群和同步模式。每種模式都有優(yōu)、缺點，而應(yīng)用通常將確定采用 哪種模式。控制模式 控制傳輸用于配置，而所有裝置都必須支持控制傳輸?？梢耘渲脭?shù)據(jù)采集裝置 所需的非常有限的數(shù)據(jù)傳輸能力只用于控制模式，盡管大多數(shù)據(jù)裝置利用其他 數(shù)據(jù)傳輸模式。中斷模式 中斷傳輸通常用在必須在將定時間傳輸數(shù)據(jù)，如很多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用或鍵盤、鼠 標(biāo)接口。每個 USB端口提供多種中斷傳輸管道。保用定時使中斷模式用在大多 數(shù)數(shù)采集應(yīng)用中是理想的。一個單數(shù)據(jù)采集裝置，可用多中斷傳輸來提供較高的數(shù)據(jù)傳輸率。由于有大量 中斷和總線帶寬受限制，所以用多中斷降低可連接到專門 USB端口上的獨立裝 置數(shù)量。集總模式 集總模式通常用在傳輸率不

3、受限制時，如到打印機(jī)的寫入。集總傳輸將采用分 配給其他傳輸類型的帶寬，所以將不會減慢極限工作。若總線是忙的，則集總傳輸將得到最低優(yōu)先級。隨著大多數(shù)數(shù)據(jù)丟失，所以， 對于大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用不推薦用集總模式。同步模式 同步傳輸正在流行于音頻或視頻中恒定數(shù)據(jù)率傳輸。這對于重新傳輸已被接收 帶誤差的數(shù)據(jù)是不可能的，所以，它不適合于必須是精確的數(shù)據(jù)。這限制同步 模式在大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用中的采用?？偟膩碚f，中斷模式最適合大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。同步模式被大多數(shù)應(yīng)用所排 除，因為它不能提供數(shù)據(jù)完整性。集總和控制模式可用于實現(xiàn)很多數(shù)據(jù)采集裝置。但是，由于它們不能提供保用 的數(shù)據(jù)傳輸率，所以，若數(shù)據(jù)采集裝置不能提供

4、非常大的數(shù)據(jù)緩沖器，則會有 實際丟失數(shù)據(jù)的危險。在用戶調(diào)研不同供應(yīng)商數(shù)據(jù)采集裝置時，要詢問是采用哪一種傳輸模式。若裝 置所采用的模式不是中斷模式，用戶在計劃連接到多個裝置到一個給定USB端口時，應(yīng)詢問可能的系統(tǒng)限制。數(shù)據(jù)傳輸率現(xiàn)在， USB規(guī)范允許系統(tǒng)在三個不同數(shù)據(jù)傳輸率下運行。 USB2.0和1.1 支持在 低速和全速下數(shù)據(jù)傳輸。除這些數(shù)率外， USB2.0支持總線速度在高速。表 1 列出理論最高傳輸率和有關(guān) 低速、全速和高速傳輸?shù)钠渌阅苤笜?biāo)。表 1USB2.0 理論上最高傳輸性能指標(biāo)傳輸類型控制中斷集總同步一般用途控制和配置數(shù)據(jù)采集，鼠標(biāo)和鍵盤接口 打印機(jī)和繪圖儀接口 音頻和視頻流低速支

5、持是是不不最高數(shù)據(jù)傳輸率（ B/S）240004800 用所有 6 個可用的端不支持不支持 總線傳輸率點/ 管線15MB/S數(shù)據(jù)信息包最大字節(jié)88不支持 不支持 全速 支持 是 是 是，但不是 HID是，但不是 HID12MB/S最高數(shù)據(jù)傳輸率（ B/S）總線傳輸率： 832000高達(dá) 1216000（用所有 19個可用的端點 /管線） 12160001023000 數(shù)據(jù)信息包最大字節(jié)646464 1023 高速 支持 是 是 是 是 最高數(shù)據(jù)傳輸率（ B/S） 15872000 49152000 用可用的 53248000 24576000 總線傳輸率： 480MB/S端點/ 管線 數(shù)據(jù)信息

6、包最大字節(jié)6410245121024 低速、全速和高速 保用數(shù)據(jù)傳輸?shù)却龝r間 無有無有誤差檢查 / 校正有有有無 基于輔助操作和處理延遲問題，實際上這些傳輸率不可能達(dá)到。也應(yīng)記住，大 多數(shù)據(jù)采集應(yīng)用 是基于 12b 字或 16b 字而不是字節(jié)，所以這些數(shù)在從每秒字節(jié) 轉(zhuǎn)換到每秒取樣數(shù)之前必須進(jìn)行換算。低速低速傳輸采用 1.5Mb/b 總線傳輸率。這是在總線上傳輸位的實際速率，而不包 括控制和誤差檢驗所需的輔助操作。在低速系統(tǒng)中實際的可能數(shù)據(jù)傳輸率將低 于 1.5Mb/s 。低速也限制所允許的中斷和控制模式。數(shù)據(jù)信息包只可能是 8b（最大）。中斷 傳輸?shù)淖畲蟮却龝r間可低到 10ms。控制端點的最

7、大傳輸為 24B/ms，中斷端點最 大傳輸為 8B/10ms。因此，采用低速傳輸?shù)难b置通常不采用數(shù)據(jù)采集應(yīng)用需要每秒幾千取樣以上 的?，F(xiàn)在，很多包含 PMD-1208LS和 QUANCOM（r） USBOPTOREL的 16可用 USB基 數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品采用低速傳輸。全速全速傳輸提供最大 12MB/S數(shù)據(jù)傳輸率。這是在總線上傳輸數(shù)位的實際速度，但 實際上可用的數(shù)據(jù)傳輸率將低于此值。所有 4 種傳輸模式都是允許的。不過， 標(biāo)準(zhǔn) Windows人接口裝置（ HID）驅(qū)動器只支持控制和中斷模式。 對于控制，中斷和集總傳輸其數(shù)據(jù)信息包可以是 64B（最大），對于同步傳輸 最大為 1023B。中斷傳輸?shù)淖?/p>

8、大等待時間可以低到 1ms?？刂贫它c最大傳輸為 832B/ms（高達(dá) 19 個中斷端點管線是可用的），同步端點為 1.023B/ms。 全速傳模式實現(xiàn)具有 100KHz范圍（基于中斷傳輸）的數(shù)據(jù)采集裝置。 PMD- 1608FS和 softDSP SDS200采用全速數(shù)據(jù)傳輸?；诩偦蛲絺鬏斂砷_發(fā)更 快的裝置，但是，對于保證精確數(shù)據(jù)無損失危險或 FIFO 超出，其中斷傳輸方法 是最可 *的方法。高速高速傳輸提供最高 480Mb/s 數(shù)據(jù)傳輸率，而只有 USB2.0支持高速傳輸。象低速 和全速性能指標(biāo)那樣，這是實際的在總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位，輔助操作和誤差檢 查使可達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸率將低于此值。高速

9、支持所有 4 種傳輸模式?？刂苽鬏?shù)臄?shù)據(jù)信息包括最大可以是 64B，集總 傳輸最大為 512B，中斷傳輸最大為 1024B，同步傳輸最大為 1024B。中斷傳輸 的最大等待時間可低到 125s?？刂贫它c傳輸最大為 15872B/ms，集總端點為 53248B/ms，中斷端點為 24576B/ms，同步端點為 24576B/ms。其于高速 USB傳輸?shù)?USB基數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品 可望支持 Hz 范圍的取樣率。USB總線不能支持在 PCI或 Compact PCI 總線上可能的 80Mb/S傳輸率。然而， 高速 USB能適應(yīng)當(dāng)今大多數(shù)數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。優(yōu)先選用方法是中斷模式，因為它可以保證采集定時。 在單端口上混合不同速度的裝置 若正在用每個計算機(jī)端口的一個 USB裝置或單個 USB，則連接不同速度的混合 裝置不會有問題。若有一個 USB2.0 端口，則可簡單地插入到任何 USB裝置中。 系統(tǒng)將重新組織裝置的速度和相應(yīng)的通信。若插入一個高速 2.0 裝置到 1.0 端口，則將重新組織、裝配裝置并實際地工 作。然而，將達(dá)不到 2.0 端口的取樣率。為了連接多個 US