USB通信技术在测控领域中的应用探讨

叶关山++马萌

摘要：随着科学技术不断进步与发展，全球计算机技术得到了快速提升，而USB 作为一种新型的PC机标配接口，有着非常高效的传输速率、占用资源少、即插即用等方面的优势，从而得到了极度的青睐。基于此，本文将对其在测控领域中的应用进行了探讨，通过相关的分析与讨论，介绍了USB相关方面的知识，阐述了其在测控领域的数据传输方式，最后对其在测控领域中的具体应用进行了解析。

关键词：USB 通信技术 测控领域 传输 驱动程序

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）12-0107-01

1 引言

USB通信技术虽然备受青睐，在广泛的应用中确实也取得了很大的成效，但其也有自身的不足：作为一种串行技术接口，传输的距离较短，并且抗干扰能力不强。基于此，本文将对其在测控领域中的应用进行了探讨，通过相关的分析与讨论，介绍了USB相关方面的知识，阐述了其在测控领域的数据传輸方式，最后对其在测控领域中的具体应用进行了解析。

2 USB数据传输方式

2.1 中断传输

中断传输指的是固定延迟、低频率的通信，主要适用于一些请求传输频率不高，但必须在相应的指定时间内完成的传输数据，其运用包括鼠标、集线器、USB键盘及游戏杆等状态报告。具体而言，中断传输需要及时迅速向主机报告当前状况，而这是由设备的属性及其使用场合等决定。

2.2 控制传输

控制传输往往是非周期性的、突发式的，一般是由主机软件发起的请求或者相应的通信，主要作用于命令事务与状态事务。控制传输的作用是为了支持通信流，而这种通信流是设备功能与客户软件之间关于命令、配置及状态类型的一种方式。

2.3 同步（等时）传输

同步（等时）通信指的是在设备与主机之间进行的连续、周期性的通信，传输的信息一般都与时间之间相关。这种传输方式保留了把时间概念包含在数据包中的能力，主要适用于固定时间内或固定速率下的传输。

3 USB通信技术在测控领域中的应用探析

3.1 测控系统设计

本文中以电火花加工数控设备为例，主要采用的是PC+嵌入式的结构，这便能为探讨USB接口在同类工业领域中的可控利用打下基础，而本测控系统主要就是为了试图解决USB数据传输中的抗强电磁干扰问题。电火花数控系统主要的数据信息包括了三个层面的信息、加工间隙电压及程序的运行状态等，这些都主要利用RS232 与PC机之间的数据通讯，提高系统的性能。将USB技术运用在测控系统中，对原系统的数据传输部分进行必要的改造，从而实现高速的USB控制模块接受相关的控制控制指令，反馈相关的数据信息，从而供相关的操作人员参考。

3.2 测控系统方案

在进行测控系统方案设计时，需要选择合适的MCU主控制器、抗干扰方案与USB接口芯片等。当这些选择完毕之后，便能进行各种方案的设计。

3.2.1 USB接口芯片的选择方案

目前，在市场上售卖的USB控制器主要有：带有USB接口的单片机（MCU）与纯粹的USB接口芯片。对于USB接口设计而言，其主要有以下两种设计方案：（1）采用连接到MCU的标准USB控制器芯片，这种接口方案成本较低，但有一个较为明显的缺点是电路在设计与调试过程中都比较复杂；（2）采用具备通信功能的USB单机片，这类单机片往往采用的是开发者所熟悉的指令集与结构，因此有很强的处理能力，并且构成的电路系统也很简单，调试很方便，但缺点在于由于使用的是USB接口，因此其与传统的开发系统之间往往不兼容。

3.2.2 ADC数据采集方案

当前，在数据采集模块上主要有两种方案：（1）利用独立的ADC和MCU，能有效实现按照实际需求进行合理搭配；（2）集成ADC混合信号的 MCU，此方案下电路设计十分简单，操作方便，在满足基本性能的要求下，还能采用高级的内置SARADC。

3.3 测控系统中USB控制模块及系统程序设计

3.3.1 USB控制模块

对于测控系统中的USB控制模块而言，主要包括CPU模块、系统总线模块、USB模块、电源模块、模拟量输入模块。USB设备作为一个完整的硬件系统，主要由固件与硬件两个部分构成，其中固件主要指的是系统的配置与CPU的设置模块、USB协议模块等，而系统的配置与CPU的设置模块如同单片机一样，包括了内存分配与寄存器的配置等。

3.3.2 USB驱动程序的体系

USB 驱动程序的体系结构中，USB总线客户软件主要包含了不同总线设备的设备驱动程序，主要通过Windows定义的软件接口和集线器驱动程序进行相关的通信，而USB总线集线器驱动程序则主要利用USB中的串行总线驱动程序接口来实现相关通信。这样以后，USB 则会根据具体的应用选择两种主控制器驱动程序中的一种进行相关通信。最后，主控制器驱动程序往往会自动实现 USB 总线的访问。

3.3.3 USB驱动程序的具体设计

为了让计算机相关操作系统能更好的识别外设，一般都需要编写相关的设备驱动程序，主要包括了检测设备时系统需要使用的引导文件与设备信息文件等。这些程序编制完成之后，计算机必须能“识别”这些设备，然后将它们导入相关的系统中，并对其进行相关的控制与协调，以便这些设备在计算机中顺利地工作。这样的工作程序就需要USB驱动程序来实现，而且对于大多数的计算机标准设备而言，都能很好的支持其内建的驱动程序，但开发的某些产品往往无法直接在计算机中使用，因此需要编写各种设备的驱动程序，才能实现USB通信技术在测控领域中更好的应用。

参考文献

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[3]李耀齐.USB 通信技术在测控领域中的应用[D].桂林工学院，2007.