基于USB、PCM编码和以太网三层通讯的虚拟仪器平台

1 三层通信结构介绍

三层通信系统硬件结构框图如图1所示。

1.1USB通信层

起源于1995年的USB,近年来得到了飞快发展。除了作为标准外设接口应用之外,它也正在成为多种新型应用的通用连接标准,包括数据采集、测试测量等。由于USB1.1支持12 Mbps（高速）和1.5Mbps（低速）两种速度,因此能满足大部分工业实时测试的要求。而且,由于USB自身的特点,使得由它构成的系统具有了优势。

采用USB构成的系统具有可扩展性。通过使用Hub扩展,可驳接多达127个外投。USB具有良好的即插即用与热插拔特性[1],从而使由此构成的DDS仪器可以方便地增加和删减测试单元,组成现场所需的测试仪器。

与传统的安装在台式机机箱内的数据采集板卡相比,

USB接口不仅可以方便地应用于台式计算机,而且更广泛地应用于便携式计算机,有利于数据采集系统小型化、便携化,而且再也不会受计算机插槽数量、地址、中断等资源的限制。

另外,安装在机箱内的板卡往往会受到机箱内数据噪声环境的干扰。与之相反,DDS TM仪器是一个独立的模拟电路环境,具有安静的电磁氛围,数字噪声极小。即使对于测量上千千瓦交流电机振动的微伏级输入信号,也能得到干净、精密的信号波形。

鉴于以上优点,DDS仪器采用USB通信协议与数据采集计算机通信,实现数据在桌面的汇总。随着USB2.0的推出,USB的速率将达到480Mbps。我们相们,DDS仪器的应用前景钭更为令人瞩目。

1.2PCM编码的通信

USB是优秀的桌面接口技术,当它与PCM编码通信相结合,优势互补,就能产生一种简单、高速、抗干扰力强并适用于无线、同轴、光纤等多种介质的远距离数据采集系统。其基本思想是在现场测试点,将传感器采集的模拟量数字化后进行PCM编码,按照通信双方约定好的协议将数据上传。在PC机近端有一个双向的PCM编码与USB的转换接口,利用这个转换接口接收数据并通过USB接口传输至PC机进行分析。而主机向设备发送控制信息的过程正好相反,数据通过转换接口以PCM编码的形成再向远端传输。

1.3以太网通信层

一个大型测试项目通常由多个测试科目组成,每个科目又有多台DDS仪器。在进行实时数据处理时,将可能有多个数据处理工作站按照各自的要求,从不同的DDS仪器上取得信号数据流。以太网正是为测试信号的数据综合提供了最方便的方法。