1 前语
跟着计算机和主动丈量技能的开展，丈量仪器和计算机的联系日益亲近。现在PC的年销售量近一亿台，在软硬件方面积累了许多经历，发明了丰厚的资源。计算机(尤指微型机)的许多效果很块就运用到丈量和仪器范畴，如图形化用户界面(GUI)、分布式处理、进步速度和网络功用等等，不久都移植到丈量和仪器中。运用PC极其丰厚的软件和硬件资源，能够大大进步测验体系的功用，许多便利有用的主动测验体系随之而发生。与计算机相结合已经成为丈量仪器和主动测验体系开展的必然趋势。
所谓总线是指计算机、丈量仪器、主动测验体系内部以及彼此之间信息传递的公共通路，是计算机和内部测验体系的重要组成部分，其功能在计算机和主动测验体系中具有无足轻重的效果。总线是计算机、主动测验体系甚至网络体系的根底。运用总线技能，能够大大简化体系结构，添加体系的兼容性、开放性、可靠性和可维护性，便于实施规范化以及安排规划化的出产，然后显着下降体系本钱。总线的类别许多，分类办法多样，仅按运用的场合可分为芯片总线、板内总线、机箱总线、设备互连总线、现场总线及网络总线等多种类型。总线技能包括的内容极为广泛，本文首要评论根据PC的测验体系的总线技能。限于篇幅，下面仅就与计算机相对独立的丈量仪器机箱总线、丈量仪器机箱(机柜)与计算机之间的互连总线等相关内容作一评论，以期引起我们的评论。
2 机箱底板总线
主动测验体系机箱底板总线是指组成体系各种机箱的底板总线。在总线底板插槽上刺进模拟量输入/输出、数字量输入/输出、频率和脉冲量输入/输出等功用插件，可组成具有不同规划和功用的主动测验体系。除了许多计算机总线可用作机箱底板总线之外，还有不少专门为主动测验体系规划的总线。这些总线可分为两类，一类是经有关规范化安排发布的规范总线，另一类是各公司规划的专用总线。
2.1 STD和CAMAC总线
STD总线和CAMAC总线是前期规范的、运用比较遍及的测验体系机箱底板总线。STD总线于1973年推出，其插件板选用小尺度板子结构，印制电路板上带有边际式印制插头(也叫“金手指”)。在同类板子中，因为其尺度小，因而耐振荡、冲击，具有杰出的巩固性和可靠性，适合于工业测控场合的运用。因为这种总线规范的机箱、插件板结构简略、本钱低，故而在一段时刻内，STD总线规范的产品在工业测控范畴得到遍及的运用。可是，STD总线插件所用的边际式印制插头存在接触不良的缺陷，近年来已逐渐被其他先进总线产品所替代。CAMAC总线是70年代初推出才一种专门为测控体系规划的规范机箱底板总线。其总线规范完好、严厉，曾得到广泛的运用。近几年来，因为其他高功能总线的呈现，这种总线已显落后，相同处于被筛选的进程。
2.2 ISA总线
工业规范结构总线(Industrial Standard Architecture – ISA)始于1984年，也是前期的一种总线，它实践上归于PC总线，是一种8/16位的非同步数据总线，作业频率8MHz，数据传输率为1Mbps(8位)或2Mbps(16位)。ISA总线虽未被规范化安排正式定为规范，但因为运用广泛，已成为事实上的规范，在测验范畴内以PC为根底的数据收集运用中近20年一向占有着主导地位。ISA总线尽管扩展了对微处理器的支撑才能，但仍存在许多缺乏之处，如I/O扩展才能差，边际式印制插头(座)接触不良，耐振荡、冲击才能差，对温湿度比较灵敏而不习惯工业现场作业等，在速度上已成为体系的瓶颈，已逐渐被PCI、CompactPCI总线所替代。
2.3 VXI总线
VXI (VMEbus eXtension for Instrumentation)总线是VME计算机总线在仪器范畴中的扩展，由HP等公司于1987年提出，1992年成为IEEE1155规范。在该体系中环绕机械、电气、操控办法、通讯协议、电磁兼容、软面板、驱动程序、I/O操控甚至机箱、印制电路板的VXI总线产品彼此兼容。VXI体系归纳了计算机技能、GPIB技能、PC仪器技能、接口技能、VME总线和模块化结构技能的效果，1998年修订的VXI 2.0版别规范选用了VME总线的最新进展，供给了64位扩展才能，数据传输率最高可达80Mbps。VXI体系最多可包括256个器材(设备)，可组成一个或多个子体系，每个子体系最多可包括13个刺进式模块，刺进一个机箱内，在组成大、中规划主动丈量体系以及对速度、精度要求高的场合，具有其其他仪器无法比拟的优势。VXI总线支撑即插即用、人机界面杰出、资源运用率高、简略完成体系集成，大大地缩短了研发周期，且便于晋级和扩展。其其时的一个运用热门是自1986年美商国家仪器公司(NI)推出的虚拟仪器(Virtual Instrumnets)开发渠道LabVIEW，虚拟仪器提出“软件即仪器”(The software is the instrument)的标语，由软件界说各种仪器的功用，带来了测验技能的革新。值得一提的是我国已有不少单位如航天测控公司、中国科技大学等进行了一系列的开发和运用研讨，成绩斐然。缺乏的是VXI体系的本钱相对较高。
2.4 PCI、CompactPCI及PXI总线
外围设备互连总线(Peripheral Component Interconnect – PCI)由Intel公司于1993年提出后，很快成为PC职业新的事实上的规范，PCI总线是一种同步的、独立于CPU的32/64位部分总线，最高作业频率33MHz，数据传输率为132Mbps(32位)和264Mbps(64位)，很好地处理了ISA总线的瓶颈问题，并带来了真实的即插即用(PnP)功用，大大进步了体系的数据收集率。
CompactPCI总线由多家厂商于1994年提出，是PCI总线的12种规范之一，也是PCI总线的增强和扩展，在电气上彻底与PCI兼容，具有抗振颤和利于散热等，更适合于工业测控的运用。其数据宽度同PCI，最高传输速率可达528Mbps。
PXI总线是1997年美国国家仪器公司(NI)发布的一种高功能低价位的开放性、模块化仪器总线。PXI是PCI在仪器范畴的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation)，是用于主动测验体系机箱底板总线的规范，在机械结构方面与CompactPCI总线的要求根本相同，不同的是PXI总线规范对机箱和印制电路板的温度、湿度、振荡、冲击、电磁兼容性和通风散热等提出了要求，与VXI总线的要求十分类似。在电气方面，PXI总线彻底与CompactPCI总线兼容。所不同的是PXI总线为适合于测控仪器、设备或体系的要求，添加了体系参阅时钟、触发器总线、星型触发器和部分总线等内容。除了PXI体系具有多达8个插槽(1个体系槽和7个仪器模块槽)，而绝大大都台式PCI体系仅有3个和4个PCI插槽这点不同之外，PXI总线与台式PCI规范具有彻底相同的PCI功能。运用PCI-PCI桥技能扩展多台PXI体系，能够使扩展槽的数量在理论上最多能到达256个。PXI将Windows NT和Windows 95界说为其规范软件结构，并要求一切的仪器模块都必须带有按VISA规范编写的WIN32设备驱动程序，使PXI成为一种体系级规范，确保体系的易于集成与运用，然后进一步下降用户的开发费用，所以在数据收集、工业主动化体系、计算机机械观测体系和图画处理等方面获得了广泛运用。
3 计算机与测控机箱之间互连总线
与计算机相对独立的测控机箱或机柜需要用相应的总线(或规范接口)与计算机衔接，以组成计算机操控的主动测验体系或网络。实践运用时可选用串行总线或许并行总线两种办法进行衔接。
3.1 串行总线
串行总线是指按位传送数据的通路。其衔接线少、接口简略、本钱低、传送间隔远，被广泛用于PC与外设的衔接和计算机网络。常用的串行总线有RS-232C、RS-422A、RS-485、USB及IEEE-1394等。
(1)RS-232C串行接口
RS-232C(Recommended Standard)串行接口是计算机与外设之间以及计算机与测验体系之间最简略、最遍及的衔接办法，选用23线衔接器。其最高的单向数据传输率为20kbps，此刻的最大传输间隔为15米。恰当下降速率，其最大传输间隔可达60米。但它仅仅1对1的传输，仅用于简略或低速的体系，在实践运用中还有必定的商场。
(2)RS-422A总线
RS-422A串行总线也是一种常用的接口总线，支撑一点对多点的通讯。它在传输速率、传送间隔及抗干扰功能等方面均优于RS-232C，选用差动(差分)收发的作业办法，运用双端线来传送信号，最高数据传输率为10Mbps，此刻的传输间隔为120米，可衔接32个收发器。如恰当下降传输率，可添加其通讯间隔。例如在10kbps时刻隔可达1200米。
(3)RS-485串行总线
RS-485是一种典型的串行总线，支撑一点对多点的通讯，选用双绞线衔接，可衔接32个收发器，其他特性与RS-422A总线挨近，在测控体系中得到较为遍及的运用，但不能满意高速测验体系的运用要求。
(4)通用串行总线USB
通用串行总线USB(Universal Serial Bus)是由美国多家公司在1995年提出的一种高功能串行总线规范，尽管现在还未得到规范化安排供认，但已经成为事实上的规范。这种串行总线具有传输速率高、即插即用、热切换(带电插拔)和可运用总线传送电源等特色，能衔接127个设备。其电缆只要一对信号线和一对电源线，作业于最高12Mbps的中等速度，传输间隔30米，轻盈廉价，适用于传递文件数据和音响信号，新的PC机都已配上USB总线接口。
(5)IEEE 1394串行总线
IEEE1394串行总线(又名前方-FireWire)是由苹果公司于80年代提出的，1995年被IEEE承受，其时最高传输速率400Mbitps，传输间隔72米，今后还要按800M、1.6G及3.2 Gbitps分段进步。它有两对信号线和一对电缆线，在无HUB时可用任何办法衔接63个设备。并且支撑即插即用、带电插拔。这是一种运用远景十分宽广的串行总线，和USB总线作业于不同的频率规模，可彼此配合运用，适用于动画等视频信号的传输，可用于衔接计算机的高速外部设备，也可用于衔接数字电视、DVD等消费类电子设备以及作为测验仪器的数据传输总线。在测控体系中，它可作为机箱底板总线的备份总线，以及用作计算机与高速数据收集体系互连总线。不过现在支撑IEEE 1394设备还不许多。
3.2 并行总线
在集成式主动测验体系中，计算机与测验部分比较接近，为进步数据传输速率，大多选用并行总线进行衔接。并行总线也分为规范的和非规范两类。常用的并行规范总线有通用接口总线IEEE 488和ANSI X3.131-1986 SCSI总线。非规范的并行总线也许多。大都厂家自己规划专用的并行总线，再经过总线转化接口，将计算机和测验部分衔接起来。
(1)IEEE 488总线
IEEE 488通用接口总线又称GPIB(General Purpose Interface Bus)总线，是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线，因而又名HPIB(HP Interface Bus)，1975年IEEE和IEC确以为IEEE 488和IEC 652规范。该规范总线在仪器、外表及测控范畴得到了最广泛的运用。这种体系是在微机中刺进一块GPIB接口卡，经过24或25线电缆衔接到仪器端的GPIB接口。当微机的总线改变时，例如选用ISA或PCI等不同总线，接口卡也随之改变，其余部分可坚持不变，然后使GPIB体系能习惯微机总线的快速改变。因为GPIB体系在PC呈现的初期面世，所以有必定的局限性。如其数据线只要8根，传输速率最高1Mbps，传输间隔20米(加驱动器可达500米)等等。尽管如此，现在仍是仪器、外表及测控体系与计算机互连的干流并行总线。因为装有GPIB接口的台式仪器的种类和数量都显着超越倍受青睐的VXI仪器，并且在现在运用的VXI体系中，与GPIB混合运用份额很大，还有适当数量选用外主控计算机操控的VXI体系，其计算机经过GPIB电缆和GPIB-VXI接口进行操控。以PCI为根底的PXI体系，也都具有GPIB接口。所以，在适当长的时刻内，GPIB体系仍将在实践运用中，特别是中、低速规模内的计算机外设总线运用中占有必定的商场。
(2)SCSI总线
SCSI总线的原型是美国Shugart公司推出的，用于计算机与硬盘驱动器之间传输数据的SASI(Shugart Associates System Interface)总线，1986年成为美国国家规范ANSI X3.131，该名为SCSI总线(Small Computer System Interface)。其数据线为9位，速度可达5Mbps，传输间隔6米(加驱动器可达25米)，经改善又连续推出SCSI-2 Fast and Wide和SCSI-3(又称Ultra SCSI)总线，原SCSI总线改称SCSI-1总线。该总线的传输速率很高，现已遍及用作计算机的高速外设总线，如衔接高速硬盘驱动器。许多高速数据收集体系也用它与计算机互连。现在仍处在开展之中。
(3)MXI总线
MXI总线(多体系扩展接口Multi-system eXtension Interface bus)是一种高功能非规范的通用多用户并行总线，具有很好的运用远景。它是NI(National Instruments)公司于1989年推出的32位高速并行互连总线，最高速度可达23Mbps，传输间隔20米。MXI总线经过电缆与多个器材衔接，选用硬件映象通讯规划，不需要高档软件，一根MXI电缆上可衔接8个MXI器材。其电缆自身是相通的，MXI器材经过简略地读写相应的地址空间就可直接拜访其他一切器材的资源而无需任何软件协议。现在，VXI总线的测控机箱大都用这种总线与计算机互连。它将成为VXI总线机箱与计算机互连的事实上的规范总线。
4 结束语
由前面的介绍能够看出，在丈量和仪器体系机箱底板总线中，CompactPCI和VXI总线代表着这类总线其时的水平，相应产品正在迅速开展之中。在丈量仪器机箱与计算机的互连总线中，IEEE 488通用接口总线因为前述原因，仍将在一些低速体系中被运用一段很长的时刻，在高速体系中，将被SCSI总线所替代。MXI总线将作为VXI机箱与计算机互的事实上的规范总线。但因为串行总线，如USB、FireWire总线等，在传输速率上取得了重要打破，且价格廉价，有或许逐渐替代现有的其他并行或串行互连总线，并成为丈量和仪器网络总线之一。尤其是FireWire总线，它的传输速率可高达3.2Gbps，运用它不但可组成高速测控网络，还能够替代丈量和仪器体系机箱底板的并行总线，或作为冗余测控体系中的机箱底板并行总线的备份总线，具有很好的运用远景。
测控体系正向着高效、高速、高精度和高可靠性，以及主动化、智能和网络化方向开展，测控总线将为完成这些方针起重要效果。现在国外许多公司正在活跃研讨、开发Infranet-Intranet-Internet网络衔接规范，尽或许运用现有的WWW(万维网)技能，将收集到的数据和操控参数直接放到HTML(超文本标志言语)文档中，使长途用户能够经过Internet对出产进程进行拜访，或操控远地试验室内的智能设备。这将为开发开放型、全分布式、智能化的测控网络体系发明条件。这些都将对测控体系的体系结构的革新和功能的进步发生严重影响。
