引言
　　1993年英特爾公司的第五代微處理器奔騰問世，它使用的PCI總線達到32位，時鐘33MHz，帶寬達到132 MB/s ~264MB/s。1995年為解決PC機傳統外設總線不能適應奔騰芯片的瓶頸，以PC供應商康柏、DEC、IBM和軟件公司微軟為首推出了通用串行總線（USB），成立USB實施論壇（USBIF），開始對USB進行推廣和認證。USB1.1版的低速率是1.5Mbps，全速數據率是12Mbps，主控制器將總線傳輸時間劃分為幀，每幀1ms，在幀時間內傳輸多個事務處理到多個器件上。

　　USB總線的機械連接非常簡單，電纜是4芯的屏蔽線，一對雙絞線（D+，D-）傳送信號，另一對雙絞線（VBUS，電源地）傳送+5V的直流電壓；連接器有A型（或小A型）和B型（或小B型）兩種。USB器件的即插即用（即熱插拔）是一個優勢，對用戶來說，第一次插入USB器件時，通過手動或自動安裝驅動程序后就可以使用該器件。一個USB主控制器端口最多可連接127個器件，各器件之間的距離不超過5米。2000年USB2.0版規范推出，將USB總線的數據率提高到480Mbps的高速，并向后兼容。在高速USB總線上，主控制器將每幀1ms再劃分成8個微幀，每個微幀125μs，能完成更多事務處理，使總的數據率提高40倍。

　　USB接口規范將多種PC機外設具有相似特性的歸納為某一類，例如鼠標、鍵盤等屬于HID類，音響產品屬于Audio類，CD、硬盤、閃存屬于Mass Storage類。微軟的Windows操作系統為常用類別提供驅動程序，實現自動安裝。不在Windows支持的USB器件（如測量儀器）需要提供自己的驅動程序，或者安裝程序將有關應用和驅動程序打包在一起，一次性完成器件的安裝。USBIF負責對符合USB接口規范的硬件和程序作認證，發給認證標志。驅動程序還可獲得微軟硬件設備質量（WHQL）認證，實現在Windows操作系統下的自動安裝。

　　2000年后，臺式PC都增加了USB接口，筆記本電腦甚至安裝了兩個USB接口。現在數以億計的帶有USB接口的PC機在運行，數以十億計的PC機外設和其他設備，其中包括USB測量儀器使用USB接口。正是由于USB接口擁有大量PC機外設，使得USB接口的支持產品，包括控制器芯片、集成器和橋接器、電纜和連接器、驅動程序和安裝程序、開發工具等非常普及，加上USB接口的安裝方便、數據率較寬、容易擴展、即插即用、成本較低等特點，出現了更多使用USB接口的電子產品。

1新興的USB測量儀器族

　　USB接口進入測量儀器是從1998年開始的，當時IOtech和NI兩家公司首先在他們的數據采集儀器中使用了USB接口，隨后許多著名儀器公司都接納了USB接口。最簡單的做法是增加USB作為外設接口，因為臺式測量儀器大部分裝有嵌入式微處理器，并且一部分臺式測量儀器采用內置奔騰處理器的Windows平臺，所以安裝USB接口是順理成章的事情。2000年，橫河電機開始在數字示波器上安裝USB接口，之后安捷倫、力科、泰克亦在數字示波器上配備USB接口。2003年，因為安捷倫和NI在廣泛應用的虛擬儀器軟件結構（VISA）的I/O層增加了對USB的支持，所以USB接口普遍被臺式、便攜式、模塊式測量儀器接受為標準接口之一。傳統的IEEE488接口儀器和RS232接口儀器可以通過USB-IEEE488和USB-RS232轉換器與臺式和筆記本電腦連接。

　　經過實際應用，證明USB接口在測量儀器中確實是簡單方便和低成本的互連技術，它在數據采集系統取得了令人矚目的成果。傳統上，PC平臺的數據采集系統卡需要占用ISA或PCI插槽，以及從插卡引出至傳感器的大量線纜，數據采集增加時受PC機插槽數目、地址、中斷等硬件和軟件資源的限制，可擴展性較差，抗電磁干擾性能差，安裝拆卸困難，成本并不經濟。隨著PC機配置USB接口和數據率的提高以及USB接口芯片價格的下降，使USB接插件和電纜較便宜，導致大量USB數據采集系統的推出，售價從100美元至1000美元，很受用戶的歡迎。事實上，這種借助PC機配置的擴充總線或外設總線成果，用于測量儀器系統的成功經驗已有先例，PCI、PXI、VXI和即將公布的LXI各種總線的儀器擴展應用，都充分發揮了PC機的普及率高、產品成本低、使用方便等顯著特點。PC機市場比測量儀器市場大得多，投入的開發和制造資源極為豐富，這些都是優勢，也是測量儀器業所不具備的。測量儀器業在20世紀60年代曾獨立開發出GPIB總線（即IEEE488），它是惠普公司經10年努力獲得的成果，值得注意的是IEEE488至今仍是臺式儀器的首選總線。自IEEE488總線之后，NI公司提出虛擬儀器的概念，并借船出海，充分發揮PC機的硬件和軟件資源用于測量儀器，成績斐然，帶動了測量儀器的發展。

　　但是，USB接口在測量儀器的擴展應用并無儀器公司或機構的推動，情況與IEEE488、VXI、PXI等總線有所不同，它們是有組織地制定規范和推廣，對測量儀器業具有影響和促進。而USB儀器屬于測量儀器公司的市場驅動，最初進展緩慢，近年產品明顯增多，特別是在USB2.0發布后，USB測量儀器從數據采集向數字多用表、數字示波器、邏輯分析儀、任意波形發生器、數字化儀、協議分析儀等發展，形成多種多樣的體積小型、移動輕便、價格實惠、性能適中的一類測量儀器實體。隨著PC機的普及，測量儀器中出現一類PC基儀器，它借助插入PC機外設插槽的測量用卡和PC機資源構建成虛擬面板儀器，簡稱PCI儀器。筆記本PC和口袋式PC出現后，它們沒有可供測量儀器使用的外設插槽，只有可供測量儀器使用的各種接口，包括軟盤、硬盤、PC卡、紅外、并行、串行、1394、以太網、USB等接口中的1種至4種。經過實際考驗，USB儀器在中低檔測量儀器中最受用戶歡迎，形成一類USB儀器而進入測量儀器主流。

　　值得一提的是，USB儀器屬于普及型的產品，它以即插即用和經濟實惠而進入測量儀器市場，它的機械構件（如連接器、線纜）和電氣特性（如定時、同步）都不是與IEEE488、VXI和PXI儀器處于同一水平上，同時，至今為止還沒有USB儀器規范，只有USB規范。

2 USB數據采集器

　　USB儀器中以USB數據采集器面市最早，品種最多，從簡單的模塊至多插卡的機箱都有產品。簡單的USB數據采集器模塊一般具有8路以上模擬輸入通道，12至14位分辨率，100KS/s以下的取樣率，簡單的測量和記錄I/O。模塊通過USB線纜與PC機USB端口連接，從CD盤下載驅動器程序后即可工作，來自傳感器的模擬信號從模塊接線排輸入。為對比和了解這類低價位USB數據采集器的特性，《測試與測量世界》（TM&W）的高級技術編輯最近對3種低價位（150美元）的產品作了測試，它們分別是NI公司的USB6008、DT公司的DT9810和MC公司的PMD1208FS。