Sechs Dinge, die Sie über die Steuerung von USB-Geräten wissen müssen

Mit Plug-and-Play-Konnektivität und der nahezu allgegenwärtigen Verwendung von USB-Ports auf modernen PCs und Laptops ist USB eine beliebte Wahl für die Steuerung eigenständiger Instrumente geworden. Wenn immer mehr Gerätehersteller beginnen, USB-Ports in ihren Geräten zu verwenden, ist es wichtig, mehrere Probleme im Zusammenhang mit USB zu verstehen, um die Langlebigkeit Ihres Testsystems sicherzustellen.

Viele der heutigen Testanwendungen erfordern die Übertragung großer Datenmengen vom Gerät auf den PC. Bei der Auswahl von Geräten müssen Sie wissen, welche Übertragungsraten Ihr PC unterstützt. Der USB-Standard bietet vier Datenübertragungsraten:

• Low-Speed – Datenübertragung mit 1,5 Mb/s. Geräte wie Mäuse und Tastaturen verwenden diese niedrigste Übertragungsgeschwindigkeit. Dies war Teil des ursprünglichen USB-1.0-Standards.
• Full-Speed – Datenübertragung mit 12 Mb/s. Bis zur Einführung von Hi-Speed USB im Jahr 2000 war dies die schnellste Übertragungsgeschwindigkeit für USB. Dies war auch Teil des ursprünglichen USB-1.0-Standards.
• Hochgeschwindigkeit – Datenübertragung mit 480 Mb/s. Eingeführt im Hi-Speed-USB-Standard (USB 2.0), machte die hohe Übertragungsrate USB zu einer praktikablen Option für das Senden großer Datenmengen wie Audio und Video.
• Super-Speed - Datenübertragung mit 1 Gb/s. Dies wurde mit dem USB-3.0-Standard eingeführt.

Jeder nachfolgende USB-Standard hat die Rückwärtskompatibilität mit älteren Standards beibehalten. Während die USB 2.0-Spezifikation die Hochgeschwindigkeitsübertragungsrate einführte, behielt sie auch die Rückwärtskompatibilität mit den niedrigeren Raten bei, ebenso wie der USB 3.0 mit seinen Vorgängern.  Daher werden Geräte oft als USB 3.0-kompatibel bezeichnet, unterstützen aber nur die niedrigen, vollen und hohen Übertragungsraten. Achten Sie beim Kauf neuer Geräte auf den Satz „Super-Speed USB“, um sicherzustellen, dass das Gerät die schnellsten Übertragungsraten unterstützt.

Es gibt zwei verschiedene Arten von USB-Ports, die an einem Gerät angezeigt werden können: Host-Ports des Typs A und Geräteports des Typs B. Typ-A-Host-Ports, die durch ihre flache, längliche Erscheinung erkannt werden, sind üblicher, aber Sie können sie nicht zur Gerätesteuerung verwenden. Diese Anschlüsse können nur zur Steuerung anderer USB-Geräte verwendet werden – in der Regel zum Speichern von Daten auf USB-Memory-Sticks oder zum Hinzufügen von Maus- und Tastaturunterstützung zu einem Gerät. Um ein Gerät von einem PC aus steuern zu können, benötigen Sie Geräteanschlüsse des Typs B, die durch eine eckigere Form erkannt werden. Achten Sie bei der Prüfung von Gerätedatenblättern auf Referenzen auf USB-Geräteanschlüsse oder USB-Gerätesteuerung, um sicherzustellen, dass Sie Ihr Gerät über das Netzwerk steuern können.

Da USB-Geräte kein festgelegtes Kommunikationsprotokoll einhalten, kann die Programmierung eine große Herausforderung darstellen. Um Abhilfe zu schaffen, hat das USB Implementers Forum (USB-IF) eine bestimmte Geräteklasse definiert, die USB Test and Measurement Class (USBTMC). Entwickelt, um den IEEE-488.1-Standard zu emulieren, können Sie Geräte programmieren, die USBTMC wie ihre GPIB-Gegenstücke unterstützen. Diese Geräteklasse vereinfacht die Gerätesteuerung erheblich, da Sie Industriestandard-APIs (Application Programming Interfaces) wie NI-VISA zum Senden und Lesen von Gerätebefehlen verwenden können, ohne die untergeordneten Kommunikationsprotokolle implementieren zu müssen.

Bei Geräten, die USBTMC nicht unterstützen, müssen Sie entweder einen vom Hersteller bereitgestellten Treiber verwenden oder das Gerät im USB-RAW-Modus programmieren. NI-VISA bietet Unterstützung für die Kommunikation im USB-RAW-Modus, aber Sie müssen sich mit dem Gerätehersteller in Verbindung setzen, um die Einzelheiten seines Kommunikationsprotokolls zu erfahren.

Einer der größten Vorteile von USB gegenüber anderen Bussen ist die Unterstützung der Plug-and-Play-Konnektivität. Mit Tools wie dem NI Measurement & Automation Explorer (MAX) werden USBTMC-Geräte automatisch erkannt und für das System konfiguriert. Im Gegensatz zu Ethernet/LAN ist es nicht notwendig, IP-Adressen einzugeben oder Probleme mit Firmen-Firewalls zu haben, um eine Verbindung mit Ihren Geräten herzustellen.

Mit GPIB-Konvertern erhalten Sie viele Vorteile der USB-Gerätesteuerung, wie Plug-and-Play-Konnektivität, Benutzerfreundlichkeit und einfachen Zugriff auf USB-Ports, während Sie Ihre aktuellen GPIB-Geräte verwenden. Sie können dies mit Geräten wie dem NI GPIB-USB-HS+ erreichen, einem Hi-Speed-USB-Gerät, das jeden USB-Port in einen voll funktionsfähigen GPIB-Controller verwandeln kann. Da Sie Ihre aktuellen Geräte verwenden können, können Sie Ihre Investitionen in Hardware und Software sparen und Kosten bei der Entwicklung sparen, ohne neue Geräte zu programmieren.

Während USB heute ein beliebter Kommunikationsbus ist, hat die Geschichte der Computerindustrie gezeigt, dass die heutige heiße Technologie morgen veraltet sein könnte. Aufgrund dieser Vorgeschichte ist es wichtig, Entscheidungen zu treffen, um die Langlebigkeit Ihres Testsystems sicherzustellen, auch wenn sich Kommunikationsbusse ändern. Sie können dazu die Virtual Instrument Software Architecture (VISA) und National Instruments LabVIEW Plug-and-Play Instrument Drivers verwenden. Mit diesen Technologien, die auf dem Kommunikationsbus aufbauen, können Sie Ihre Systeme unabhängig vom verwendeten Bus mit einer Standard-API programmieren – ob GPIB, USB, seriell oder Ethernet/LAN. Solange sich die Programmierschnittstelle des Geräts nicht ändert, erfordert der Wechsel zwischen Kommunikationsbussen wenig oder keine Code-Modifikationen und trägt zur Gewährleistung der Langlebigkeit Ihres Testsystems bei.