USB計測器制御に関する6つの基礎知識

現在のPCおよびノートブックでのプラグアンドプレイ接続やユビキタスなUSBポート接続により、USBはスタンドアロン計測器を制御する際に一般的に使用されるようになりました。デバイスにUSBポートを搭載する製造元が増える中で、テストシステムの寿命を確保するためにUSBについての諸問題を理解することが重要です。

今日の多くのテストアプリケーションでは、計測器からPCへの大容量のデータ転送が必要になります。計測器を選択する際に、PCがサポートする転送レートを知っておく必要があります。USB標準には、4つのデータ転送レートがあります。

• Low-Speed: 最大データ転送速度1.5 Mb/s。マウスやキーボートなどのデバイスは通常、この最も低速の転送レートを使用します。これは元のUSB 1.0規格の一部です。
• Full-Speed: 最大データ転送速度12 Mb/s。2000年にHi-Speed USBが導入されるまで、この速度がUSBで最速の転送レートでした。これは元のUSB 1.0規格の一部でもあります。
• High-Speed: 最大データ転送速度480 Mb/s。Hi-Speed USB標準 (USB 2.0) で導入された高速転送レートにより、USBは、オーディオおよびビデオなどの大容量データを送信することが可能なオプションになりました。
• Super-Speed: 最大データ転送速度1 Gb/s。USB 3.0規格で導入されました。

それ以降のUSB規格は旧規格との下位互換性を維持しています。USB 2.0仕様では高速転送レートが導入されましたが、USB 3.0が下位互換性を持つと同様に、低速レートに対する下位互換性も維持されていました。 このようなデバイスは通常USB 3.0対応と呼ばれ、Low、Full、およびHigh-speed転送レートのみをサポートします。新しい計測器を購入する際は、「Hi-Speed USB」に対応し、計測器が最速の転送レートをサポートしているかを確かめてください。

計測器には、Type AホストポートおよびType Bデバイスポートの異なったUSBポートがあります。Type Aホストポートは、平らな長方形の形状をしており、より一般的ですが、計測器制御用として計測器側には使用されていません。これらのコネクタを使用できるのは、その他のUSBデバイスを制御する (通常は、データをUSBメモリスティックに保存する、またはマウスとキーボードのサポートを計測器に追加する) 時のみです。PCから計測器を制御するには、より正方形に近い形状のType Bデバイスポートが必要です。計測データシートを確認する際は、USBデバイスポートまたはUSB計測器制御のリファレンスを参照し、計測器をリモートで制御できるか確認してください。

USB計測器は規定の通信プロトコルに準拠していないため、プログラミングをすることは非常に難しい可能性があります。この問題を解消するため、USB Implementers Forum (USB-IF) は、USB Test and Measurement Class (USBTMC) と呼ばれる特定のデバイスクラスを定義しました。IEEE 488.1標準のエミュレーションを目的として、GPIB対応デバイスと同様にUSBTMCをサポートする計測器をプログラミングすることが可能です。このデバイスクラスにより、NI-VISAなどの業界標準のアプリケーションプログラミングインタフェース (API) を使用して、下位レベルの通信プロトコルを実装することなく計測器コマンド送信し、読み取ることができるため、計測器制御は大幅に簡素化されます。

USBTMCをサポートしないデバイスの場合、製造元が提供するドライバを使用するか、またはUSB RAWモードでデバイスをプログラムする必要があります。NI-VISAはUSB RAWモードでの通信をサポートしますが、その通信プロトコルの詳細については計測器製造元に問い合わせる必要があります。

他のバスと異なるUSBの最大の利点は、プラグアンドプレイ接続のサポートです。NI Measurement & Automation Explorer (MAX) などのツールを使用すると、USBTMC計測器は自動的に検出され、システム用に構成されます。イーサネット/LANとは異なり、IPアドレスの入力、または計測器と接続するための会社ファイヤウォールの使用は不要です。

GPIB変換器により、ご利用のGPIB計測器を使用しながら、プラグアンドプレイ接続、使いやすさ、USBポートへの容易なアクセスなど、USB計測器制御の多くの利点を得ることができます。USBポートを完全な機能を備えたGPIBコントローラに変換できるHi-Speed USBデバイスであるNI GPIB-USB-HS+などのデバイスを通して、これを実現することができます。ご利用の計測器を使用することができるため、新しい計測器をプログラミングすることなく、ハードウェア/ソフトウェアへの投資および開発コストを節約することが可能です。

USBは、現在では一般的な通信バスですが、コンピュータ業界の歴史を考慮すると、今日における最新技術でも将来的に廃れる可能性があります。このような背景があるため、通信バスが変化する場合もテストシステムの寿命を確保するための判断を下すことが重要です。Virtual Instrument Software Architecture (VISA) およびNI LabVIEWプラグアンドプレイ計測器ドライバを使用して、互換性のあるシステムを構築することができます。具体的には、通信バス上に構築されたこれらのテクノロジにより、使用するバス (GPIB、USB、シリアル、またはイーサネット/LAN) に関わらず、標準APIを使用してシステムをプログラムすることが可能です。計測器のプログラミングインタフェースが変更されない限り、通信バスを変更する際にも、コード変更が一切またはほとんど必要ではなく、テストシステムの寿命を確保することができます。