《電子技術(shù)應(yīng)用》
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NI硬件的定制設(shè)計(jì)
摘要： 美國國家儀器公司為工程師提供的硬件平臺多種多樣，可用于測試，測量和設(shè)計(jì)。例如，用戶可充分利用NI Single-Board RIO，PXI，或數(shù)據(jù)采集（DAQ）的優(yōu)勢。每一種硬件平臺都包含實(shí)際測量、數(shù)據(jù)分析和平臺高級應(yīng)用的高效接口。盡管每個(gè)平臺都含有諸多模塊、配件和附件，但有時(shí)仍需客戶定制固定裝置以完善整個(gè)平臺。例如，由于您具體工作的應(yīng)用類型不同，可能需要定制信號調(diào)理以連接外界信號和控制系統(tǒng)。若無現(xiàn)成的產(chǎn)品供應(yīng)，客戶就需要自行設(shè)計(jì)固定裝置。利用NI的資源，客戶就可以明晰配置完整的自定義設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的NI的軟硬件。
關(guān)鍵詞： PXI 數(shù)據(jù)采集 NI
Abstract：
Key words :

    美國國家儀器公司為工程師提供的硬件平臺多種多樣，可用于測試，測量和設(shè)計(jì)。例如，用戶可充分利用NI Single-Board RIO，PXI，或數(shù)據(jù)采集（DAQ）的優(yōu)勢。每一種硬件平臺都包含實(shí)際測量、數(shù)據(jù)分析和平臺高級應(yīng)用的高效接口。

    盡管每個(gè)平臺都含有諸多模塊、配件和附件，但有時(shí)仍需客戶定制固定裝置以完善整個(gè)平臺。例如，由于您具體工作的應(yīng)用類型不同，可能需要定制信號調(diào)理以連接外界信號和控制系統(tǒng)。若無現(xiàn)成的產(chǎn)品供應(yīng)，客戶就需要自行設(shè)計(jì)固定裝置。

    利用NI的資源，客戶就可以明晰配置完整的自定義設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需的NI的軟硬件。

 采用NI軟件的定制設(shè)計(jì)簡介

    利用美國國家儀器的電路設(shè)計(jì)工具，用戶可以更快設(shè)計(jì)出構(gòu)造電路原型。NI Multisim是模擬和數(shù)字電路的原理圖設(shè)計(jì)和仿真環(huán)境。姊妹產(chǎn)品NI Ultiboard是一款板式布局布線軟件，可快速構(gòu)造PCB原型。不管是否有印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)工具的使用經(jīng)驗(yàn)，用戶均可十分方便地進(jìn)行完整的原型構(gòu)造。

如何改善您的設(shè)計(jì)？

    在設(shè)計(jì)電路時(shí)，執(zhí)行下列任務(wù)將消耗您大量的時(shí)間：

    設(shè)計(jì)原理圖:由于“設(shè)計(jì)模式”多種多樣，接線繁雜，使得常規(guī)重復(fù)性任務(wù)十分繁瑣。Multisim讓重復(fù)性任務(wù)直觀化，簡化了原理圖設(shè)計(jì)。例如，不必切換到“接線模式”，Multisim即可自動連接符號。

    自定義接頭:沒有設(shè)計(jì)工具擁有全部的接頭符號，特別是在使用特定公司的硬件時(shí)（如美國國家儀器），創(chuàng)建接頭的符號和焊盤布局非常耗時(shí)。若采用多個(gè)精確距離的引腳，則需要花費(fèi)數(shù)天創(chuàng)建接頭庫。難免有時(shí)會犯錯(cuò)誤，而一個(gè)不精確的符號又會導(dǎo)致幾個(gè)小時(shí)的模型設(shè)計(jì)工作化為零。設(shè)計(jì)NI硬件時(shí)，Multisim建立了包含NI Single-Board RIO、CompactRIO和M系列DAQ的接頭庫，簡化了設(shè)計(jì)。這一接頭庫使得設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的時(shí)間得以大幅節(jié)省。

    過渡至布局階段:PCB設(shè)計(jì)行業(yè)有許多不同設(shè)計(jì)工具。這樣通常會出現(xiàn)最初的原理圖階段和后續(xù)的布局階段采用的工具無法整合。美國國家儀器將這一問題看作工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的頭等大事，我們針對用戶反饋和簡化設(shè)計(jì)的需求，對Multisim和Ultiboard間的整合進(jìn)行了顛覆性的重新設(shè)計(jì)。Multisim原理圖到Ultiboard布局的標(biāo)注是完全透明的。例如，在轉(zhuǎn)換階段“猜謎”式的操作被清晰的對話框所替代。

Multisim 接頭數(shù)據(jù)庫

    在Multisim中，數(shù)據(jù)庫中包含了26種符號和焊盤布局的NI配對接頭。這些接頭允許用戶將Multisim中設(shè)計(jì)的定制PCB與NI硬件連接(NI Single-Board RIO、CompactRIO和M 系列 DAQ)。

    訪問這些部件：

  1. 打開 Multisim (開始 >> 所有程序 >> 美國國家儀器 >> 電路設(shè)計(jì)套件 11.0 >> NI Multisim 11.0)
  2. 選擇放置 >> 部件
  3. 在數(shù)據(jù)庫對話框中選擇主數(shù)據(jù)庫。
  4. 在組對話框中，選擇NI_部件。
  5. 查看4個(gè)獨(dú)立的部件系列（圖1）。

 


圖 1   選擇部件界面的邏輯布局

 NI Single-Board RIO的定制設(shè)計(jì)

    NI Single-Board RIO是一種價(jià)格低廉的嵌入式解決方案。用戶可以使用NI LabVIEW軟件對實(shí)時(shí)處理器、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）進(jìn)行編程，并連接模擬和數(shù)字I/O。NI Single-Board RIO 采用母板配置，設(shè)計(jì)人員可將完整的解決方案集成至任何外形架構(gòu)內(nèi)。

圖 2   NI Single-Board RIO示圖

 

    NI Single-Board RIO平臺允許用戶方便地連接Xilinx FPGA與任意模擬/數(shù)字端口或C系列I/O模塊。

    模擬和數(shù)字I/O端口位于NI Single-Board RIO設(shè)備頂部。因此，如果用戶在信號連接至板卡之前需要任何特定的放大或?yàn)V波功能，可將自定義子卡安裝在任意自定義外形架構(gòu)板卡上。

    采用Multisim 和Ultiboard后，用戶可根據(jù)具體應(yīng)用，自定義PCB為任意尺寸或形狀。為使這一工作更為簡便，NI平臺還提供接頭符號和焊盤布局。同樣還有一系列的參考設(shè)計(jì)和白皮書。

    客戶需要自定義何種設(shè)計(jì)？

  1. 信號放大
  2. 信號濾波
  3. 特定領(lǐng)域信號（生物醫(yī)學(xué)，機(jī)械，等）連接
  4. 不同通訊協(xié)議間的轉(zhuǎn)換

用戶解決方案：了解其他工程師為NI Single-Board RIO設(shè)計(jì)的定制PCB板

  1. 利用 NI Single-Board RIO 和 NI Multisim設(shè)計(jì)創(chuàng)新型醫(yī)療儀器
  2. 利用NI Single-Board RIO設(shè)計(jì)嵌入式FedEx滅火系統(tǒng)

參考設(shè)計(jì)和白皮書：查看NI Single-Board RIO設(shè)計(jì)方法資源

  1. 白皮書:采用Multisim和Ultiboard對NI Single-Board進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)
  2. 參考設(shè)計(jì):采用NI Multisim 和Ultiboard進(jìn)行NI Single-Board RIO 參考設(shè)計(jì)

所用工具：了解產(chǎn)品

  1. NI Multisim 和 NI Ultiboard（作為NI 電路設(shè)計(jì)套件提供)
  2. NI Single-Board RIO

 

 

 

NI Compact RIO 自定義設(shè)計(jì)

CompactRIO 采用低成本、可重配置的控制和采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)。其整合了實(shí)時(shí)處理器和FPGA, 并封閉在堅(jiān)固的機(jī)箱內(nèi)。用于采集和傳輸測量數(shù)據(jù)的I/O模塊為熱插拔模塊，尺寸小巧。CompactRIO 是快速原型設(shè)計(jì)的理想選擇 (圖3)。

圖 3   CompactRIO設(shè)計(jì)

 

    CompactRIO上的FPGA與外界通過C系列I/O模塊連接，C系列I/O模塊由某些隔離模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)或模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)組成，還含有專用接頭盒。I/O的功能取決于特定的設(shè)計(jì)和控制要求。

    在許多情況下，用戶都需要自定義CompactRIO。比如，盡管I/O模塊很多，但用戶可能只需要特定種類的，包括通過通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，或?qū)μ囟ǜ蓴_進(jìn)行濾波的模塊。在其它情況下，I/O模塊可以實(shí)現(xiàn)必要的功能；然而，外部信號接入CompactRIO可能存在困難。此時(shí)，可采用分線板采集外部信號并加以適當(dāng)處理，使其可用于CompactRIO，從而有助于改善設(shè)計(jì)性能或發(fā)布。

    客戶需要自定義何種設(shè)計(jì)？

  1. 分接信號
  2. 信號調(diào)理
  3. 與特定領(lǐng)域信號（生物醫(yī)學(xué)，機(jī)械，等）的接口
  4. 不同通訊協(xié)議間的傳輸

用戶解決方案：了解其他工程師為CompactRIO設(shè)計(jì)的定制PCB板

  1. 采用NI Multisim和CompactRIO快速設(shè)計(jì)軍事通訊系統(tǒng)
  2. 采用CompactRIO和Multisim設(shè)計(jì)方程式賽車高性能電子設(shè)備

查看設(shè)計(jì)和白皮書：查看NI CompactRIO設(shè)計(jì)方法資源

  1. 參考設(shè)計(jì):為CompactRIO模塊設(shè)計(jì)分線板
  2. 參考設(shè)計(jì):自定義C系列模塊設(shè)計(jì)
  3. 參考設(shè)計(jì):帶自由量程加速度傳感器的自定義C系列模塊

所用工具：了解產(chǎn)品

  1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作為NI電路設(shè)計(jì)套件提供)
  2. CompactRIO 模塊開發(fā)套件

 

 M系列DAQ的定制設(shè)計(jì)

    NI多功能DAQ設(shè)備為不同應(yīng)用場合提供模擬和數(shù)字I/O。該方案為一款低成本測量采集的解決方案，適合于各種不同測試和分析應(yīng)用。

圖4 - NI M系列DAQ模塊

 

    M系列DAQ的自定義設(shè)計(jì)有很多應(yīng)用，其中一個(gè)很好的應(yīng)用就是分線板。在設(shè)計(jì)分線板時(shí)，工程師需要從特定源和接口信號處獲取信號，以保證其與外部系統(tǒng)“配對”。例如，分線板設(shè)計(jì)可從M系列DAQ接頭獲取信號，然后將信號重定向至R系列DAQ接頭（引腳數(shù)不同）。

    盡管也可通過實(shí)驗(yàn)電路板和接線實(shí)現(xiàn)該操作，然而對于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境來說，太過繁瑣和耐用性方面的劣勢使其很難推廣。

參考設(shè)計(jì)和白皮書：查看NI Single-Board RIO設(shè)計(jì)方法資源

  1. 參考設(shè)計(jì): 創(chuàng)建R系列到M系列的定制連接板

所用工具：了解產(chǎn)品

  1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作為NI電路設(shè)計(jì)套件)
  2. 美國國家儀器DAQ 設(shè)備
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