NI硬件的定制設計

概覽

　　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，測量和設計。例如，用戶可充分利用NI Single-Board RIO，PXI，或數據采集(DAQ)的優勢。每一種硬件平臺都包含實際測量、數據分析和平臺高級應用的高效接口。

　　盡管每個平臺都含有諸多模塊、配件和附件，但有時仍需客戶定制固定裝置以完善整個平臺。例如，由于您具體工作的應用類型不同，可能需要定制信號調理以連接外界信號和控制系統。若無現成的產品供應，客戶就需要自行設計固定裝置。

　　利用NI的資源，客戶就可以明晰配置完整的自定義設計系統所需的NI的軟硬件。

　　采用NI軟件的定制設計簡介

　　利用美國國家儀器的電路設計工具，用戶可以更快設計出構造電路原型。NI Multisim是模擬和數字電路的原理圖設計和仿真環境。姊妹產品NI Ultiboard是一款板式布局布線軟件，可快速構造PCB原型。不管是否有印刷電路板(PCB)設計工具的使用經驗，用戶均可十分方便地進行完整的原型構造。

　　如何改善您的設計?

　　在設計電路時，執行下列任務將消耗您大量的時間：

　　設計原理圖：由于“設計模式”多種多樣，接線繁雜，使得常規重復性任務十分繁瑣。Multisim讓重復性任務直觀化，簡化了原理圖設計。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：沒有設計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(如美國國家儀器)，創建接頭的符號和焊盤布局非常耗 時。若采用多個精確距離的引腳，則需要花費數天創建接頭庫。難免有時會犯錯誤，而一個不精確的符號又會導致幾個小時的模型設計工作化為零。設計NI硬件 時，Multisim建立了包含NI Single-Board RIO、CompactRIO和M系列DAQ的接頭庫，簡化了設計。這一接頭庫使得設計環節的時間得以大幅節省。

　　過渡至布局階段：PCB設計行業有許多不同設計工具。這樣通常會出現最初的原理圖階段和后續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計環節的頭等大事，我們針對用戶反饋和簡化設計的需求，對Multisim和Ultiboard間的整合進行了顛覆性的重新設 計。Multisim原理圖到Ultiboard布局的標注是完全透明的。例如，在轉換階段“猜謎”式的操作被清晰的對話框所替代。

　　Multisim 接頭數據庫

　　在Multisim中，數據庫中包含了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中設計的定制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 >> 電路設計套件 11.0 >> NI Multisim 11.0)

　　2. 選擇放置 >> 部件

　　3. 在數據庫對話框中選擇主數據庫。

　　4. 在組對話框中，選擇NI_部件。

　　5. 查看4個獨立的部件系列(圖1)。

　　圖 1 – 選擇部件界面的邏輯布局

　　NI Single-Board RIO的定制設計

　　NI Single-Board RIO是一種價格低廉的嵌入式解決方案。用戶可以使用NI LabVIEW軟件對實時處理器、現場可編程門陣列(FPGA)進行編程，并連接模擬和數字I/O。NI Single-Board RIO 采用母板配置，設計人員可將完整的解決方案集成至任何外形架構內。

　　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/數字端口或C系列I/O模塊。

　　模擬和數字I/O端口位于NI Single-Board RIO設備頂部。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濾波功能，可將自定義子卡安裝在任意自定義外形架構板卡上。

　　采用Multisim 和Ultiboard后，用戶可根據具體應用，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計和白皮書。

　　客戶需要自定義何種設計?

　　1. 信號放大

　　2. 信號濾波

　　3. 特定領域信號(生物醫學，機械，等)連接

　　4. 不同通訊協議間的轉換

　　用戶解決方案：了解其他工程師為NI Single-Board RIO設計的定制PCB板

　　1. 利用 NI Single-Board RIO 和 NI Multisim設計創新型醫療儀器

　　2. 利用NI Single-Board RIO設計嵌入式FedEx滅火系統

　　參考設計和白皮書：查看NI Single-Board RIO設計方法資源

　　1. 白皮書:采用Multisim和Ultiboard對NI Single-Board進行自定義設計

　　2. 參考設計:采用NI Multisim 和Ultiboard進行NI Single-Board RIO 參考設計

　　所用工具：了解產品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard(作為NI 電路設計套件提供)

　　2. NI Single-Board RIO

　　NI Compact RIO 自定義設計

　　CompactRIO 采用低成本、可重配置的控制和采集系統設計。其整合了實時處理器和FPGA, 并封閉在堅固的機箱內。用于采集和傳輸測量數據的I/O模塊為熱插拔模塊，尺寸小巧。CompactRIO 是快速原型設計的理想選擇 (圖3)。

　　圖 3 - CompactRIO設計

　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、數模轉換器(DAC)或模數轉換器(ADC)組成，還含有專用接頭盒。I/O的功能取決于特定的設計和控制要求。

　　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，包括通過通訊網絡進行傳輸，或對特定干擾 進行濾波的模塊。在其它情況下，I/O模塊可以實現必要的功能;然而，外部信號接入CompactRIO可能存在困難。此時，可采用分線板采集外部信號并 加以適當處理，使其可用于CompactRIO，從而有助于改善設計性能或發布。

　　客戶需要自定義何種設計?

　　1. 分接信號

　　2. 信號調理

　　3. 與特定領域信號(生物醫學，機械，等)的接口

　　4. 不同通訊協議間的傳輸

　　用戶解決方案：了解其他工程師為CompactRIO設計的定制PCB板

　　1. 采用NI Multisim和CompactRIO快速設計軍事通訊系統

　　2. 采用CompactRIO和Multisim設計方程式賽車高性能電子設備

　　查看設計和白皮書：查看NI CompactRIO設計方法資源

　　1. 參考設計:為CompactRIO模塊設計分線板

　　2. 參考設計:自定義C系列模塊設計

　　3. 參考設計:帶自由量程加速度傳感器的自定義C系列模塊

　　所用工具：了解產品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作為NI電路設計套件提供)

　　2. CompactRIO 模塊開發套件

　　M系列DAQ的定制設計

　　NI多功能DAQ設備為不同應用場合提供模擬和數字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用。

　　圖4 - NI M系列DAQ模塊

　M系列DAQ的自定義設計有很多應用，其中一個很好的應用就是分線板。在設計分線板時，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“配對”。例如，分線板設計可從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(引腳數不同)。

　　盡管也可通過實驗電路板和接線實現該操作，然而對于大多數實驗室環境來說，太過繁瑣和耐用性方面的劣勢使其很難推廣。

　　參考設計和白皮書：查看NI Single-Board RIO設計方法資源

　　1. 參考設計: 創建R系列到M系列的定制連接板

　　所用工具：了解產品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作為NI電路設計套件)

　　2. 美國國家儀器DAQ 設備

　　NI現已推出分別針對動手學習以及專業電路設計的教育版和專業版電路仿真軟件Multisim 11，敬請登陸http://www.ni.com/multisim/zhs/了解更多信息，或登陸www.ni.com/china查看相關新聞。