NI硬件的定制设计

NI硬件的定制设计

概览

　　美国国家仪器公司为工程师提供的硬件平台多种多样，可用于测试，测量和设计。例如，用户可充分利用NI Single-Board RIO，PXI，或数据采集(DAQ)的优势。每一种硬件平台都包含实际测量、数据分析和平台高级应用的高效接口。

　　尽管每个平台都含有诸多模块、配件和附件，但有时仍需客户定制固定装置以完善整个平台。例如，由于您具体工作的应用类型不同，可能需要定制信号调理以连接外界信号和控制系统。若无现成的产品供应，客户就需要自行设计固定装置。

　　利用NI的资源，客户就可以明晰配置完整的自定义设计系统所需的NI的软硬件。

　　采用NI软件的定制设计简介

　　利用美国国家仪器的电路设计工具，用户可以更快设计出构造电路原型。NI Multisim是模拟和数字电路的原理图设计和仿真环境。姊妹产品NI Ultiboard是一款板式布局布线软件，可快速构造PCB原型。不管是否有印刷电路板(PCB)设计工具的使用经验，用户均可十分方便地进行完整的原型构造。

　　如何改善您的设计?

　　在设计电路时，执行下列任务将消耗您大量的时间：

　　设计原理图：由于“设计模式”多种多样，接线繁杂，使得常规重复性任务十分繁琐。Multisim让重复性任务直观化，简化了原理图设计。例如，不必切换到“接线模式”，Multisim即可自动连接符号。

　　自定义接头：没有设计工具拥有全部的接头符号，特别是在使用特定公司的硬件时(如美国国家仪器)，创建接头的符号和焊盘布局非常耗 时。若采用多个精确距离的引脚，则需要花费数天创建接头库。难免有时会犯错误，而一个不精确的符号又会导致几个小时的模型设计工作化为零。设计NI硬件 时，Multisim建立了包含NI Single-Board RIO、CompactRIO和M系列DAQ的接头库，简化了设计。这一接头库使得设计环节的时间得以大幅节省。

　　过渡至布局阶段：PCB设计行业有许多不同设计工具。这样通常会出现最初的原理图阶段和后续的布局阶段采用的工具无法整合。美国国家 仪器将这一问题看作工程设计环节的头等大事，我们针对用户反馈和简化设计的需求，对Multisim和Ultiboard间的整合进行了颠覆性的重新设 计。Multisim原理图到Ultiboard布局的标注是完全透明的。例如，在转换阶段“猜谜”式的操作被清晰的对话框所替代。

　　Multisim 接头数据库

　　在Multisim中，数据库中包含了26种符号和焊盘布局的NI配对接头。这些接头允许用户将Multisim中设计的定制PCB与NI硬件连接(NI Single-Board RIO、CompactRIO和M 系列 DAQ)。

　访问这些部件：

　　1. 打开 Multisim (开始 >> 所有程序 >> 美国国家仪器 >> 电路设计套件 11.0 >> NI Multisim 11.0)

　　2. 选择放置 >> 部件

　　3. 在数据库对话框中选择主数据库。

　　4. 在组对话框中，选择NI_部件。

　　5. 查看4个独立的部件系列(图1)。

　　

　　图 1 – 选择部件界面的逻辑布局

　　NI Single-Board RIO的定制设计

　　NI Single-Board RIO是一种价格低廉的嵌入式解决方案。用户可以使用NI LabVIEW软件对实时处理器、现场可编程门阵列(FPGA)进行编程，并连接模拟和数字I/O。NI Single-Board RIO 采用母板配置，设计人员可将完整的解决方案集成至任何外形架构内。

　　

　　图 2 – NI Single-Board RIO示图

　NI Single-Board RIO平台允许用户方便地连接Xilinx FPGA与任意模拟/数字端口或C系列I/O模块。

　　模拟和数字I/O端口位于NI Single-Board RIO设备顶部。因此，如果用户在信号连接至板卡之前需要任何特定的放大或滤波功能，可将自定义子卡安装在任意自定义外形架构板卡上。

　　采用Multisim 和Ultiboard后，用户可根据具体应用，自定义PCB为任意尺寸或形状。为使这一工作更为简便，NI平台还提供接头符号和焊盘布局。同样还有一系列的参考设计和白皮书。

　　客户需要自定义何种设计?

　　1. 信号放大

　　2. 信号滤波

　　3. 特定领域信号(生物医学，机械，等)连接

　　4. 不同通讯协议间的转换

　　用户解决方案：了解其他工程师为NI Single-Board RIO设计的定制PCB板

　　1. 利用 NI Single-Board RIO 和 NI Multisim设计创新型医疗仪器

　　2. 利用NI Single-Board RIO设计嵌入式FedEx灭火系统

　　参考设计和白皮书：查看NI Single-Board RIO设计方法资源

　　1. 白皮书:采用Multisim和Ultiboard对NI Single-Board进行自定义设计

　　2. 参考设计:采用NI Multisim 和Ultiboard进行NI Single-Board RIO 参考设计

　　所用工具：了解产品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard(作为NI 电路设计套件提供)

　　2. NI Single-Board RIO

　　NI Compact RIO 自定义设计

　　CompactRIO 采用低成本、可重配置的控制和采集系统设计。其整合了实时处理器和FPGA, 并封闭在坚固的机箱内。用于采集和传输测量数据的I/O模块为热插拔模块，尺寸小巧。CompactRIO 是快速原型设计的理想选择 (图3)。

　　

　　图 3 - CompactRIO设计

　CompactRIO上的FPGA与外界通过C系列I/O模块连接，C系列I/O模块由某些隔离模块、数模转换器(DAC)或模数转换器(ADC)组成，还含有专用接头盒。I/O的功能取决于特定的设计和控制要求。

　　在许多情况下，用户都需要自定义CompactRIO。比如，尽管I/O模块很多，但用户可能只需要特定种类的，包括通过通讯网络进行传输，或对特定干扰 进行滤波的模块。在其它情况下，I/O模块可以实现必要的功能;然而，外部信号接入CompactRIO可能存在困难。此时，可采用分线板采集外部信号并 加以适当处理，使其可用于CompactRIO，从而有助于改善设计性能或发布。

　　客户需要自定义何种设计?

　　1. 分接信号

　　2. 信号调理

　　3. 与特定领域信号(生物医学，机械，等)的接口

　　4. 不同通讯协议间的传输

　　用户解决方案：了解其他工程师为CompactRIO设计的定制PCB板

　　1. 采用NI Multisim和CompactRIO快速设计军事通讯系统

　　2. 采用CompactRIO和Multisim设计方程式赛车高性能电子设备

　　查看设计和白皮书：查看NI CompactRIO设计方法资源

　　1. 参考设计:为CompactRIO模块设计分线板

　　2. 参考设计:自定义C系列模块设计

　　3. 参考设计:带自由量程加速度传感器的自定义C系列模块

　　所用工具：了解产品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作为NI电路设计套件提供)

　　2. CompactRIO 模块开发套件

　　M系列DAQ的定制设计

　　NI多功能DAQ设备为不同应用场合提供模拟和数字I/O。该方案为一款低成本测量采集的解决方案，适合于各种不同测试和分析应用。

　　

　　图4 - NI M系列DAQ模块

　M系列DAQ的自定义设计有很多应用，其中一个很好的应用就是分线板。在设计分线板时，工程师需要从特定源和接口信号处获取信号，以保证其与外部系统“配对”。例如，分线板设计可从M系列DAQ接头获取信号，然后将信号重定向至R系列DAQ接头(引脚数不同)。

　　尽管也可通过实验电路板和接线实现该操作，然而对于大多数实验室环境来说，太过繁琐和耐用性方面的劣势使其很难推广。

　　参考设计和白皮书：查看NI Single-Board RIO设计方法资源

　　1. 参考设计: 创建R系列到M系列的定制连接板

　　所用工具：了解产品

　　1. NI Multisim 和 NI Ultiboard (作为NI电路设计套件)

　　2. 美国国家仪器DAQ 设备

　　NI现已推出分别针对动手学习以及专业电路设计的教育版和专业版电路仿真软件Multisim 11，敬请登陆http://www.ni.com/multisim/zhs/了解更多信息，或登陆www.ni.com/china查看相关新闻。