适用于测试控制及设计等各类应用的数字I/O （DIO）

许多应用都需要数字输入、输出功能，如生成高级模式描述自定义电路、工厂车间中安装自动化控制线、或是数字设计的原型建模。美国国家仪器公司提供丰富的数字I/O (DIO)产品，包括不同速度、电压、及定时选项，适用于测试、控制、及设计等各类应用。

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1. 应用于测试、测量的数字I/O

多数数字化自动测试设备(ATE)系统通过生成/采集0、1信号来与被测设备(DUT)通信。然而，随着数字元件的不断创新，系统需要更精密的数字测工具，简单开/关状态的逻辑分析仪已经很难能满足需求。更快的芯片速度，以及当前工业趋势中串行与并行数字协议的对比，都要求更高的采样率。此外，来自制造商及产品上市时间的压力，也要求在硬件级上更快速地完成测试。随着新逻辑元件系列的开发，包括了不同电压级、单端信号或差分信号，测量应用也日趋复杂化。美国国家仪器公司高速数字化I/O (HSDIO)设备提供了丰富的数字化ATE及激励-响应特性，专为满足高速数字化测试应用的需要而设计。

高速时钟及数据速率 可分别达到200 MHz和400 Mb/s，提供精确的硬件定时控制，满足最新集成电路、FPGA、及数字通信设备的测试需求。

双向控制各条循环、通道的 及针对响应数据采集的实时硬件，适用于比特误差率测试(BERT)、确认验证(V&V)中的故障分析、及通过/失败制造检验等开发应用。

可编程电压等级 范围为-2.0到5.5 V ，用于创建灵活的数字系统，与各类逻辑元件连接，或确定特定DUT的上下界。

 

 

图1. 可编程电压等级

6条逻辑通道状态 包括逻辑低(0)、逻辑高(1)、三态逻辑(Z)、比较逻辑高 (H)、比较逻辑低(L)、及忽略(X) ，六种状态定义数字测试波形，并控制数字测试仪工作。

多设备同步 提供高通道数系统的次毫微秒级同步，无需外部接线。

灵活的握手模式 实现测试系统与DUT之间数据传输的请求与应答，进行信号的同步或异步传输。

软件也是数字化ATE中的关键组成。NI数字化波形编辑器是一款图形化的软件工具，用于信号的可视化，能够轻松创建、编辑、修改数字波形，实现自定义接口或测试应用。用户可从头设计数字波形，也可从设计工具导入已有波形，可用格式包括.VCD格式及ASCII文件格式。此外，在采集数据时，数字波形编辑器能够高亮比特错误，轻松实现错误可视化，测量定时或更新波形以消除设计错误。结合NI LabVIEW图形化开发环境及NI TestStand测试管理软件，数字化波形编辑器涵盖了所有数字化测试系统所需的软件组件。

表1总结了美国国家仪器公司提供的高速数字I/O。

8. 用于工业控制及自动化的数字I/O

工业应用上对I/O性能的要求常比一般测量设备要高。例如，许多工业传感器或促动器需要24V逻辑电平，在不同电压下工作时还可能造成接地回路。测量、控制系统的安全性与用户、操作人员的安全一样重要。NI工业化数字I/O设备具有高达150V的电压，且驱动电流高，并有隔离设计，可直接与各类工业泵、阀门、电机、及其它传感器/激励器连接，具有高度安全性与可靠性。

 

图2. 具有24V逻辑电平及隔离的工业测量

这些低成本设备是工厂自动化、嵌入式机械控制、及产品线验证等工业控制、制造测试系统的理想选择。此外，NI工业化数字I/O设备提供高可靠性的工业特色设置，专为要求最苛刻的自动化应用而设计。

隔离 降低了噪声，可提供更大的电压范围，避免硬件与工业传感器、促动器的直接连接。

可编程上电状态 可实现已知的初始化状态，使设备与泵、电机及其它工业激励器及机械连接时的操作更加安全。

数字化I/O看门狗 提供一种失效安全机制来监测计算机或应用的失效，确保系统处于可安全恢复的状态。

变化检测 在数字线状态发生改变时，将自动触发应用以执行读取操作，并使处理器使用率最小化。

可编程输入滤波器 能够消除输入中的锯齿边缘、噪音、短时脉冲干扰、尖脉冲，并为数字开关和继电器去除抖动。

工业认证 包括CE、FCC、C-Tick、UL及VDE，确保EMI符合世界绝大多数地区的标准，并保障系统在危险环境下运行安全。

工业化DIO是工业DAQ套件产品的一部分，包括工业NI M系列及S系列多功能设备。这些设备辅助NI可编程自动化控制器平台，提供与逻辑、运动、过程处理、及视觉应用无缝集成的工业化I/O。NI PAC结合了可编程逻辑控制器(PLC)的坚固性与PC的强大功能，具有开放灵活的软件构架。通过LabVIEW，具有工业化DAQ及数字I/O的PAC可与已有的PLC应用连接，从而可添加更多高级功能，提高应用效率。

 

图3. Innoventor公司的饮料包装系统

点击这里了解Innoventor公司如何集成工业数字I/O、运动及视觉应用，实现自动化饮料包装系统。

表2总结了NI提供的工业化数字I/O。

14. 应用于设计和原型建模的数字I/O

设计过程本质上是一个重复过程。各个应用领域的几乎所有设计都遵循定义、仿真、原型、测试的周期。在整个设计完善过程中，不断重复设计周期的各个阶段。如何设法缩短每阶段间的过渡时间是优化设计过程最重要的课题。LabVIEW的图形化系统设计通过单一平台实现所有设计周期，能够满足上述要求。此外，结合数字化NI R系列智能DAQ与LabVIEW FPGA模块，可在设计、原型建模及部署过程中提供最大的软硬件灵活性。

智能DAQ具有用户定义的板载FPGA处理，实现对系统定时及触发的完全控制。不具备VHDL经验的用户也能通过LabVIEW FPGA模块创建LabVIEW框图来配置FPGA芯片，从而完成对所有I/O的直接、快速控制。该过程提供高性能、用户可配置的定时与同步功能，并可实现高达40 MHz的板载决策。

举例来说，如果应用开发中需要使用不支持的或自定义的数字通信协议，用户可在基于FPGA的R系列智能DAQ硬件上通过LabVIEW FPGA模块快速实现通信接口或对其建模。

 

图4. 自定义数字协议与R系列智能DAQ和LabVIEW FPGA

LabVIEW FPGA可实现每个设备的“个性化”编程。所谓个性化本质上是包含了配置信息的编译比特文件，可下载到板载FPGA。除了个性化设备或专用集成电路(ASIC)，用户还可自定义板卡。在设计周期或原形设计的重复过程中，用户能够轻松改变设备个性，就如同修改LabVIEW框图并重新编译一样简单。一旦完成设备编程，就不再需要使用LabVIEW FPGA了，因为设备可在基于Windows的LabVIEW或LabVIEW Real-Time中操作。更多信息关于自定义DAQ个性，请访问以下相关链接，或点击这里

智能DAQ提供高达160条数字通道，可独立配置为输入、输出、计数器/定时器、脉宽调制，或其它。表3总结了NI提供的R系列智能DAQ。

NI高速数字I/O设备为结合数字设备设计过程的常用测试提供另一种选择。对于高速激励响应测试，或非标准电压应用，NI HSDIO设备能够在设计周期中辅助智能DAQ设备。HSDIO设备也可与高速设备连接，以高达400 Mb/s的速率传输数据。了解更多信息，请参阅以下相关链接。