Приборостроение    

4.      Описание аппаратного обеспечения NI ELVIS


4.1.      Настольная рабочая станция NI ELVISS

 

Настольная рабочая станция и плата DAQ вместе образуют завершенную лабораторную установку. Панель управления, расположенная на станции, снабжена кнопками и ручками управления функциональным генератором и регулируемыми блоками питания. Станцию можно подключить к виртуальным приборам: осциллографу и цифровому мультиметру NI ELVIS с помощью BNC-разъемов и разъемов штекерного типа. Программное обеспечение NI ELVIS маршрутизирует сигнал в настольной рабочей станции между виртуальными приборами. Рабочая станция также содержит защитную панель, предохраняющую прибор DAQ от возможных поломок, которые могут случиться в результате ошибок, в набранных схемах на макетной плате.


Расположение органов управления рабочей станции приведено на рисунке 3.


Рисунок 3. Схема панели управления настольной рабочей станции

1. Индикатор System Power (питание системы)

2. Переключатель Prototyping Board Power (питание макетной платы)

3. Переключатель Communications (Связь)

4. Элементы управления регулируемыми блоками питания

5. Кнопки управления функциональным генератором

6. Клеммы мультиметра

7. Клеммы осциллографа


Настольная рабочая станция имеет следующие элементы управления и индикаторы:

Индикатор System Power — показывает, включен ли NI ELVIS.

Переключатель Prototyping Board Power — управляет питанием макетной платы.

Переключатель Communications – отключает программное управление NI ELVIS и обеспечивает прямой доступ к линиям цифрового вво-да/вывода.

Элементы управления регулируемыми блоками питания.

Регулируемые блоки питания можно использовать либо в режиме ручного управления, либо в режиме программного управления Описанными в этом разделе элементами управления можно воспользоваться только в режиме ручного управления.

Элементы управления Supply – (минус)

Переключатель Manual – определяет режим управления питанием (ручной или программный) для отрицательных значений выходного напряжения.

Ручка Voltage Adjust (регулировка напряжения) - управляет отрицательным выходным напряжениям, которое может изменяться от –12 до 0 В.

Элементы управления Supply + (плюс)

Переключатель Manual – определяет режим управления питанием (ручной или программный) для положительных значений выходного напряжения.

Ручка Voltage Adjust (регулировка напряжения) - управляет положительным выходным напряжениям, которое может изменяться от 0 до +12 В.

Элементы управления функциональным генератором.

Функциональный генератор можно использовать либо в режиме ручного управления, либо в режиме программного управления – с помощью элементов управления в программе-приборе NI ELVIS FGEN. Описанными в этом разделе элементами управления можно воспользоваться только в режиме ручного управления.

Переключатель Manual – определяет режим управления генератором функций (ручной или программный).

Выбор функции – определяет форму генерируемого сигнала. NI ELVIS может генерировать синусоидальный, прямоугольный и треугольный сигналы.

Ручка Amplitude – регулирует амплитуду генерируемого сигнала.

Ручка Coarse Frequency – устанавливает диапазоны частот на выходе функционального генератора.

Ручка Fine Frequency – настраивает выходную частоту функционального генератора.

Разъемы цифрового мультиметра (DMM).

При одновременном подключении сигналов к разъёмам мультиметра на макетной плате и к разъёмам на панели управления происходит их замыкание, что может повредить схему, собранную на макетной плате.


Штекерные разъемы для тока (CURRENT).

  • HI – вход положительной полярности для всех измерений мультиметром, кроме измерения напряжения.
  • LO – вход отрицательной полярности для всех измерений мультиметром, кроме измерения напряжения.

Штекерные разъемы для напряжения (VOLTAGE).

  • HI – вход для измерений положительных значений напряжения.
  • LO –вход для измерений отрицательных значений напряжения.

Разъемы осциллографа (SCOPE).

При одновременном подключении сигналов к разъёмам осциллографа на макетной плате и к разъёмам на панели управления происходит их замыкание, что может повредить схему, собранную на макетной плате вы.

  • Разъем CH A BNC – вход канала A осциллографа.
  • Разъем CH B BNC – вход канала B осциллографа.
  • Разъем Trigger BNC – вход синхронизации осциллографа.

Установленная в компьютере плата DAQ защищёна от опасных внешних сигналов и короткого замыкания с помощью защитной панели, которая расположена внутри рабочей станции. Последствия от повреждения ограничиваются заменой плавких предохранителей блока панели.


4.2.      Макетная плата NI ELVIS.

Макетная плата подключается к рабочей станции с помощью стандартного разъёма PCI, это позволяет создавать собственные печатные платы и подключать их к NI ELVIS. Все контактные разъёмы макетной платы расположены по обеим её сторонам. Каждому сигналу соответствует ряд контактов, причём ряды объединены в соответствии с их функциональностью. С рабочей станцией можно использовать несколько взаимозаменяемых макетных плат.


Схема расположения частей макетной платы приведена на рисунке 4.


Рисунок 4. Схема расположения частей макетной платы

1. Контактные площадки аналогового ввода, осциллографа и программируемого функционального ввода/вывода

2. Контактные площадки цифрового ввода/вывода

3. Массив индикаторов

4.Разъем D-Sub

5.Контактные площадки счетчика-таймера, настраиваемого ввода/вывода и источника постоянного тока

6.Контактные площадки мультиметра, аналогового вывода, функционального генератора, настраиваемого ввода/вывода, регулируемых блоков питания и источников постоянного тока

7. Индикаторы питания

8. BNC-разъёмы

9. Разъёмы штекерного типа

На макетной плате есть разъёмы источника питания на ±15 В и 5 В. Этого достаточно, чтобы собрать многие универсальные схемы.

Сигналы макетной платы NI ELVIS описаны в таблице 1. Сигналы сгруппированы по функциональному назначению аналогично их расположению плате.

Таблица 1. Сигналы макетной платы

Название сигнала Тип Описание
ACH<0..5>+ Аналоговый вход общего назначения Analog Input Channels 0 through 5 (входные аналоговые каналы от 0 до 5) (+) – положительный дифференциальный вход каналов аналогового ввода.
ACH<0..5>– Analog Input Channels 0 through 5 (входные аналоговые каналы от 0 до 5) (–) – отрицательный дифференциальный вход каналов аналогового ввода.
AISENSE Analog Input Sense (аналоговый входной уровень) – опорное напряжение для аналого-вых каналов в режиме общего провода, незаземленного на конце. Режимы аналогового ввода описаны в руководстве пользователя прибора DAQ.
AIGND Analog Input Ground – «земля» аналогового входа для прибора DAQ. Этот сигнал заземления не связан с сигналом NI ELVIS GROUND.
CH<A..B>+ Осциллограф Oscilloscope Channels A and B (каналы ос-циллографа A и B) (+) – положительный вход для каналов осциллографа.
CH<A..B>- Oscilloscope Channels A and B (каналы ос-циллографа A и B) (–) – отрицательный вход для каналов осциллографа.
TRIGGER Oscilloscope Trigger (запуск осциллографа) – ввод сигнала синхронизации осциллографа относительно AIGND.
PFI<1..2>,
PFI<5..7>		 Программируемый функциональный ввод/вывод Programmable Function Input 1 through 2 and 5 through 7 (программируемые функциональные входные каналы от 1 до 2 и от 5 до 7) – программируемый функциональный ввод/вывод для прибора DAQ. Более подробная информация о линиях PFI есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
SCANCLK Scan Clock (генератор развертки) – соединен с контактом SCANCLK прибора DAQ. Более подробная информация о сигнале SCANCLK есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
RESERVED Соединен с контактом EXTSTROBE* прибора DAQ. Более подробная информация о сигнале EXTSTROBE* есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
3-WIRE Цифровой мультиметр Three Wire (трехпроводной) – источник напряжения для измерений параметров транзистора.
CURRENT HI Positive Current (положительный ток) – вход положительной полярности для всех измерений кроме измерения напряжения.
CURRENT LO Negative Current (отрицательный ток) – вход мультиметра отрицательной полярности для всех измерений кроме измерения напряжения.
VOLTAGE HI Positive Voltage (положительное напряжение) – вход положительной полярности для вольтметра мультиметра.
VOLTAGE LO Negative Voltage (отрицательное напряжение) – вход отрицательной полярности для вольтметра мультиметра.
DAC<0..1> Аналоговый выход общего назначения Analog Channel Output for Channels 0 through 1 (аналоговый выходные каналы от 0 до 1) – выходы ЦАП прибора DAQ. Более подробная информация о сигналах DAC0OUT и DAC1OUT есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
FUNC_OUT Функциональный генератор Function Output – выход функционального генератора.
SYNC_OUT Synchronization Output (синхронизирующий выход) – TTL-сигнал той же частоты, что и на контакте FUNC_OUT.
AM_IN Amplitude Modulation Input – вход амплитудного модулятора для функционального генератора.
FM_IN Frequency Modulation Input – вход частотного модулятора для функционального генератора.
BANANA<A..D> Настраиваемый ввод/вывод Banana Jacks A through D (разъемы штекерного типа от A до D) – выход на разъемы штекерного типа.
BNC<1..2>+ BNC Connectors 1 and 2 (+) – выход на BNC-разъёмы 1 и 2.
BNC<1..2>– BNC Connectors 1 and 2 (–) – выход на BNC-разъёмы 1 и 2.
SUPPLY+ Регулируемые блоки питания Выходы регулируемых блоков питания с положительным напряжением от 0 до 12 В.
SUPPLY– Выходы регулируемых блоков питания с отрицательным напряжением от –12 до 0 В.
GROUND Питание Ground (заземление) – «земля» макетной платы. Эти две «земли» связаны.
+15 V Источники постоянного тока Источник напряжения +15 В – выход фиксированного напряжения 15 В относительно «земли» NI ELVIS GROUND.
–15 V Источник напряжения –15 В – выход фиксированного напряжения –15 В относительно «земли» NI ELVIS GROUND.
+5 V Источник напряжения +5 В – выход фиксированного напряжения +5 В относительно «земли» NI ELVIS GROUND.
DO<0..7> Цифровой ввод/вывод Digital Output Lines 0 through 7 (линии цифрового вывода от 0 до 7) – выход шины записи.
WR ENABLE Write Enable (включение записи) – выход, показывающий, что данные записываются на шину.
LATCH Latch (фиксатор) – выход, на который подаётся импульс, после того, как данные были записаны на шину.
GLB RESET Global Reset (общий сброс) – выход, на который подаётся сигнал при общем сбросе системы цифрового ввода/вывода.
RD ENABLE Read Enable (включение чтения) – выход, показывающий, что данные считываются с шины.
DI<0..7> Digital Input Lines 0 through 7 (считывающие цифровые линии от 0 до 7) – выход шины чтения.
ADDRESS<0..3> Address Lines 0 through 3 (адресные линии от 0 до 3) – выход адресной шины.
CTR0_SOURCE Счетчики Counter 0 Source (вход счетчика 0) – соединён с контактом GPCTR0_SOURCE на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале GPCTR0_SOURCE есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
CTR0_GATE Counter 0 Gate (управляющий вход счетчика 0) – соединён с контактом GPCTR0_GATE на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале GPCTR0_GATE есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
CTR0_OUT Counter 0 Output (выход счетчика 0) – соединён с контактом GPCTR0_OUT на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале GPCTR0_OUT есть в руководстве пользователя прибора DAQ. Counter 1 Gate (управляющий вход счетчика 1) – соединён с контактом GPCTR1_GATE на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале GPCTR1_GATE есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
CTR1_OUT Counter 1 Output (выход счетчика 1) – соединён с контактом GPCTR1_OUT на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале GPCTR1_OUT есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
FREQ_OUT Frequency Output (выход частоты) – соединён с контактом FREQ_OUT на приборе DAQ. Более подробная информация о сигнале FREQ_OUT есть в руководстве пользователя прибора DAQ.
LED<0..7> Настраиваемый ввод/вывод LEDs 0 through 7 (светодиоды от 0 до 7) – выходы на светодиоды.
DSUB SHIELD D-Sub Shield – выход на контакт экранировки D-Sub.
DSUB PIN<1..9> D-Sub Pins 1 through 9 (контакты D-Sub от 1 до 9) – выходы на контакты D-Sub.

4.3.      Заземление

Поскольку аналоговые сигналы являются дифференциальными, то для их передачи необходима точка с нулевым потенциалом. В NI ELVIS следует измерять сигналы относительно потенциала контактов NI ELVIS GROUND. Это относится и к измерениям, проводимых с использованием нестабильных источников питания, например аккумуляторов. Разъёмы сигнала NI ELVIS GROUND расположены в нескольких местах макетной платы.


4.4.      Подключение входных аналоговых сигналов

Типовые приложения с аналоговыми измерениями включают в себя непрерывный сбор данных с использованием буферизации и измерения конечных выборок.

На макетной плате NI ELVIS расположены шесть дифференциальных каналов аналогового ввода – ACH<0..5>. Э ти каналы напрямую подсоединены к входным каналам PCI платы DAQ. В NI ELVIS имеются два контакта заземления, AISENSE и AIGND, подсоединенные к контактам заземления DAQ-платы. В таблице 3-2 показано, каким входным каналам прибора DAQ соответствуют входные каналы NI ELVIS.

Таблица 2 - Соответствие аналоговых входных сигналов

Входной канал NI ELVIS Входной канал PCI платы DAQ Входной канал NI ELVIS Входной канал PCI платы DAQ
ACH0+ ACH0 ACH3– ACH11
ACH0– ACH8 ACH4+ ACH4
ACH1+ ACH1 ACH4– ACH12
ACH1– ACH9 ACH5+ ACH5
ACH2+ ACH2 ACH5– ACH13
ACH2– ACH10 AISENSE AISENSE
ACH3+ ACH3 AIGND AIGND

4.5.      Конфликт ресурсов

Некоторые из каналов аналогового ввода используются как для обслуживания внутренних схем приборов, так и для внешних измерений. Каналы ACH<0..2> могут быть использованы непрерывно. При работе осциллографа используются каналы ACH3 и ACH4, поэтому во избежание наложения сигналов занимать их не следует. При измерениях осциллографом каналы ACH3 и ACH4 используются как каналы CH A и CH B соответственно. Нельзя подключать сигналы одновременно по этим каналам на макетной плате и к BNC-разъёмам Scope на лицевой панели рабочей станции.

Канал ACH5 используется при проведении измерений следующими виртуальными приборами: осциллографом, цифровым мультиметром, анализатором динамических сигналов, анализатором импеданса, вольтамперным анализатором двухпроводной и трёхпроводной линий. По этой причине, если какие-либо из вышеперечисленных приборов активны, канал ACH5 может быть недоступен.


4.6.      Цифровой мультиметр

На макетной плате имеются каналы мультиметра CURRENT (ТОК) и VOLTAGE (НАПРЯЖЕНИЕ), а также дополнительный канал для измерений параметров транзистора. Дифференциальными входами вольтметра являются VOLTAGE HI и VOLTAGE LO, при измерениях, не требующих дифференциального ввода используются каналы CURRENT HI и CURRENT LO. Для измерений параметров приборов с тремя выводами можно использовать как контакт 3-WIRE, так и контакты CURRENT HI и CURRENT LO.


4.7.      Осциллограф

Входные разъёмы осциллографа на макетной плате называются CH+, CH– и TRIGGER. Сигналы CH выводится прямо на каналы ACH3 и ACH4 прибора DAQ соответственно.

Внимание! Одновременно подключение сигналов к разъёмам мультиметра или осциллографа на макетной плате и к разъёмам на панели управления, вызывает их замыкание, что может повредить схему, собранную на макетной плате.


4.8.      Подключение выходных аналоговых сигналов

NI ELVIS обеспечивает доступ к двум ЦАП платы DAQ через терми-налы DAC0 и DAC1. Эти каналы используются оборудованием NI ELVIS для генерации сигналов произвольной формы.

Внимание! Виртуальные приборы NI ELVIS, такие как мультиметр и функциональный генератор, обращаются к ЦАП по внутренним каналам, поэтому возможно их влияние на результаты измерений. При конфликте ресурсов программный драйвер генерирует сообщение об ошибке.


4.9.      Источник постоянного тока

Выходное напряжение источника постоянного тока составляет ±15 В и +5 В.


4.10.      Функциональный генератор

Кроме разъёма выходного сигнала FUNC_OUT на макетной плате есть ещё несколько дополнительных разъёмов, относящихся к функциональному генератору. На разъём SYNC_OUT подаётся совместимый с ТТЛ сигнал синхронизации той же частоты, что и выходной сигнал. Сигналы AM_IN и FM_IN управляют амплитудной модуляцией и частотной модуляцией соответственно. Эти сигналы дополняют возможности точной настройки частоты и амплитуды сигнала в ручном режиме на рабочей станции.


4.11.      Регулируемые блоки питания

Регулируемые блоки питания служат источниками напряжения, настраиваемого в диапазоне от 0 до +12 В на терминале SUPPLY+ и от –12 до 0 В на терминале SUPPLY-. Контакт GROUND обеспечивает соединение с контактом заземления, который является общим с источниками постоянного тока.


4.12.      Подключение цифровых сигналов ввода/вывода

Схема цифрового ввода/вывода в NI ELVIS содержит 8-битовую шину чтения и записи, четыре сигнала управления и 4-битовую адресную шину.

Сигналы DO<0..7> являются цифровыми выходами, а сигналы DI<0..7> – цифровыми входами. Все четыре линии управления WR_ENABLE, LATCH, GLB_RESET и RD_ENABLE являются сигналами низкого уровня. Когда данные записываются на шину записи, на WR_ENABLE подаётся логический ноль. Когда данные считываются с шины чтения, логический ноль подаётся на RD_ENABLE. Когда данные записаны на шину, на канал LATCH подаётся импульс. GLB_RESET подключен к внутренней шине сброса, т.о. внутренние схемы NI ELVIS могут сбрасывать в исходное положение цифровые схемы, собранные на макетной плате.


4.13.      Подключение сигналов счетчика-таймера

Макетная плата предоставляет доступ к входам таймера платы DAQ, которые также являются программно-доступными. Эти входы используются для счета ТТЛ сигналов и обнаружения их фронтов. Разъёмы CTR0_SOURCE, CTR0_GATE, CTR0_OUT, CTR1_GATE и CTR1_OUT эквивалентны соответственно контактам платы DAQ GPCTR0_SOURCE, GPCTR0_GATE, GPCTR0_OUT, PCTR1_GATE и GPCTR1_OUT. Сигнал FREQ_OUT эквивалентен сигналу FREQ_OUT платы DAQ.


4.14.      Подключение сигналов настраиваемого ввода/вывода

Макетная плата предусматривает несколько различных разъёмов на-страиваемого ввода/вывода: четыре разъема штекерного типа, два BNC-разъёма и разъём D-Sub. Каждый штырёк этого разъёма имеет связь с шинами распределения на макетной плате.

Для цифрового вывода общего характера на плате присутствуют восемь светодиодов. Анод каждого светодиода соединен с шиной распределения через резистор в 220 Ом, а катод – с «землей».