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使用現(xiàn)成的電路板和開源軟件快速開發(fā)定制的 HP 測試儀器

2079478 2022-11-25 | pdf | 244.68KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

通常需要為實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)測試開發(fā)定制儀器。由 GPIB/IEEE-488 連接并由臺式計(jì)算機(jī)或工作站控制的儀器是早期的方法。現(xiàn)在，更加模塊化的方法如 PXI 和 PXI Express 機(jī)架系統(tǒng)很流行。盡管如此，這樣的設(shè)置可能會變得昂貴，特別是對于一次性測試或一次性堆棧。通常需要為實(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)測試開發(fā)定制儀器。由 GPIB/IEEE-488 連接并由臺式計(jì)算機(jī)或工作站控制的儀器是早期的方法。現(xiàn)在，更加模塊化的方法如 PXI 和 PXI Express 機(jī)架系統(tǒng)很流行。盡管如此，這樣的設(shè)置可能會變得昂貴，特別是對于一次性測試或一次性堆棧。為了加快開發(fā)時(shí)間并降低定制儀器的成本，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮具有足夠板載模數(shù) (ADC) 或數(shù)模 (DAC) 轉(zhuǎn)換器資源的單板儀器平臺，全部由一個(gè)控制嵌入式處理器和配套的 FPGA。為了加快開發(fā)時(shí)間并降低定制儀器的成本，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮具有足夠板載模數(shù) (ADC) 或數(shù)模 (DAC) 轉(zhuǎn)換器資源的單板儀器平臺，全部由一個(gè)控制嵌入式處理器和配套的 FPGA。本文將展示如何使用基于處理器/FPGA 的系統(tǒng)級模塊 (SoM) 以及提供的開發(fā)工具來開發(fā)定制儀器。利用社區(qū)支持的開放式儀器設(shè)計(jì)市場，這種儀器開發(fā)方法避免了開發(fā)硬件的需要，并產(chǎn)生了一種用于開發(fā)多種類型儀器的緊湊、廉價(jià)的工具。本文將展示如何使用基于處理器/FPGA 的系統(tǒng)級模塊 (SoM) 以及提供的開發(fā)工具來開發(fā)定制儀器。利用社區(qū)支持的開放式儀器設(shè)計(jì)市場，這種儀器開發(fā)方法避免了開發(fā)硬件的需要，并產(chǎn)生了一種用于開發(fā)多種類型儀器的緊湊、廉價(jià)的工具。儀表系統(tǒng)簡史儀表系統(tǒng)簡史1950 年代之前，所有測試儀器都是模擬的，包括電壓表和示波器。當(dāng)加利福尼亞州德爾馬的非線性系統(tǒng) (NLS) 于 1952 年使用步進(jìn)繼電器和精密電阻器開發(fā)出第一臺數(shù)字電壓表 (DVM) 時(shí)，這種情況開始發(fā)生變化。惠普公司 (HP) 進(jìn)入數(shù)字儀器領(lǐng)域是一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它很快成為一個(gè) DVM，增加了一些雙斜率積分電路。1950 年代之前，所有測試儀器都是模擬的，包括電壓表和示波器。當(dāng)加利福尼亞州德爾馬的非線性系統(tǒng) (NLS) 于 1952 年使用步進(jìn)繼電器和精密電阻器開發(fā)出第一臺數(shù)字電壓表 (DVM) 時(shí)，這種情況開始發(fā)生變化。惠普公司 (HP) 進(jìn)入數(shù)字儀器領(lǐng)域是一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，它很快成為一個(gè) DVM，增加了一些雙斜率積分電路。由于 NLS DVM 和 HP 數(shù)字測試設(shè)備驅(qū)動內(nèi)部數(shù)字顯示器，因此它們的讀數(shù)在內(nèi)部以二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制 (BCD) 表示形式提供。將這些 BCD 信號從后面板連接器上的儀器中取出是一件簡單的事情。最初，這些 BCD 信號驅(qū)動打印機(jī)記錄儀器讀數(shù)。由于 NLS DVM 和 HP 數(shù)字測試設(shè)備驅(qū)動內(nèi)部數(shù)字顯示器，因此它們的讀數(shù)在內(nèi)部以二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制 (BCD) 表示形式提供。將這些 BCD 信號從后面板連接器上的儀器中取出是一件簡單的事情。最初，這些 BCD 信號驅(qū)動打印機(jī)記錄儀器讀數(shù)。此外，許多在 1950 年代開始出現(xiàn)的數(shù)字儀器都可以使用不同的測量設(shè)置（例如測量范圍）進(jìn)行外部編程。編程通過連接到遠(yuǎn)程開關(guān)或繼電器的后面板連接進(jìn)行，并最終連接到外部邏輯電路。每臺儀器都有不同的讀數(shù)格式和編程要求，導(dǎo)致儀器自動化方面出現(xiàn)了巴別塔的情況。在 1960 年代將計(jì)算機(jī)作為儀器控制器引入組合時(shí)，問題變得更加復(fù)雜，這主要是因?yàn)槊颗_儀器都需要不同且獨(dú)特的接線方案。此外，許多在 1950 年代開始出現(xiàn)的數(shù)字儀器都可以使用不同的測量設(shè)置（例如測量范圍）進(jìn)行外部編程。編程通過連接到遠(yuǎn)程開關(guān)或繼電器的后面板連接進(jìn)行，并最終連接到外部邏輯電路。每臺儀器都有不同的讀數(shù)格式和編程要求，導(dǎo)致儀器自動化方面出現(xiàn)了巴別塔的情況。在 1960 年代將計(jì)算機(jī)作為儀器控制器引入組合時(shí)，問題變得更加復(fù)雜，這主要是因?yàn)槊颗_儀器都需要不同且獨(dú)特的接線方案。這種情況導(dǎo)致 HP 在 1960 年代中期開始考慮為儀器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。經(jīng)過八年的思考和開發(fā)解決方案，HP 工程師在 1972 年 10 月出版的“HP Journal”中向全世界介紹了 HP Interface Bus (HPIB)。HPIB 引發(fā)了“機(jī)架和堆?！眱x器系統(tǒng)的發(fā)展，其中來自許多不同供應(yīng)商的不同類型的儀器可以相互連接并連接到儀器控制器。最終，HPIB 演變成 IEEE-488，并且至今仍然存在。這種情況導(dǎo)致 HP 在 1960 年代中期開始考慮為儀器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口。經(jīng)過八年的思考和開發(fā)解決方案，HP 工程師在 1972 年 10 月出版的“HP Journal”中向全世界介紹了 HP Interface Bus (HPIB)。HPIB 引發(fā)了“機(jī)架和堆?！眱x器系統(tǒng)的發(fā)展，其中來自許多不同供應(yīng)商的不同類型的儀器可以相互連接并連接到儀器控制器。最終，HPIB 演變成 IEEE-488，并且至今仍然存在。