模塊化儀器簡介

模塊化儀器簡介趙國忠首都師范大學(xué)物理系本講主要內(nèi)容1.工業(yè)趨勢及應(yīng)對2.模塊化儀器介紹3.常用模塊化儀器及LabVIEW編程

PCI-4060數(shù)字萬用表使用示例

PCI-5102數(shù)字示波器使用示例

PCI-5401信號發(fā)生器使用示例系統(tǒng)的復(fù)雜度：混合信號測試測試要求貫穿整個產(chǎn)品開發(fā)流程工業(yè)趨勢及應(yīng)對汽車電子信息系統(tǒng)CD+RWAM/FM音響DVD+RWPC/WWW/Email導(dǎo)航通訊TV遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的復(fù)雜度：混合信號測試AV調(diào)制芯片的混合信號性能測試一、模塊化儀器介紹主題什么是模塊化儀器?為什么使用模塊化儀器?模塊化儀器在設(shè)計周期中的作用。模塊化儀器應(yīng)用平臺。什么是模塊化儀器？插拔式的計算機板卡類似于傳統(tǒng)的臺式儀器額外的適應(yīng)性和優(yōu)勢模塊化儀器數(shù)字信號發(fā)生器/分析器任意信號發(fā)生器數(shù)字萬用表數(shù)字示波器射頻(RF)信號發(fā)生器射頻(RF)信號分析器開關(guān)陣列動態(tài)信號采集卡為什么使用模塊化儀器？模塊化儀器和臺式儀器比較：更快的傳輸速率軟件集成緊湊的結(jié)構(gòu)同步的功能模塊化儀器和多功能數(shù)采卡比較：專業(yè)化增強的性能

家族性功能性為什么使用模塊化儀器？模塊化儀器設(shè)計周期在設(shè)計過程中使用模塊化儀器，可以易于硬件的重復(fù)使用、標(biāo)準(zhǔn)化以及信息共享。

設(shè)計驗證生產(chǎn)測試監(jiān)測/控制設(shè)計過程既可以選擇編寫程序來實現(xiàn)自動化測量，也可以像傳統(tǒng)儀器一樣實現(xiàn)即時測量。大部分都帶有一個軟件，可以模擬儀器的測試面板使用，而不需要編程。經(jīng)常用于采集瞬間信號，并判斷信號或元件的特性。

驗證過程對設(shè)計模型進行評估

對單個元件進行硬件在環(huán)測試

經(jīng)常使用實時操作系統(tǒng)

生產(chǎn)測試過程高精度和特殊的性能

可編程性和同步的應(yīng)用，使他們比傳統(tǒng)儀器更易于融合進自動測試系統(tǒng)。

監(jiān)測和控制過程在大型系統(tǒng)中，使用模塊化儀器對產(chǎn)品或系統(tǒng)進行監(jiān)控。

PXI平臺經(jīng)常在實時操作系統(tǒng)下使用模塊化儀器的應(yīng)用平臺PCI現(xiàn)有的硬件PXI堅固耐用便攜一個機箱多個模塊同步小結(jié)模塊化儀器是插拔式的計算機板卡，功能類似于傳統(tǒng)的臺式儀器。和計算機的高度集成，使模塊化儀器比臺式儀器具有更強的優(yōu)越性。模塊化儀器比多功能DAQ更專業(yè)化。在設(shè)計周期中可以使用模塊化儀器。模塊化儀器適用于PCI和PXI平臺。

二、高速數(shù)字化儀主題儀器基本原理通用測量重要規(guī)格儀器的使用儀器的編程A.儀器基礎(chǔ)數(shù)字化儀對多功能數(shù)采卡更高的采樣率同步采樣額外的特性A.儀器基礎(chǔ)多路復(fù)用采樣減少成本ADCADCADCADC同步采樣更快的多通道采集減少相位誤差NoChargeInjection(Ghosting)模擬調(diào)理模擬多路復(fù)用ADCA.儀器基礎(chǔ)數(shù)字轉(zhuǎn)換器時間(TDC)測出觸發(fā)和第一個采樣點之間的時間對于對準(zhǔn)觸發(fā)波形非常有用A.儀器基礎(chǔ)隨機間隔采樣(RIS)有效的增加采樣率更長的采樣時間需要知道數(shù)字轉(zhuǎn)換器時間（TDC）信號必須是完全的周期信號B.通用測量時域信號波形上升/下降沿時間過沖/Preshoot脈寬/占空比相位/時間延遲頻域頻率頻譜測量C.重要規(guī)格采樣率分辨率板卡內(nèi)存帶寬通頻帶動態(tài)性能D.交互地使用儀器SignalExpressNI-SCOPE軟面板LabVIEW

例子練習(xí)1：示波器和信號發(fā)生器軟面板使用軟面板連接兩塊板卡，設(shè)置和測試信號完成時間:15

分鐘使用NI-SCOPE和NI-FGEN軟面板目標(biāo)E.儀器的編程快速執(zhí)行普通任務(wù)配置信號的采集、觸發(fā)和定時返回動態(tài)數(shù)據(jù)類型連續(xù)采集的時候，在采集循環(huán)中將輸入?yún)?shù)“Close”設(shè)為False；停止采集后，再調(diào)用一個ExpressVI，并將“Close”設(shè)為True。1）使用ExpressVIs練習(xí)2：示波器迅捷VI使用ExpressVIs完成時間:15分鐘.使用NI-SCOPEExpressVI來采集信號并進行功率譜分析目標(biāo)2）使用驅(qū)動：NI-Scope

VIs如何設(shè)置參考觸發(fā)？設(shè)置水平參考位置（ReferencePosition）當(dāng)不對其進行設(shè)置的時候，默認(rèn)值是50，表示RecordLength采集長度的百分?jǐn)?shù)，即記錄觸發(fā)到來前的50%的RecordLength。如果只需要顯示從觸發(fā)開始的點，則可以將該參數(shù)設(shè)為0。niScopeConfigureHorizontalTiming.vi小結(jié)數(shù)字化儀是用于信號需要高采樣率的模擬輸入設(shè)備數(shù)字化儀使用同步采樣、數(shù)字轉(zhuǎn)換時間和隨機間隔采樣。數(shù)字化儀可以交互地使用SignalExpress,NI-SCOPE軟面板,或者LabVIEW例子?？梢允褂肗I-SCOPE驅(qū)動對數(shù)字化儀編程。三、信號發(fā)生器主題儀器基本原理通用測量重要規(guī)格儀器的使用儀器的編程A.儀器基礎(chǔ)信號發(fā)生器的類型函數(shù)發(fā)生器從一個單一循環(huán)緩存中產(chǎn)生波形頻率分辨率高任意波形發(fā)生器

(AWG)產(chǎn)生下載到板存中的任意定義的波形非常靈活信號發(fā)生器vs.多功能數(shù)采卡減少對計算機的依賴性更高的刷新速率輸出信號調(diào)理額外的性能B.普通應(yīng)用主要用于測試其他設(shè)備的響應(yīng)產(chǎn)生單個信號掃頻產(chǎn)生任意波形產(chǎn)生視頻信號C.重要規(guī)格刷新速率DAC分辨率板存深度帶寬通頻帶PassbandFlatness動態(tài)性能

(SFDR,THD,SINAD)D.儀器的使用SignalExpress

提供交互式的測量能力，包括對函數(shù)發(fā)生的控制。使用AnalogWaveformEditor來交互式的產(chǎn)生任意波形。使用NI-FGEN軟面板(SFP)立即產(chǎn)生信號。LabVIEW例子能夠用于更多的高級任務(wù)。E.儀器的編程執(zhí)行普通任務(wù)（標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)/任意波形）配置產(chǎn)生信號的參數(shù)、時鐘和觸發(fā)使用一對ExpressVI（啟動/停止）產(chǎn)生連續(xù)信號使用ExpressVIs使用驅(qū)動：NI-FGENVIs1）

如何對儀器的觸發(fā)模式進行編程用niFgenConfigureTriggerMode.vi

設(shè)置觸發(fā)模式觸發(fā)模式有以下四種方式SingleContinuousSteppedBurstSingle觸發(fā)到來時開始產(chǎn)生當(dāng)信號產(chǎn)生完成時，保持最后一個頻率或采樣點連續(xù)輸出AWG觸發(fā)模式Continuous觸發(fā)到來時開始產(chǎn)生當(dāng)一個序列的信號產(chǎn)生完成時，重新從第一個相位開始產(chǎn)生。AWG觸發(fā)模式Stepped(AWGonly)每個階段由觸發(fā)信號開始。產(chǎn)生完每一階段的最后一個采樣點，然后等待下一個觸發(fā)信號。只有當(dāng)某一階段的信號產(chǎn)生完成以后，才會接收下一個觸發(fā)信號。當(dāng)一序列信號產(chǎn)生完成時，根據(jù)觸發(fā)重新從第一個階段開始產(chǎn)生。AWG觸發(fā)模式Burst每一個階段由一個觸發(fā)信號開始。不會忽略產(chǎn)生過程中到來的觸發(fā)信號。當(dāng)某一階段完成時，重新開始產(chǎn)生每一階段的信號。AWG觸發(fā)模式標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)–重復(fù)產(chǎn)生一個單一波形頻率列表–按順序產(chǎn)生一序列不同頻率信號任意波形

–產(chǎn)生一個單一的任意波形信號任意序列–創(chuàng)建一個復(fù)雜的波形，通過定義一系列波形片斷并循環(huán)產(chǎn)生。2）波形控制用NiFgenConfigureOutputMode.vi配置波形練習(xí)3：任意波形信號發(fā)生產(chǎn)生任意波形

完成時間:35分鐘.用AnalogWaveformEditor設(shè)計一個信號，并通過ARB產(chǎn)生信號。目標(biāo)練習(xí)4：信號發(fā)生器FGEN應(yīng)用軟件

完成時間:30

分鐘.用niFgen設(shè)計信號發(fā)生器應(yīng)用，實現(xiàn)類似信號發(fā)生器的軟面板功能。目標(biāo)小結(jié)信號發(fā)生器是一類高級的模擬輸出設(shè)備，主要用于單個標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的產(chǎn)生、掃頻以及任意波形的產(chǎn)生。函數(shù)發(fā)生器從一個單一循環(huán)的波形緩存中產(chǎn)生高精度的波形。任意波形發(fā)生器產(chǎn)生用戶定義的波形段，并通過序列和循環(huán)來產(chǎn)生自定義的波形。你可以通過SignalExpress、NI-FGEN軟面板或者LabIVEW的例子程序，使用信號發(fā)生器交互式的進行配置，通過AnalogWaveformEditor創(chuàng)建波形。使用NI-FGENdriver來對信號發(fā)生器進行編程。四、數(shù)字萬用表主題儀器基礎(chǔ)通用測量重要規(guī)格儀器的使用儀器的編程A.儀器基礎(chǔ)DMM數(shù)字萬用表用于靈活的、高精度的測量低采集速度高分辨率DMM除了用于測量電壓，還可以測量其他的量，例如電流、電阻等。數(shù)字萬用表

vs.多功能數(shù)采卡高分辨率測量多種類型信號高電壓、電流量程更高水平的信號調(diào)理和隔離DMM并不需要指定讀取速率,讀取速率取決于你的配置DMM的測量周期每次測量都會執(zhí)行一系列的任務(wù)包括幾個測量階段:切換時間,自動零補償,自動量程,ADC校準(zhǔn),穩(wěn)定時間,測量時間B.通用測量直流信號測量電壓電流電阻二極管交流信號測量均方根電壓均方根電流電容電感主要用于高精度、低采樣率的測量C.重要規(guī)格–精度精度–是對DMM性能評估最重要的一個指標(biāo)精度可以由位數(shù)、絕對單位或者數(shù)字位表示

1.位數(shù)–直接取決于ADC的位數(shù)

2.絕對單位–等于ADC所能分辨的最小測量單位數(shù)字位精度表示測量所能顯示值的以10為底的對數(shù)值。計算數(shù)字位精度公式如下：數(shù)字位精度一般都是就近取半位。例如數(shù)字位精度為5.3,5.4or5.5的DMM都被稱為5?DMM精度(續(xù))D.儀器的使用NI-DMM軟面板LabVIEW例子練習(xí)5：數(shù)字萬用表軟面板使用NI-DMM軟面板完成時間:10

分鐘.使用NI-DMM軟面板測電阻目標(biāo)E.

儀器的編程NI-DMMVIs1)在LabVIEW下怎樣實現(xiàn)自動量程選擇？

niDMMconfiguremeasurement.vi手動設(shè)定量程時，給range端口賦值，當(dāng)前測量為頻率時，Range=100Hz，則可以測量100Hz以上頻率信號；當(dāng)前測量電壓時，Range=10V，則可以測量10V以內(nèi)電壓。當(dāng)設(shè)定自動量程時，設(shè)定Range=-1開啟自動量程；Range=-2關(guān)閉自動量程；Range=-3只開啟一次自動量程。2)niDMMConfigureAutoZero.vi有何作用？

AutoZero=ON，DMM每次測量后都自動切斷被測信號并進行“零讀取”，然后將前面得到測量值減去“零讀取”值，以防止DMM輸入電路給測量的精確度帶來的誤差；AutoZero=OFF，則DMM不對“零讀取”偏差進行補償；AutoZero=Au