Аппаратная часть комплекса
Рабочая станция. Внешний вид рабочей станции с макетной платой (вид сверху) показан на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Рабочая станция NI ELVIS II с макетной платой
Цифрами на рисунке обозначены:
1 – макетная плата NI ELVIS II (2800 гнезд)
2 – плавкий предохранитель цифрового мультиметра
3 – разъемы цифрового мультиметра
4 – BNC[23] разъемы для подключения к внутреннему осциллографу рабочей станции (NI SCOPE)
5 – разъем выхода функционального генератора или входа цифрового запуска осциллографа NI SCOPE
6 – отверстия для крепления макетной платы (отверстия под винт)
7 – стандартный PCI[24] разъем для подключения макетной платы;
8 – выключатель питания макетной платы;
9 – световые индикаторы состояния рабочей станции;
10 – ручки управления двумя регулируемыми источниками питания;
11 – ручки управления функциональным генератором.
На задней панели рабочей станции (рис. 2.4)располагаются выключатель питания станции, разъем для подключения внешнего блока питания от сети переменного тока, разъём USB, гнездо для подключения кабеля безопасности (используется для защиты рабочей станции) и гнездо для подключения замка Kensington[25].
Рис. 2.4. Вид задней панели рабочей станции
1. Выключатель питания
2. Выключатель питания рабочей станции
3. Разъём для подключения блока питания
4. Разъём USB
5. Гнездо для подключения кабеля безопасности (для защиты рабочей станции)
6. Гнездо для подключения замка Kensington
Внешний вид макетной платы показан на рис. 2.5. Она подключается к рабочей станции через стандартный PCI разъем. Этот разъем может использоваться для установки плат других учебных плат производства NI или плат собственной разработки.
Рис. 2.5. Внешний вид макетной платы
Цифрами на рисунке обозначены:
1 – гнезда аналогового ввода AI и пользовательских линий ввода/вывода PFI
2 – PCI-разъем для подключения к рабочей станции
3 – гнезда цифрового ввода/вывода DIO
4 – группа пользовательских индикаторов (светодиодов)
5 – пользовательский разъем типа D-SUB[26] (9-контактный)
6 – гнезда счетчика/таймера, пользовательских линий ввода/вывода PFI и источника питания постоянного тока +5В
7 – гнезда мультиметра/анализатора импеданса, аналогового вывода AO, функционального генератора, регулируемых источников питания VPS и источников питания постоянного тока +5В, +15В, -15В
8 – индикаторы источников питания постоянного тока
9 – пользовательские клеммы с винтовым зажимом
10 – пользовательские BNC разъемы (в лабораторном комплексе используются для подключения к каналам цифрового модульного осциллографа NI PCI-5114)
11 – разъемы типа banana
12 – крепежные отверстия
Исследуемая цепь собирается на наборном поле макетной платы. Наборное поле представляет собой набор гнезд, объединенных в горизонтальные шины по 4-5 выводов, и вертикальные шины по 25 выводов. Крайние вертикальные шины подключены к различным каналам сбора данных и устройствам рабочей станции. Слева и справа нанесены названия каждой такой группы гнезд.
В табл. 2.1 представлено описание сигналов макетной платы, объединенных в группы по функциональному назначению в соответствии с расположением на плате (рис. 2.5).
Табл. 2.1. Описание сигналов макетной платы
| Название сигнала | Тип | Описание |
| AI<0..7>± | Аналоговые входы | Положительный и отрицательный входы дифференциальных аналоговых каналов 0…7 (±) |
| AI SENSE | Аналоговые входы | Аналоговый входной уровень – опорный уровень аналоговых каналов, сконфигурированных для работы в режиме несимметричного входа без заземления. Режимы аналогового ввода описаны в документации NI ELVIS II Theory of Operation на сайте zone.ni.com |
| AI GND | Аналоговые входы | Общая цепь аналоговых входов модуля ввода-вывода – "аналоговая земля" |
| PFI <0..2>, <5..7>, <10..11> | Интерфейс линий с программируемым назначением | Линии PFI используются для статического цифрового ввода/вывода и для маршрутизации сигналов синхронизации |
| BASE | Анализатор вольтамперных характеристик четырехполюсников | Возбуждение базы для биполярных плоскостных транзисторов |
| DUT+ | Цифровой мультиметр, импеданс, анализаторы двух- и четырехполюсников | Возбуждающий вход измерения емкости и индуктивности (цифровой мультиметр), анализатора импеданса, анализаторов двух- и четырехполюсников |
| DUT– | Цифровой мультиметр, импеданс, анализаторы двух- и четырехполюсников | Виртуальная "земля" и потенциал токовой цепи для измерения емкости и индуктивности (цифровой мультиметр), анализатора импеданса, анализатора двух- и четырехполюсников |
| AO <0..1> | Аналоговые выходы | Линии аналогового вывода используются генератором сигналов произвольной формы |
| FGEN | Функциональный генератор | Выход функционального генератора |
| SYNC | Функциональный генератор | Выход в ТТЛ уровнях, синхронизированный с сигналом FGEN |
| AM | Функциональный генератор | Аналоговый вход, используемый для амплитудной модуляции сигнала FGEN |
| FM | Функциональный генератор | Аналоговый вход, используемый для частотной модуляции сигнала FGEN |
| BANANA <A..D> | Пользовательские гнезда ввода/вывода | Гнезда штекерного типа A…D для подключения к контрольным точкам исследуемого объекта |
| BNC <1..2>± | Пользовательские гнезда ввода/вывода | BNC Connectors 1, 2 ± – Положительные линии связаны с центральными контактами разъема BNC, а отрицательные с корпусом |
| SCREW TERMINAL <1..2> | Пользовательские гнезда ввода/вывода | Соединяются с клеммами под винтовой крепеж |
| SUPPLY+ | Регулируемые блоки питания | Выход регулируемых блоков питания с положительным выходным напряжением (+) от 0 до 12 В |
| GROUND | Блоки питания | Общий контакт регулируемых блоков питания ("земля") |
| SUPPLY– | Регулируемые блоки питания | Выход регулируемых блоков питания с отрицательным выходным напряжением (-) от –12 до 0 В |
| +15 V | Источники постоянного тока | Выход источника питания +15 В, нерегулируемый |
| –15 V | Источники постоянного тока | Выход источника питания -15 В, нерегулируемый |
| GROUND | Источники постоянного тока | Общий контакт нерегулируемых блоков питания ("земля") |
| +5 V | Источники постоянного тока | Выход источника питания +5 В, нерегулируемый |
| DIO <0..23> | Цифровой ввод/вывод | Линии цифрового ввода/вывода общего назначения, используемые для чтения и записи данных |
| PFI8 / CTR0_SOURCE | Интерфейс линий с программируемым назначением. Статический цифровой ввод/вывод | Линия P2.0 PFI8, функция по умолчанию: Counter 0 Source (счетный вход счетчика 0) |
| PFI9 / CTR0_GATE | –"– | Линия P2.1 PFI9, функция по умолчанию: Counter 0 Gate (вход управления счетчика 0) |
| PFI12 / CTR0_OUT | –"– | Линия P2.4 PFI12, функция по умолчанию: Counter 0 Out (выход счетчика 0) |
| PFI3 / CTR1_SOURCE | –"– | Линия P1.3 PFI3, функция по умолчанию: Counter 1 Source (счетный вход счетчика 1) |
| PFI4 / CTR1_GATE | –"– | Линия P1.4 PFI4, функция по умолчанию: Counter 1 Gate (вход управления счетчика 1) |
| PFI13 / CTR1_OUT | –"– | Линия P2.5 PFI13, функция по умолчанию: Counter 1 Out (выход счетчика 1) |
| PFI14 / FREQ_OUT | –"– | Линия P2.6 PFI14, функция по умолчанию: Frequency Output |
| LED <0..7> | Пользовательские гнезда ввода/вывода | Светодиоды – питание 5 В, ток управления 10 мА. |
| DSUB SHIELD | Пользовательские гнезда ввода/вывода | Гнездо цепи экранирования сигналов разъема D-Sub |
| DSUB PIN <1..9> | Пользовательские гнезда ввода/вывода | Гнезда к контактам 1÷9 разъема D-Sub |
| +5 V | Источник постоянного тока | Выход источника питания +5 В, нерегулируемый |
| GROUND | Источник постоянного тока | Общий контакт ("земля") |
На структурной схеме (рис. 2.6)приведены основные компоненты рабочей станции и макетной платы, соединенных через разъем PCI. Станция соединяется с компьютером через интерфейс high-speed USB 2.0 и содержит в своем составе: микроконтроллер, 8/16 каналов ввода аналоговых сигналов (AI), два канала генерирования аналоговых сигналов (AO), 24 канала цифрового ввода/вывода (DIO) и 15 каналов программируемого функционального интерфейса (PFI). При подключении с общим проводом имеется возможность использовать 16 каналов ввода аналоговых сигналов, при дифференциальном подключении – 8 каналов. Микроконтроллер соединяется с устройствами через интерфейс SPI[27].
Станция подключена к блоку питания от сети переменного тока, в табл. 2.2 дано назначение выводов блока питания; на рис. 2.6 выделена линия питания Vbus интерфейса USB.
Табл. 2.2. Назначение выводов блока питания
| PIN1, PIN2 | GND |
| PIN3 | +5 В/5 А |
| PIN4 | -15 В/0,8 А |
| PIN5 | +15 В/2 А |
Рис. 2.6. Предположительная структурная схема рабочей станции ELVIS II с макетной платой (основные компоненты)
Втабл. 2.3, представленной ниже, даны краткие характеристики рабочей станции. Среди прочих характеристик стоит выделить наличие как аналоговых, так и цифровых линий ввода/вывода, линий PFI[28], которые используются в виртуальном ДВП и могут быть использованы для работы со встроенными счетчиками/таймерами, а также имеющиеся разъемы типа BNC, banana, D-Sub и винтовой зажим. Разъемы BNC макетной платы использованы в комплексе для подключения исследуемой схемы к NI PCI-5114, расположенному в системном блоке.
Табл. 2.3. Технические характеристики рабочей станции
| Элемент | Кол-во | Примечание |
| Каналы (линии) аналогового ввода (AI) | 8/16 | Частота дискретизации: 1 канал – 1.25 МГц, >1 канала – 1.00 МГц Разрешение АЦП: 16 бит Расположены на макетной плате |
| Каналы (линии) аналогового вывода (AO) | Частота дискретизации: 1 канал – 2.8 МГц, 2 канала – 2.0 МГц Диапазон сигналов: ±10 В, ±5 В Разрешение ЦАП: 16 бит Расположены на макетной плате | |
| Цифровые линии ввода/вывода DIO | на макетной плате | |
| Линии PFI, включая значения по умолчанию в NI DAQmx | Выводы 3, 4, 8, 9, 12, 13, 14 относятся к Счетчикам/таймерам. Расположены на макетной плате | |
| BNC разъем функционального генератора | на рабочей станции | |
| BNC разъемы NI SCOPE | на рабочей станции | |
| BNC разъемы (для подключения NI PCI-5114 и др. внешних устройств) | на макетной плате | |
| Разъемы banana (относятся к DMM) | на рабочей станции | |
| Разъемы banana (например, для подключения приставки ФЛС и др. внешних устройств) | на макетной плате | |
| Винтовой зажим (для подключения внешних устройств) | на макетной плате | |
| Разъем D-Sub | на макетной плате |