適用于測試控制及設計等各類應用的數字I/O （DIO） - 全文

許多應用都需要數字輸入、輸出功能，如生成高級模式描述自定義電路、工廠車間中安裝自動化控制線、或是數字設計的原型建模。美國國家儀器公司提供豐富的數字I/O (DIO)產品，包括不同速度、電壓、及定時選項，適用于測試、控制、及設計等各類應用。

1. 應用于測試、測量的數字I/O

多數數字化自動測試設備(ATE)系統通過生成/采集0、1信號來與被測設備(DUT)通信。然而，隨著數字元件的不斷創新，系統需要更精密的數字測工具，簡單開/關狀態的邏輯分析儀已經很難能滿足需求。更快的芯片速度，以及當前工業趨勢中串行與并行數字協議的對比，都要求更高的采樣率。此外，來自制造商及產品上市時間的壓力，也要求在硬件級上更快速地完成測試。隨著新邏輯元件系列的開發，包括了不同電壓級、單端信號或差分信號，測量應用也日趨復雜化。美國國家儀器公司高速數字化I/O (HSDIO)設備提供了豐富的數字化ATE及激勵-響應特性，專為滿足高速數字化測試應用的需要而設計。

高速時鐘及數據速率可分別達到200 MHz和400 Mb/s，提供精確的硬件定時控制，滿足最新集成電路、FPGA、及數字通信設備的測試需求。

雙向控制各條循環、通道的及針對響應數據采集的實時硬件，適用于比特誤差率測試(BERT)、確認驗證(V&V)中的故障分析、及通過/失敗制造檢驗等開發應用。

可編程電壓等級范圍為-2.0到5.5 V ，用于創建靈活的數字系統，與各類邏輯元件連接，或確定特定DUT的上下界。

圖1. 可編程電壓等級

6條邏輯通道狀態包括邏輯低(0)、邏輯高(1)、三態邏輯(Z)、比較邏輯高 (H)、比較邏輯低(L)、及忽略(X) ，六種狀態定義數字測試波形，并控制數字測試儀工作。

多設備同步提供高通道數系統的次毫微秒級同步，無需外部接線。

靈活的握手模式實現測試系統與DUT之間數據傳輸的請求與應答，進行信號的同步或異步傳輸。

軟件也是數字化ATE中的關鍵組成。NI數字化波形編輯器是一款圖形化的軟件工具，用于信號的可視化，能夠輕松創建、編輯、修改數字波形，實現自定義接口或測試應用。用戶可從頭設計數字波形，也可從設計工具導入已有波形，可用格式包括.VCD格式及ASCII文件格式。此外，在采集數據時，數字波形編輯器能夠高亮比特錯誤，輕松實現錯誤可視化，測量定時或更新波形以消除設計錯誤。結合NI LabVIEW圖形化開發環境及NI TestStand測試管理軟件，數字化波形編輯器涵蓋了所有數字化測試系統所需的軟件組件。

表1總結了美國國家儀器公司提供的高速數字I/O。

8. 用于工業控制及自動化的數字I/O

工業應用上對I/O性能的要求常比一般測量設備要高。例如，許多工業傳感器或促動器需要24V邏輯電平，在不同電壓下工作時還可能造成接地回路。測量、控制系統的安全性與用戶、操作人員的安全一樣重要。NI工業化數字I/O設備具有高達150V的電壓，且驅動電流高，并有隔離設計，可直接與各類工業泵、閥門、電機、及其它傳感器/激勵器連接，具有高度安全性與可靠性。

圖2. 具有24V邏輯電平及隔離的工業測量

這些低成本設備是工廠自動化、嵌入式機械控制、及產品線驗證等工業控制、制造測試系統的理想選擇。此外，NI工業化數字I/O設備提供高可靠性的工業特色設置，專為要求最苛刻的自動化應用而設計。

隔離降低了噪聲，可提供更大的電壓范圍，避免硬件與工業傳感器、促動器的直接連接。

可編程上電狀態可實現已知的初始化狀態，使設備與泵、電機及其它工業激勵器及機械連接時的操作更加安全。

數字化I/O看門狗提供一種失效安全機制來監測計算機或應用的失效，確保系統處于可安全恢復的狀態。

變化檢測在數字線狀態發生改變時，將自動觸發應用以執行讀取操作，并使處理器使用率最小化。

可編程輸入濾波器能夠消除輸入中的鋸齒邊緣、噪音、短時脈沖干擾、尖脈沖，并為數字開關和繼電器去除抖動。

工業認證包括CE、FCC、C-Tick、UL及VDE，確保EMI符合世界絕大多數地區的標準，并保障系統在危險環境下運行安全。

工業化DIO是工業DAQ套件產品的一部分，包括工業NI M系列及S系列多功能設備。這些設備輔助NI可編程自動化控制器平臺，提供與邏輯、運動、過程處理、及視覺應用無縫集成的工業化I/O。NI PAC結合了可編程邏輯控制器(PLC)的堅固性與PC的強大功能，具有開放靈活的軟件構架。通過LabVIEW，具有工業化DAQ及數字I/O的PAC可與已有的PLC應用連接，從而可添加更多高級功能，提高應用效率。

圖3. Innoventor公司的飲料包裝系統

點擊這里了解Innoventor公司如何集成工業數字I/O、運動及視覺應用，實現自動化飲料包裝系統。

表2總結了NI提供的工業化數字I/O。

14. 應用于設計和原型建模的數字I/O

設計過程本質上是一個重復過程。各個應用領域的幾乎所有設計都遵循定義、仿真、原型、測試的周期。在整個設計完善過程中，不斷重復設計周期的各個階段。如何設法縮短每階段間的過渡時間是優化設計過程最重要的課題。LabVIEW的圖形化系統設計通過單一平臺實現所有設計周期，能夠滿足上述要求。此外，結合數字化NI R系列智能DAQ與LabVIEW FPGA模塊，可在設計、原型建模及部署過程中提供最大的軟硬件靈活性。

智能DAQ具有用戶定義的板載FPGA處理，實現對系統定時及觸發的完全控制。不具備VHDL經驗的用戶也能通過LabVIEW FPGA模塊創建LabVIEW框圖來配置FPGA芯片，從而完成對所有I/O的直接、快速控制。該過程提供高性能、用戶可配置的定時與同步功能，并可實現高達40 MHz的板載決策。

舉例來說，如果應用開發中需要使用不支持的或自定義的數字通信協議，用戶可在基于FPGA的R系列智能DAQ硬件上通過LabVIEW FPGA模塊快速實現通信接口或對其建模。

圖4. 自定義數字協議與R系列智能DAQ和LabVIEW FPGA

LabVIEW FPGA可實現每個設備的“個性化”編程。所謂個性化本質上是包含了配置信息的編譯比特文件，可下載到板載FPGA。除了個性化設備或專用集成電路(ASIC)，用戶還可自定義板卡。在設計周期或原形設計的重復過程中，用戶能夠輕松改變設備個性，就如同修改LabVIEW框圖并重新編譯一樣簡單。一旦完成設備編程，就不再需要使用LabVIEW FPGA了，因為設備可在基于Windows的LabVIEW或LabVIEW Real-Time中操作。更多信息關于自定義DAQ個性，請訪問以下相關鏈接，或點擊這里

智能DAQ提供高達160條數字通道，可獨立配置為輸入、輸出、計數器/定時器、脈寬調制，或其它。表3總結了NI提供的R系列智能DAQ。