許多應(yīng)用都需要數(shù)字輸入、輸出功能，如生成高級(jí)模式描述自定義電路、工廠車間中安裝自動(dòng)化控制線、或是數(shù)字設(shè)計(jì)的原型建模。美國國家儀器公司提供豐富的數(shù)字I/O (DIO)產(chǎn)品，包括不同速度、電壓、及定時(shí)選項(xiàng)，適用于測(cè)試、控制、及設(shè)計(jì)等各類應(yīng)用。

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1. 應(yīng)用于測(cè)試、測(cè)量的數(shù)字I/O

多數(shù)數(shù)字化自動(dòng)測(cè)試設(shè)備(ATE)系統(tǒng)通過生成/采集0、1信號(hào)來與被測(cè)設(shè)備(DUT)通信。然而，隨著數(shù)字元件的不斷創(chuàng)新，系統(tǒng)需要更精密的數(shù)字測(cè)工具，簡(jiǎn)單開/關(guān)狀態(tài)的邏輯分析儀已經(jīng)很難能滿足需求。更快的芯片速度，以及當(dāng)前工業(yè)趨勢(shì)中串行與并行數(shù)字協(xié)議的對(duì)比，都要求更高的采樣率。此外，來自制造商及產(chǎn)品上市時(shí)間的壓力，也要求在硬件級(jí)上更快速地完成測(cè)試。隨著新邏輯元件系列的開發(fā)，包括了不同電壓級(jí)、單端信號(hào)或差分信號(hào)，測(cè)量應(yīng)用也日趨復(fù)雜化。美國國家儀器公司高速數(shù)字化I/O (HSDIO)設(shè)備提供了豐富的數(shù)字化ATE及激勵(lì)-響應(yīng)特性，專為滿足高速數(shù)字化測(cè)試應(yīng)用的需要而設(shè)計(jì)。

高速時(shí)鐘及數(shù)據(jù)速率 可分別達(dá)到200 MHz和400 Mb/s，提供精確的硬件定時(shí)控制，滿足最新集成電路、FPGA、及數(shù)字通信設(shè)備的測(cè)試需求。

雙向控制各條循環(huán)、通道的 及針對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)硬件，適用于比特誤差率測(cè)試(BERT)、確認(rèn)驗(yàn)證(V&V)中的故障分析、及通過/失敗制造檢驗(yàn)等開發(fā)應(yīng)用。

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

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圖1. 可編程電壓等級(jí)

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

多設(shè)備同步 提供高通道數(shù)系統(tǒng)的次毫微秒級(jí)同步，無需外部接線。

靈活的握手模式 實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)與DUT之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼?qǐng)求與應(yīng)答，進(jìn)行信號(hào)的同步或異步傳輸。

軟件也是數(shù)字化ATE中的關(guān)鍵組成。NI數(shù)字化波形編輯器是一款圖形化的軟件工具，用于信號(hào)的可視化，能夠輕松創(chuàng)建、編輯、修改數(shù)字波形，實(shí)現(xiàn)自定義接口或測(cè)試應(yīng)用。用戶可從頭設(shè)計(jì)數(shù)字波形，也可從設(shè)計(jì)工具導(dǎo)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(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字波形編輯器能夠高亮比特錯(cuò)誤，輕松實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤可視化，測(cè)量定時(shí)或更新波形以消除設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。結(jié)合NI LabVIEW圖形化開發(fā)環(huán)境及NI TestStand測(cè)試管理軟件，數(shù)字化波形編輯器涵蓋了所有數(shù)字化測(cè)試系統(tǒng)所需的軟件組件。

表1總結(jié)了美國國家儀器公司提供的高速數(shù)字I/O。

8. 用于工業(yè)控制及自動(dòng)化的數(shù)字I/O

工業(yè)應(yīng)用上對(duì)I/O性能的要求常比一般測(cè)量設(shè)備要高。例如，許多工業(yè)傳感器或促動(dòng)器需要24V邏輯電平，在不同電壓下工作時(shí)還可能造成接地回路。測(cè)量、控制系統(tǒng)的安全性與用戶、操作人員的安全一樣重要。NI工業(yè)化數(shù)字I/O設(shè)備具有高達(dá)150V的電壓，且驅(qū)動(dòng)電流高，并有隔離設(shè)計(jì)，可直接與各類工業(yè)泵、閥門、電機(jī)、及其它傳感器/激勵(lì)器連接，具有高度安全性與可靠性。

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圖2. 具有24V邏輯電平及隔離的工業(yè)測(cè)量

這些低成本設(shè)備是工廠自動(dòng)化、嵌入式機(jī)械控制、及產(chǎn)品線驗(yàn)證等工業(yè)控制、制造測(cè)試系統(tǒng)的理想選擇。此外，NI工業(yè)化數(shù)字I/O設(shè)備提供高可靠性的工業(yè)特色設(shè)置，專為要求最苛刻的自動(dòng)化應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

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

可編程上電狀態(tài) 可實(shí)現(xiàn)已知的初始化狀態(tài)，使設(shè)備與泵、電機(jī)及其它工業(yè)激勵(lì)器及機(jī)械連接時(shí)的操作更加安全。

數(shù)字化I/O看門狗 提供一種失效安全機(jī)制來監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)或應(yīng)用的失效，確保系統(tǒng)處于可安全恢復(fù)的狀態(tài)。

變化檢測(cè) 在數(shù)字線狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，將自動(dòng)觸發(fā)應(yīng)用以執(zhí)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(shí)脈沖干擾、尖脈沖，并為數(shù)字開關(guān)和繼電器去除抖動(dòng)。

工業(yè)認(rèn)證 包括CE、FCC、C-Tick、UL及VDE，確保EMI符合世界絕大多數(shù)地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)，并保障系統(tǒng)在危險(xiǎn)環(huán)境下運(yùn)行安全。

工業(yè)化DIO是工業(yè)DAQ套件產(chǎn)品的一部分，包括工業(yè)NI M系列及S系列多功能設(shè)備。這些設(shè)備輔助NI可編程自動(dòng)化控制器平臺(tái)，提供與邏輯、運(yùn)動(dòng)、過程處理、及視覺應(yīng)用無縫集成的工業(yè)化I/O。NI PAC結(jié)合了可編程邏輯控制器(PLC)的堅(jiān)固性與PC的強(qiáng)大功能，具有開放靈活的軟件構(gòu)架。通過LabVIEW，具有工業(yè)化DAQ及數(shù)字I/O的PAC可與已有的PLC應(yīng)用連接，從而可添加更多高級(jí)功能，提高應(yīng)用效率。

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圖3. Innoventor公司的飲料包裝系統(tǒng)

點(diǎn)擊這里了解Innoventor公司如何集成工業(yè)數(shù)字I/O、運(yùn)動(dòng)及視覺應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化飲料包裝系統(tǒng)。

表2總結(jié)了NI提供的工業(yè)化數(shù)字I/O。

14. 應(yīng)用于設(shè)計(jì)和原型建模的數(shù)字I/O

設(shè)計(jì)過程本質(zhì)上是一個(gè)重復(fù)過程。各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的幾乎所有設(shè)計(jì)都遵循定義、仿真、原型、測(cè)試的周期。在整個(gè)設(shè)計(jì)完善過程中，不斷重復(fù)設(shè)計(jì)周期的各個(gè)階段。如何設(shè)法縮短每階段間的過渡時(shí)間是優(yōu)化設(shè)計(jì)過程最重要的課題。LabVIEW的圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過單一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)所有設(shè)計(jì)周期，能夠滿足上述要求。此外，結(jié)合數(shù)字化NI R系列智能DAQ與LabVIEW FPGA模塊，可在設(shè)計(jì)、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(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)定時(shí)及觸發(fā)的完全控制。不具備VHDL經(jīng)驗(yàn)的用戶也能通過LabVIEW FPGA模塊創(chuàng)建LabVIEW框圖來配置FPGA芯片，從而完成對(duì)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(shí)與同步功能，并可實(shí)現(xiàn)高達(dá)40 MHz的板載決策。

舉例來說，如果應(yīng)用開發(fā)中需要使用不支持的或自定義的數(shù)字通信協(xié)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(shí)現(xiàn)通信接口或?qū)ζ浣！?/p>

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圖4. 自定義數(shù)字協(xié)議與R系列智能DAQ和LabVIEW FPGA

LabVIEW FPGA可實(shí)現(xiàn)每個(gè)設(shè)備的“個(gè)性化”編程。所謂個(gè)性化本質(zhì)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(gè)性化設(shè)備或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)，用戶還可自定義板卡。在設(shè)計(jì)周期或原形設(shè)計(jì)的重復(fù)過程中，用戶能夠輕松改變?cè)O(shè)備個(gè)性，就如同修改LabVIEW框圖并重新編譯一樣簡(jiǎn)單。一旦完成設(shè)備編程，就不再需要使用LabVIEW FPGA了，因?yàn)樵O(shè)備可在基于Windows的LabVIEW或LabVIEW Real-Time中操作。更多信息關(guān)于自定義DAQ個(gè)性，請(qǐng)?jiān)L問以下相關(guān)鏈接，或點(diǎn)擊這里

智能DAQ提供高達(dá)160條數(shù)字通道，可獨(dú)立配置為輸入、輸出、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、脈寬調(diào)制，或其它。表3總結(jié)了NI提供的R系列智能DAQ。

NI高速數(shù)字I/O設(shè)備為結(jié)合數(shù)字設(shè)備設(shè)計(jì)過程的常用測(cè)試提供另一種選擇。對(duì)于高速激勵(lì)響應(yīng)測(cè)試，或非標(biāo)準(zhǔn)電壓應(yīng)用，NI HSDIO設(shè)備能夠在設(shè)計(jì)周期中輔助智能DAQ設(shè)備。HSDIO設(shè)備也可與高速設(shè)備連接，以高達(dá)400 Mb/s的速率傳輸數(shù)據(jù)。了解更多信息，請(qǐng)參閱以下相關(guān)鏈接。