虛擬儀器基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

1、虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第1頁第第6 6章章 虛擬儀器概述虛擬儀器概述本章概述本章概述6.1 概述概述6.2 高速多功能高速多功能DAQ主板主板 6.3 模擬輸入信號(hào)的調(diào)理模擬輸入信號(hào)的調(diào)理 6.4 高速采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)高速采集及存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6.5 時(shí)序控制邏輯設(shè)計(jì)時(shí)序控制邏輯設(shè)計(jì) 6.6 DDS信號(hào)源的設(shè)計(jì)信號(hào)源的設(shè)計(jì) 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第2頁實(shí)驗(yàn)電路板電源擴(kuò)展I/O兩路高速A/D采集雙積分A/D轉(zhuǎn)換16路入16路出FPGA控制邏輯EPP接口兩路DDS信號(hào)源6位電子計(jì)數(shù)器通用計(jì)算機(jī)AIN3AIN1AIN2DINDOUTAOUT1AOUT2AIN462芯I/O插座虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器

2、技術(shù)第3頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第4頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第5頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第6頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第7頁信 號(hào) 調(diào) 理（ 衰 減 、 放 大 ）雙 路 ADC緩 存 RAM計(jì) 數(shù) /定 時(shí)數(shù) 字 I/O信 號(hào) 調(diào) 理（ 發(fā) 大 、 衰 減 ）FPGA 邏 輯 控 制雙 路 DAC標(biāo) 準(zhǔn) 總 線通 信 接 口緩 存 RAM07DD015AA模 入 A模 入 B計(jì) 數(shù) 入數(shù) 字 出數(shù) 字 入模 入 A模 入 B計(jì)算機(jī)015AA015AA015AA07DD07DD07DD07DD07DD07DD07DD07DD07DD07DD虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第8頁高速ADC高速RA

3、MEPP接口觸發(fā)控制邏輯地址控制器分頻器輸入信號(hào)量程選擇碼ABCDabcde采集頻率選擇碼IVCK觸發(fā)WRRD40MHzX4計(jì)算機(jī)N12位1K2K1A2A高阻衰減器前級(jí)放大器 低阻衰減器后級(jí)放大器8位100MHz64KBDACsfclkf虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第9頁2n虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第10頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第11頁輸入高阻分壓DCAC900K100K75041K37516775075045050低阻分壓器5/2.5/1.25/0.5AD806637537575045S1R2R1S3S2S2U1UXABY0X3X3Y0Y3U0X1XX4S1A+_+_1C2C虛擬儀器技術(shù)虛擬儀

4、器技術(shù)第12頁2222112121122111oiRUZj R CkRRUZZj RCj R C2222112121122111oiRUZjR CkRRUZZjR CjR C2211212oiUZRkUZZRR虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第13頁(a) 最 佳 補(bǔ) 償（ b） 過 補(bǔ) 償（ c） 欠 補(bǔ) 償虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第14頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第15頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第16頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第17頁+_+_ AD9288+_+_+_+_DAC7512-128mV+128mVAD80545105105105105105102567347UU5U6U7U9U51051

5、0+5Viu5105105102k10k51010k8UINA AINREF AOUTREFINREF B_INA A07DDBCDA05V-5V+5V1.25V4U10kOP07OP07輸 出 數(shù) 據(jù)被 測(cè) 信 號(hào)虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第18頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第19頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第20頁A/DA/DRAMRAM鎖存鎖存觸發(fā)采集控制RAM地址計(jì)數(shù)器總線接口時(shí)鐘分頻器標(biāo)準(zhǔn)總線讀寫計(jì)數(shù)外觸發(fā)通道 A通道 B寫采集時(shí)鐘（40MHz時(shí)鐘）0fsfFPGA虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第21頁采樣時(shí)鐘AD輸出數(shù)據(jù)D0D7計(jì)數(shù)器輸出地址存儲(chǔ)器寫信號(hào)sf_()WE采樣時(shí)鐘減輸入sfAENC_

6、RD加輸入_WE_OB0A7A8A15A15A8A7A0A_INAA7 AD6 AD5 AD4 AD3 AD2 AD1AD0 AD7/IO6/IO5/IO4/IO3/IO2/IO1/IO0/IO AD9288IS61LV6416地址計(jì)數(shù)器（FPGA)雙向（a）（b）INAAsf地址計(jì)數(shù)時(shí)鐘015()AA虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第22頁E N C D D E AE N C D D E BN -8N -6N -4N -2NN + 2N + 4N -7N -5N -3N -1N + 1N + 3N + 570AADD70BBDDAtE NtE Lt1 /stNN + 1N + 2N + 3N + 4

7、P DtVt,ININAAAB,ININAAABE N C D D E A ,B70BBDDP DtVtAtE NtE Lt1 /stNN + 1S A M P L E N + 2S A M P L E N + 3S A M P L E N + 4N -4N -3N -2NN + 1N + 2N -4N -2N -3N -1NN + 1N + 2N + 5(a ) A ,B 通 道 用 同 一 個(gè) 時(shí) 鐘 的 定 時(shí) 圖(b ) A ,B 通 道 用 兩 個(gè) 時(shí) 鐘 （ 相 位 差 ） 的 定 時(shí) 圖01 8 0虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第23頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第24頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀

8、器技術(shù)第25頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第26頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第27頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第28頁+微分輸入信號(hào)ABCD脈沖形成比較器極性變換觸發(fā)脈沖控制端觸發(fā)極性選擇觸發(fā)電平選擇-V+V(+)(-)+5V(a)HUabA（比較器輸入）B（比較器輸出）正極性（+）負(fù)極性（+）（）OVCDCDHU（）（）(b)虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第29頁(a) 正極性、正電平（b）負(fù)極性、負(fù)電平（c）正極性、負(fù)電平（d）負(fù)極性、負(fù)電平ABDC虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第30頁觸 發(fā) 字觸 發(fā) 字觸 發(fā) 字開 始 采 集結(jié) 束 采 集采 集 數(shù) 據(jù) 流（ a）采 集 數(shù) 據(jù) 流（ b）采 集 數(shù) 據(jù)

9、 流（ c）數(shù) 據(jù) 窗 口數(shù) 據(jù) 窗 口數(shù) 據(jù) 窗 口虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第31頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第32頁開機(jī)復(fù)位計(jì)算機(jī)采集信號(hào)外觸發(fā)輸入采集啟動(dòng)S AD9288 ENCA總線接口計(jì)數(shù)器M(16位，減數(shù)器）采集時(shí)鐘觸發(fā)源選擇計(jì)數(shù)器M(16位，減數(shù)器）觸發(fā)形成存儲(chǔ)器 64K816地址計(jì)數(shù)器（16位，雙向）1S2D1R3D2CLK3CLK2R3R1Q3Q1G2G觸發(fā)T讀啟動(dòng)0D7D0A15A手動(dòng)觸發(fā)Tab觸發(fā)源選擇_RDSM計(jì)數(shù)N計(jì)數(shù)abPCIsfM進(jìn)位N進(jìn)位816加數(shù)器減數(shù)器0D7D0D7DINAA手動(dòng)觸發(fā)虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第33頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第34頁輸 出 波 形

10、相 位 累 加 器參 考 時(shí) 鐘波 形 存 儲(chǔ) 器高 速 D /A濾 波 器L PFNMK頻 率控 制 字虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第35頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第36頁相 位 累 加 器數(shù) 據(jù) 鎖 存 器控 制 邏 輯系 統(tǒng) 時(shí) 鐘F P G A 總 線 接 口幅 度 調(diào) 節(jié)D A C偏 置 調(diào) 節(jié)D A CF P G AD /A 時(shí) 鐘波形存儲(chǔ)器波形合成DAC輸出調(diào)理單元偏置調(diào)節(jié)頻 率 控 制 字 K總 線虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第37頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第38頁SRAM相 位 累 加 器（地 址 發(fā) 生）波 形 數(shù) 據(jù)至 D/A數(shù) 據(jù) 線SRAM寫 信 號(hào)AD11.0_RD讀 CL

11、K_WE虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第39頁典型高速DAC芯片位數(shù)及速率虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第40頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第41頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第42頁2222222AB C4020cf1052.51.250.6250.31258選10f虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第43頁頻率寄存器相位累加器累加寄存器加法器波形器DAC相位寄存器1232123212虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第44頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第45頁RAMDACLPF參 考 電 壓K2DAC0832時(shí) 鐘K2頻 率 碼波 形存 儲(chǔ) 器波 形合 成 器低 通濾 波 器中 間放 大 器中 間衰 減 器輸 出放 大 器輸 出衰

12、減 器A1A232位fN幅 度 碼AN輸 出 幅 度 調(diào) 節(jié) 器4X4X幅 度 范 圍選 擇 碼輸 出信 號(hào)/2NARVrefV(1,1/2,1/4,1/8)相 位累 加 器ABC虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第46頁OUTf2OUTCLKNKff2OUTCLKNKff2OUTCLKNKff虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第47頁0112212222rnSnmnmUUNAK A KNK K UUNN U虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第48頁256mmUU虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第49頁256mmUU0mUN U虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第50頁+_+_+_交 流 輸 入 信 號(hào)-1.25V基 準(zhǔn) 電 壓 源1KO1KOR1R3R2R4OUTVrefVVDDVFB/SYNCSCLKGNDinD57684321DAC75124KO1KOrefUAC R5R6R8R71KO1KO1KOU2COP467+5VU2BOUTBU05VOUTAUU2AOUTCUU2CinUDCU1KO虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第51頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第52頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第53頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第54頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第55頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第56頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第57頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第58頁虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)第59頁虛擬儀器