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使用即用型开发板和开源软件快速开发定制的 HP 测试仪器
2018-09-27 00:30:15· 来源：Digikey
人们经常需要开发定制的仪器用于实验或生产测试。早期的方法是通过 GPIB/IEEE-488 接口来连接仪器，并通过台式电脑或工作站进行控制。如今流行的则是 PXI 和 PXI
人们经常需要开发定制的仪器用于实验或生产测试。早期的方法是通过 GPIB/IEEE-488 接口来连接仪器，并通过台式电脑或工作站进行控制。如今流行的则是 PXI 和 PXI Express 机架系统等更加模块化的方法。然而，此类安装可能很昂贵，尤其对于一次性测试或一次性堆叠更是如此。
为加快开发速度并降低定制仪器的成本，设计人员应考虑具有充足板载模数转换器 (ADC) 或数模转换器 (DAC) 资源的单板仪器平台，所有资源均由嵌入式处理器和配套的 FPGA 进行控制。
本文将展示如何使用基于处理器/FPGA 的系统级模块 (SoM) 以及附带的开发工具来开发定制仪器。依托一个由社区支持的仪器设计开放市场，这种仪器开发方式可以避免开发硬件的需要，并可以开发出紧凑的低成本工具，用于开发多种类型的仪器。
仪器系统历史简述
在上世纪 50 年代之前，包括电压计和示波器在内的所有测试仪器都是模拟仪器。在加州德尔马的 Non-Linear Systems (NLS) 于 1952 年使用步进继电器和精密电阻器开发出首个数字电压计 (DVM) 后，这一情况开始发生变化。惠普公司 (HP) 携一款定时器/计数器产品进入数字仪器市场，该产品很快增加了一些双斜率积分电路，演变为一款 DVM。
由于 NLS DVM 和 HP 数字测试设备驱动的是内部数字显示器，因此它们的读数均采用二进制编码的十进制 (BCD) 表示法在内部提供。这些 BCD 信号可以轻松输出到仪器后面板上的连接器。最初，这些 BCD 信号驱动打印机来记录仪器读数。
此外，上世纪 50 年代陆续出现的许多数字仪器可以在外部编程，使用不同的测量设置，例如测量范围等。编程是通过连接到远程开关或继电器，并最终连接到外部逻辑电路的后面板连接进行的。每个仪器具有不同的读数格式和编程要求，导致仪器自动化方面陷入无序竞争的“巴别塔”情形。上世纪 60 年代，在将计算机作为仪器控制器引入该局面后，问题变得愈加复杂，主要的原因在于，每个仪器都需要不同的独特连线方案。
这一形势促使 HP 在 60 年代中期开始考虑标准化的数字仪器接口。经过八年的深思熟虑和解决方案开发，HP 工程师在 1972 年 10 月刊“HP 杂志”中，面向全世界推出了 HP 接口总线 (HPIB)。HPIB 激发了“机架堆叠式”仪器系统的开发，在此类系统中，可将来自众多不同供应商的不同仪器类型彼此进行互连并连接到仪器控制器。最终，HPIB 演化为 IEEE-488，至今仍在广泛使用。
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