⽤NI的数据采集卡实现简单电⼦测试之1——USB-6009简介
本⽂从本⼈的163博客搬迁⾄此。
⼏年以来，⼀直担任学校“虚拟仪器”课程教师。以前上课都以介绍LabVIEW编程为主，硬件实验⼀直没有开展。这次借“西部⾼校实⼒提升⼯程”的机会，学院采购了⼀批NI的数据采集卡，终于有机会让学⽣动⼿开展⼀点硬件实验了。这次采购的是⼊门级的USB数据采集卡——USB-6009，NI没有为这卡提供外围实验电路，要⽤他上实验课还得⾃⼰动⼿为这个“⼩宝贝”设计⼏个实验，并配些外围电路。接下来的⼏篇博⽂，将分⼏次介绍为学⽣设计的实验及外围电路，写到哪算哪吧。今天先从⼩宝贝⼯具USB-6009介绍起。（NI官⽅⽹站上介绍资料的内容就不原样重复了，只把我觉得有⽤、有趣和⼤家会感兴趣的内容摘⼀下）
在NI众多的数据采集卡中，USB-6009可以算是性能最低的了，价格也相对最低——官⽅渠道约⼩3000元(个⼈觉得还是⽐国产的其他数据采集卡还是贵多了)。USB-6009性能不⾼，但“⿇雀虽⼩，五脏俱全”，常见的功能⼀应俱全，基本能够体现LabVIEW+NI数据采集卡的开发特点。先来张外观照⽚。
再看看内部电路板（PCB的顶层，底层没东西）。
⼀、USB-6009的内部构成
打开后盖，看到USB-6009主要有两个芯⽚，⼀个是Silicon Labs的单⽚机，另⼀个是TI的⼗四位ADC，这两个芯⽚决定了USB-6009的基本性能。
单⽚机上的激光丝印看不出它的型号，但“Silicon Labs”、“TQFP-32封装”、“有USB DEVICE接⼝”⼏个条件⼀综合，⼤概能猜出来了：
C8051F320——2.3KB RAM+16KB Flash。
TI的ADS7871是个功能挺全⾯的ADC。四个全差分通道，或变为⼋个单端通道。其他参数包括：14位分辨率；带有⽚上PGA；参考电压等都和USB-6009⼀样。个⼈觉得这个ADC最⼤的缺点就是最⾼采样率只有48KBPS。 gammaproteobacteria
⼆、USB-6009的模拟输⼊
棉花采摘机ADS7871，虽然可以接受差分形式的负电压，但同时要求输⼊电压的绝对值不能为负（0V到接近电源电压）。组成USB-6009后，模拟输⼊范围有⼀个值得注意的参数变化：USB-6009的任意模拟输⼊引脚都可以接受负电压（具体可达-10V到+10V），也就是⽀持真正的双极性输⼊，这⼀点可能是由USB-6009板⼦上的偏置调整电路做到的。就此要为NI点赞，实在是⼤⼤⽅便了使⽤者。偏置电路的
出⼚较准，在产品的⽣产过程中实在是⽐较⿇烦的⼀件事情，这也许也是USB-6009价格较⾼的重要原因之⼀。
2、模拟分辨率
ADS7871的分辨率是14bits，在-10V到+10V的情况下，分辨率约为1.22mV。在很多应⽤中，这个分辨率并不算很⾼，例如后⾯将要提到的半导体温度传感器测温实验中1.22mV的分辨率就显得不太够。
当然在很多情况下，可以在进⼊A/D转换之前，对模拟信号进⾏放⼤以提⾼输⼊其分辨率，这样做的代价了是降低模拟信号的输⼊范围。例如，⽤PGA(可编程增益放⼤器)将信号放⼤10倍后ADC对放⼤前模拟信号分辨率将达到122uV，⽽输⼊范围将被限制在-1V到+1V之间。值得注意的是NI对USB6009的设置⾮常有趣，只允许差分输⼊模式的模拟通道使⽤PGA，⽽对单端模式的通道却不能使⽤PGA。也就是说⼀旦在LabVIEW中将USB-6009的某个通道设置为RSE模式（单端）后，不论怎样配置其他参数，这个通道的分辨率都将为1.2mV。如果将USB-6009的某个通道设置为差分模式后，LabVIEW会⾃动的根据该通道模拟输⼊范围参数来控制PGA的增益值，从⽽达到提⾼模拟分辨率的效果。因此在这种情况下对模拟输⼊最⼤值和最⼩值的设置将是⾮常重要的。exosip
3、模拟输⼊阻抗
扎胎器
ADS7871的输⼊阻抗达到6M欧姆，但USB-6009的输⼊阻抗仅为150K欧姆左右，可能是由于输⼊范围调整造成的，在客观上也起到了提⾼输⼊电流，提升抗⼲扰能⼒的作⽤。但在进⾏某些⾼输出阻抗的测试中，这可能导致测试失败，需要⼩⼼。 4、缓冲FIFO
C8051F320的⽚上RAM只有2.3KB，这意味着USB-6009单次采集缓冲的⼤⼩不可能超过这个数量。在LabVIEW编程时，最好不要把各个通道的“每通道采样数”之和设置到1K以上（每次采样需要14bits缓冲宽度）。
⼆、USB-6009的模拟输出
1、输出范围
USB-6009的输出电压范围是0-5V，且不能⽤程序调整该电压范围。这与模拟输⼊参数相差较⼤，在设计时需要特别注意，例如后⾯将要介绍的，⽤USB-6009测试三极管输出特性曲线的例⼦中，就需要调整模拟输出电压范围。
2、模拟输出阻抗
为保护USB-6009的模拟输出电路，其输出端串联了⼀个50欧姆的输出电阻。在使⽤中如果不注意这个输出电阻，它可能会在后级电路的输⼊阻抗的共同作⽤下，影响输出的电压值。
3、输出刷新速度
USB-6009的模拟输出⾮常奇怪：刷新速度只有150SPS！不知NI在这⼀点上是如何考虑的，这导致USB-6009基本⽆法输出有意义的时域波形，其模拟输出只能产⽣控制电压。
洗手器4、2.5V参考电压输出
这是由USB-6009输出的参考电压，在数字输出⼀边的第14脚，但应该属于模拟输出引脚，作⽤是供外部电路作为参考电压。使⽤时要注意，这个参考电压的输出阻抗较⼤，可达2K欧姆左右——这⼀点USB-6009的参考⼿册没有述及。
三、USB-6009的数字I/O
第一联动
USB-6009共有12个数字I/O，分为P0——⼋个和P1——四个。每个都可以单独配置为“数字输⼊”、“集电极开路输出”或“推挽输出”三种模式。
1、数字输出
缺省情况下，为保证USB-6009的端⼝安全，当任意I/O被配置为输出时，它将采⽤集电极开路输出。虽称为“集电极开路”，但并⾮真正意义上的集电极开路。真实情况是这样的：该I/O的输出集电极被⼀个4.7K的电阻弱上拉到5V电源。这也意味着，如果使⽤缺省输出模式，最多只能输出1mA左右的拉电流——1mA即使只⽤来点亮⼀个⼩LED灯都很暗淡。在缺省的输出模式下如果想获得较⼤输出电流，应该采⽤灌电流形式：根据⼿册可获得8.5mA灌电流。
当然也可以采⽤“推挽输出”模式，获取较⼤的拉电流。但这种模式需要在LabVIEW中使⽤属性节点功能来配置，且推挽模式使⽤的⾼电平为3.3V。
2、数字输⼊
使⽤数字输⼊功能时，需要注意的是在“数字输⼊”模式下，USB-6009的输⼊阻抗较⼩。以连接触摸按键为例，需要使⽤1K欧姆左右的上拉电阻，才能使USB-6009读到⾼电平。
未完待续…………
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