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高性价比的便携式测试测量神器,ADI ADALM1000主动学习模块

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发表于 2018-6-7 02:47:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
通常,第一次真正意义上接触电路是在物理课上,那会你第一次科学的接受电压表、电流表等测试测量仪器的学习,第一次通过公式+测试的方式验证公式的正确与否,而那时,不需要考虑诸多的因素,都默认为理想化的模型电路,但是,随着你进入到更深的研究,你会发现事实上真实存在的电路都不是理想化的,有各种因素影响,因此一个有效的测试测量仪器不但可以帮你准确测量电路,更能加深你对电路(如复杂的模拟电路)的了解。

ADALM1000硬件

ADALM1000是ADI推出的一个高级主动模块测试测量工具,可以向用户展示电流、电压、阻抗(电阻、电感和电容)之间的关系,尤其对于学习电路专业基础知识的学生、电子设计工程师、业余爱好者及创客等,这是一款相当具有性价比的便携式测试测量神器,在ADI官网的售价仅有40美金。
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ADALM1000主动学习模块套件内包含ADALM1000模块、USB线缆、I/O线缆、接头引脚及快速入门指南,并配有一个内容丰富的在线网站提供支持。实际看到实物的时候就会明白,像这样一款不带屏幕的便携式测量工具那肯定是要借助其它平台(如台式、笔记本电脑等)显示的,与目前市面上的一些便携式虚拟仪器一样,需要带GUI界面的软件工具支持。

ADALM1000基于开源硬件平台,其采用的软件同样是开源的Pixelpulse2,支持Windows、Linux、OS X、安卓等平台,可为用户提供交互式数据可视化与分析,用于测试并评估多种类型的电子电路。
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ADALM1000高级学习模块使用USB连接至用户电脑,能够提供集成式双路电压与电流,并可充当一个基础信号发生器。其提供的探针不仅使用户能够进行基础性电路测量,还可通过结合16位 100kSPS 信号转换器实现更复杂的性能可视化分析,分析结果将通过Pixelpulse2软件显示。
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ADALM1000大概功能包括了:双通道信号发生——电压或电流输出、双通道信号测量、两个预置电源、四个数字信号以及USB电源/通信,具体可实现的功能、参数指标如下:



USB供电型学习工具

在同一引脚上同时测量源电流(- 200至+200mA)和电压(0至5V)

示波器(100 kSPS)、函数发生器(100 kSPS)

PixelPulse 2(开源)支持Windows、Linux、OS X

16位(0.05%)基本测量精度,具有4位分辨率

源电流和吸电流(2象限)操作

C、C++和Python绑定

MATLAB数据采集工具箱支持

开源硬件

ADALP2000模拟部件套件提供多种模拟元件,支持无焊试验板

说穿了,重要的两个指标就是模拟的输入输出了。
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模拟输入输出的接口,CHA、CHB可支持0~5V电压,-200mA~200mA的电流输入输入出。
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数字接口,也就是微控制器的IO接口,可以通过编程来控制管脚的逻辑,比如通过Python。
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取下ADALM1000的塑料外壳,看下仪器上的功能主要是通过板子上的哪些器件实现的。
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ADALM1000的整体框图在板子的正面也用丝印体现的很清楚。
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板子背面是构成整体电路所用到的器件,看到密密麻麻的器件,可能很多工程师都会头大,其实仔细观察的话很容易把这部分电路结构分解。
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为了实现CHA/CHB两路的输入输出,在硬件电路设计的时候采用了同样的方案,所以下图虚线分开的两部主要IC器件是相同的,而且ADI工程师在板子布局的时候还考虑到了美观性,在将如此多的器件布局在这块小板上的同时还能看到如此对称的布局,即便从一个专业的layout工程师的角度来看,这板子的布局也基本没什么槽点,体现了ADI硬件工程师水平。
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ADALM1000板载主控为Microchip的ATSAM3U2C,基于Arm Cortex-M3处理器,在这里的用处很多,比如定时器用于控制数据转换的采样、PWM用于板子的RGB LED调光、数字IO用于板子上众多模拟内部开关的控制等。
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为了实现在两个模拟通道上采样,并且都包含了电压/电流测量数据,ADALM1000使用了两个四通道AD7682 16位ADC,每个ADC都可以接收两个通道上的模拟信号,允许同时转换任一通道上任意电压和电流组合。
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AD7682硬件系统框图:
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为了在数字连接的设备中提供模拟输出,ADALM1000使用了双通道16位 AD5663R nanoDAC,内部集成了1.25 V/2.5 V、5 ppm/ºC片内基准电压源,AD5663R采用10引脚的MSOP封装,如下图中央位置处标号为D7H的mark的芯片。如果对ADI这颗器件不熟悉的话可能一下子都找不到这个芯片在板子的哪个位置处。
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AD5663R硬件系统框图:
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ADG1161四路SPST开关、AD8210电流检测监控器、AD8018AR线性驱动放大器
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当然,除此之外还有板子复杂的电源拓扑,几乎主要的器件全是ADI自家的产品,如ADP7118、ADM1177、ADP1614、ADM7171、ADP2442、AN-1269、ADR381,这部分就不一一介绍了。

ADALM1000上电使用


在上文也谈到了,要使用ADALM1000需要借助软件工具,这里推荐两个比较好用的Pixelpulse2以及Alice。

Pixelpulse2:下载地址

Alice1.2:下载地址

在安装Pixelpulse2的同时也会安装相应的驱动,而在Pixelpulse2的软件界面中可以更新ADALM1000的固件、可以实现电压电流的测试测量、产生波形等操作,所以,对于ADALM1000这个产品,Pixelpulse2基本上是最重要的一个工具了,必装。

Alice包括了电压表、电流表、欧姆表、示波器、阻抗计算等各种小工具,也非常实用。
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当然,除此之外,ADALM1000还支持MATLAB、Python等工具,可以通过Python实现对数字接口的输入输出编程,说实话,如果真要把ADALM1000这个看似简单的工具摸透涉及到的面、内容等还是非常多的,建议可以先从Pixelpulse2以及Alice这两个工具入手。

Pixelpulse2使用

第一次使用Pixelpulse2这个工具的时候还采了个坑,在升级固件过程中直接掉驱动,而后再怎么上电ADALM1000也没啥反应,也没驱动的显示,整了半天还以为直接被升级坏了,心里可使劲批判这东西不靠谱,好在ADI官方的技术支持论坛还是很强悍,这个问题还真有很多人反应过,直接找到现成的解决办法,安装最新的Pixelpulse2或者重新安装驱动即可。
QQ截图20180607023849.jpg
更新到最新的固件,我们就可以简单的测试下,比如设置CHA为source voltage/measure current模式,设置CHB为measure voltage模式,将ADALM1000的CHA与CHB用杜邦线连接起来,直接通过Source voltage界面的蓝点可以调节电压范围。
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当面,上面这个是连续的直流输出,另外因为ADALM1000的这两个通道本来就支持模拟输出,所以还可以设置为各种波形,如正弦波、锯齿波、三角波、方波等,另外还有频率的设置,如下面的这些图所示。

正弦波
QQ截图20180607023916.jpg
三角波
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锯齿波
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梯形波
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方波
QQ截图20180607024001.jpg
配合ADALP2000模拟套件使用

当然,你也可以设置为恒流源模式,只需通过CHA上面的符号修改即可,很简单,以上也是ADALM1000的两个模拟通道最简单的验证测试,有点自娱自乐的感觉,如果真要发挥ADALM1000这个套件的学习特性,最好要配合ADI的另一个产品ADALP2000 Analog Parts Kit。
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这个模拟部件套件包括许多器件,非常适合构建各种有用的模拟电路。 该套件集成了ADI器件,包括晶体管、LED、电阻、电位计、电容、二极管、电感、传感器以及各种有用的IC产品,包括运算放大器、转换器、比较器和调节器。 表贴IC安装在小型子板上,便于轻松连接。 内置无焊分线板,该套件还配有带引脚端的跳线搭配。

比如简单构建测量分压电阻的电压电流,CHA提供5V的输入电压,CHB为测量电压模式。
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理想模式下CHB测量的电压为3V,电路的电流为0.002A。

实物原型
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来看下实际测试结果,测得的CHB端电压为2.9223V,电流为0.0022A,第一可以看到计算的精确位数很高,第二可以看到实际测试的结果跟理想化模型还是有些许的差异,这就是我们刚开始接触电路的时候都会忽略的损耗。
QQ截图20180607024103.jpg
比如还可以设置CHA产生0.5 V和4.5 V之间摆动的“正弦”电压,可以直观的看到对应的点的测试结果,不过在实际体验下来也发现了Pixelpulse2不足的地方,第一是软件容易无响应卡死,第二是蓝点调节输入电压或者输入电流的时候只能拉,无法精确输入数值,比较麻烦。
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再来看下另外一个比较有意思的RC模型,通过ADALM1000可以直观的看到充电过程。
QQ截图20180607024127.jpg
实物原型
QQ截图20180607024138.jpg
上电后可以明显可以看电压缓慢上升。
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还有更多的内容就不在本文一一演示了,通过ADALM1000与Pixelpulse2的结合,再加上ADALP2000这个模拟器件套件,我们很容易通过亲自动手的实践来了解真实模拟电路的情况,从而打下扎实的基础,为以后更复杂的电路设计提供坚实保障。

另外值得一提的是,ADI官方为ADALM1000套件提供了详细的实验教程,这些都可以通过ADI官方wiki访问,基本让工科类的学生、工程师、电子爱好者非常简单的入门ADALM1000的学习实践,而只有40美金的售价让这个套件一跃成为高性价比的便携式测试测量神器。

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