使用SLSC架构为测试系统的信号路径添加更多元件

在构建测试系统时，从待测设备(DUT)到测量设备的信号路径经常需要借助其他元件才能实现自定义信号调理、负载和开关。正是考虑到这一点，NI开发了NI开关、负载和信号调理(SLSC)架构。本文介绍了如何使用NI SLSC为典型测试系统的信号路径添加其他元件。

在应用演示中，我们将使用电子控制单元(ECU)常用的脉冲宽度调制(PWM)信号来激励ECU并测量其响应。由于许多ECU需要更高的电压电平，我们需要添加其他元件来进行电平转换，以生成和测量参考外部电源（如汽车电池）的信号。

我们还需要添加一个继电器，将故障插入到信号路径中，以仿真ECU线束断线。

系统将使用NI PXI R系列FPGA板卡生成数字PWM信号，并在PXI机箱中测量该信号，然后调整电压并在SLSC机箱中添加开关。

为简单起见，我们不会使用真正的ECU。在本演示中，我们的DUT是一个连接器接线盒，它将环绕上线缆并使用R系列上其中一个数字输入端来测量数字输出端生成的PWM信号。

下图显示了我们遵循的信号路径，从PXI系统经过SLSC路由到连接器接线盒，信号在连接器接线盒中环绕并通过SLSC返回到PXI系统。

PXIe-7822R模块通过标准SHC68-C68-RDIO2线缆连接到RTI-12301。RTI-12301为SLSC-12201模块提供分流信号。SLSC-12201用于相对于外部参考源对信号进行缩放。在本例中，我们使用24 V电源，但在实际应用中，可能对应的就是汽车ECU或航空器LRU上的电池电压。信号通过HD 44线缆从SLSC前端环绕到后端并插入RTI-12305。RTI-12305为SLSC-12101提供分流信号，SLSC-12101用于切换仿真线束断线的信号。

下图显示了该配置的后视图和前视图，其中包括此应用中未使用的其他PXI和SLSC模块。这些图片中未显示绕回线、外部参考和以太网线缆。 以下章节更详细地描述了信号路径，展示了从PWM输出到PWM输入的路径。

图4.SLSC后视图

图5.SLSC和PXI系统前视图。

PWM信号在FPGA中生成，相关FPGA代码请见“软件”部分。FPGA上的输出引脚位于PXIe-7822R前面板上的VHDCI连接器上，该信号为3.3 V信号。脉冲序列通过SHC68-C68-RDIO2 VHDCI线缆传输到SLSC机箱上的RTI-12301后置转换接口。

SLSC模块开发套件规定了将信号从RTI分配到SLSC模块的标准方法。

脉冲序列随后通过SLSC-12201模块进行放大，该模块可根据外部Vsup将其转换为5 V至33 V之间的电压。SLSC-12201模块使用SLSC API通过以太网端口进行编程，并且具有多种操作模式。在本例中，我们已将输出编程为源输出，并将其设置为使用连接到RTI-12301 Vsupp引脚的外部参考。此范例使用的是外部24 V直流电源。

该信号使用PWM，范围在0 V至24 V之间。该输出信号由SLSC-12201模块前端的HD44连接器提供。信号通过1:1 HD44线缆环绕到RTI-12305上，并输入到SLSC-12101原型验证模块。在该模块上，我们放置了一个继电器，并通过SLSC 12101控制器(CPLD)上由软件控制的引脚进行控制。

继电器通电后，信号就能够通过继电器传输到SLSC-12101模块前端的HD 44连接器。信号通过1:1 HD 44线缆传输到连接器接线盒，然后环绕到输入端。
返回路径非常类似，但SLSC-12101模块上没有继电器，信号仅在接通后传输到SLSC-12201，SLSC-12201配置为输入模式，阈值为12 V，随后会缩减至可由FPGA读取的值。

SLSC架构

SLSC是一种模块化架构，与NI硬件平台、PXI和C系列相辅相成，旨在使客户和合作伙伴能够轻松创建测试系统（该测试系统可以轻松实现硬件和软件连接）所需的定制电路板卡。

SLSC架构由机箱、模块和后置转换接口(RTI)这三个组件构成。有关机箱的详细信息，请参阅入门手册。如下图所示，模块的高度为144.32 mm (4U)，深度为281.9 mm，后端有三个接口连接器（XJ1、XJ2和XJ3）。XJ1连接器用于使用SLSC驱动程序API进行模块通信，XJ2连接器用于信号连接，XJ3用于高功率连接。

RTI提供从SLSC模块到NI测量硬件的连接。用户可以选择各种NI和第三方RTI，也可以自行设计。自行设计RTI令系统设计人员能够减少系统中的布线连接和点对点布线。

下图展示了RTI与外部参考、测量设备和SLSC-12201模块的连接。

SLSC模块开发套件

SLSC模块开发套件(MDK)为设计人员提供了详细的设计约束，以实现与其他模块和生态系统产品之间的系统互操作性。如果要开发模块，用户必须具备有效的NI MDK套件。有关购买MDK的更多详细信息，请联系NI。

基于LabVIEW 2015和PXIe-7822R的PXIe机箱

PXIe-7822R是一款可重配置I/O (RIO)设备，具有用户可编程的FPGA，可实现板载处理和灵活的I/O操作。借助LabVIEW FPGA，您可以单独将数字线路配置为输入、输出、计数器/定时器、PWM、编码器输入或专用通信协议。您还可以编程自定义板载决策，并以硬件定时的速度可靠地执行决策。对于本演示项目，我们使用DIO0作为PWM输出，DIO1作为PWM输入。

SLSC-12201

SLSC-12201是一款数字信号调理模块，需要与NI数字输入和输出(DIO)设备搭配使用。以下是该模块的程序框图和图片。

该模块可通过SLSC总线配置为输出或输入。作为输出，它能够基于两个外部参考电压(Vsup_x)之一放大数字信号，输出电路也可以编程为3种操作模式：上拉、下拉或推挽。

作为输入，该模块默认为下拉模式，但可以配置为可编程的上拉模式。输入信号阈值可编程为标准5 V TTL输入或具有可编程阈值的更广范围。

外部参考电压(Vsup_x)可以编程为两组通道（每组8个通道）中的其中一组。

对于这一配置，我们使用的是Vsup_1，它与RTI 12301连接器上JR1连接器的24 V电源相连。

对于本演示项目，我们使用P0.0作为经缩放的PWM输出，P0.1作为经缩放的PWM输入。

RTI-12301

RTI-12301使用标准SHC68-C68-RDIO2线缆将来自PXIe-7822R模块的信号映射到SLSC-12201模块。因此，PXIe-7822R上的PXIe-7822R DIO0将映射到SLSC-12201模块上的P0.0，DIO1映射到P0.1。

SLSC-12101

SLSC-12101是一个原型验证模块，旨在帮助SLSC模块开发人员快速进行设计原型验证。该模块分为4个方格区域，用户可以通过直接在方格上焊接元件或将辅助电路卡安装到方格区域来构建原型电路。

该模块遵守SLSC模块设计规范中定义的满足2级兼容性的所有要求，并且如果模块开发人员遵循完全兼容的后端I/O的信号要求，其路由方式也可以达到1级兼容性。这些要求在SLSC模块设计文档的第11章中有详细描述。

原型验证模块分为4个用于原型验证的方格组，如下图所示：

对于本范例，我们在第1组的方格区域上搭建了如下电路。该电路的作用是断开或闭合SPDT继电器，以仿真PWM信号的开路电路。继电器需要通过24 V和15 mA的电源进行激励，该电源由2N3904 NPN晶体管提供。晶体管通过CPLD引脚23接通。  

以下是SLSC-12101上使用的引脚映射

XJ2：引脚a1 =经缩放的PWM输出信号+ » J1引脚1

XJ2：引脚b1 =经缩放的PWM输出信号- » J1引脚16

XJ2：引脚d1 =经缩放的PWM输入信号+回波» J2引脚3

XJ2：引脚e1 =经缩放的PWM输入信号-回波» J2引脚18

RTI-12305

RTI 12305使用SLSC模块前面板上的44针连接器来映射SLSC的信号，适用于故障插入或开关等环绕式连接。

外部电源、HD 44线缆和HD 44连接器接线盒

外部电源使用NI(PSU 15)的24 V直流电源供电，信号通过1:1 HD 44线缆连接到Phoenix HD 44连接器接线盒。

对于本演示项目，软件分为三个部分：第一部分展示了SLSC-12201所需的编程，第二部分展示了创建PWM信号所需的LabVIEW代码，第三部分展示了如何使用SLSC-12101进行故障插入。

SLSC-12201编程

模块功能描述

每个SLSC模块都通过属性和命令进行配置，这些属性和命令根据模块功能和物理通道功能进行划分。这些功能存储在模块上的非易失性存储器(NVMEM)中，无需安装特殊的软件层即可使用该模块。可借助SLSC API控制模块功能。

“Show Command and Property Tree.vi”随附范例可帮助用户了解SLSC-12201模块的所有属性和命令。

SLSC-12201编程

第一步是将端口0的线路0方向配置为数字输出，以下是PWM输出的路径：

下一步是将线路端口的方向配置为数字输入，以下是数字输入的路径：

以下代码将Vsup_0分配给组0；Vsup_0连接到外部24 V电源。VI还将高/低阈值设置为12 V。

请注意，此代码使用的命令为NI.UpdateChannelConfiguration。该命令将提交所有先前的设置属性，并同时启用各数字通道和各组的所有配置。

PXIe-7822R编程

PWM输出

以下LabVIEW FPGA代码展示了如何生成PWM输出信号：

PWM测量

PWM输入的测量如下图所示。有关为NI R系列设备开发PWM固件的详细信息，请查看以下链接：http://www.ni.com/example/5963/en/

SLSC-12101和主机应用程序编程

断开开关

以下代码用于控制继电器，可以在用户需要或测试套件编程时插入开路故障。以下代码使用事件结构（可避免生成不必要的信号流入SLSC机箱）：

主机应用程序

这一简单应用程序的最终系统如下图所示。 下图显示的是LabVIEW前面板。

本文演示了如何使用NI SLSC架构将其他组件添加到测试系统的信号路径中。

以下是所使用的硬件和软件清单：

1. SLSC模块设计文档（购买PN 785205-01时NI将提供）
2. SLSC-12001入门指南和规范
3. SLSC-12201入门指南
4. SLSC-12101用户指南
5. 脉冲宽度调制范例DAQ特性