myDAQ扩展后的可切换实验台构建

　　与传统仪器相比，虚拟仪器开放灵活，可以与 PC 机通过不同的总线接口组建不同规模的自测试系统。虚拟仪器技术正不断发展，基于虚拟仪器技术的网络实验室得到各大高校的认可。

　　myDAQ 有效率高、成本低、人机交互性强、集成多种常用仪器的特点，其组成结构精巧，现已应用于许多大学的实验室。但是 NImyDAQ 不便于多个实验的操作。本文提出了一种针对 myDAQ 进行扩展后得出的可切换实验台，在这个实验台上可以同时搭建 3 个实验项目。当选择特定实验时，只需通过上位机操作图形界面切换开通相应实验板。

　　1 系统整体设计

　　该系统由上位机通过USB电缆与myDAQ相连，myDAQ 的信号通过信号扩展电路后接入切换电路，同时上位机通过 LabVIEW 串口通讯连接单片机进而控制切换电路。上位机LabVIEW 图形编程显示控制界面。

　　2 信号扩展电路设计

　　信号扩展的思路主要是通过将 myDAQ 内部模拟信号经过相应扩展芯片并运用模拟开关技术将每一路信号扩展成了 3 路。分出的每一路信号通过排线连接至可切换实验台。

　　具体实现方案：用 CD4053 扩展成 3 路信号。把 CD4053 的三个输入端连在一起，成为模拟信号公共输入端，通过控制A，B，C输入（0或1）从而选定模拟输出X1，Y1，Z1哪一路导通。

　　考虑到模拟信号之间的干扰不能将另一路输出端悬空，将 100K 电阻与 0.1uF 的电容并联接在另一路输出的公共端可以消除干扰。其电路设计的部分原理图如图 1 所示。【图1.略】

　　模拟开关是一种电路器件，它能够控制程序存储器，不需要拆下芯片后使用专用编程器写入程序。

　　采 用 Arduino软件实现单片机的编 程， 其 主 要 思 路是： 首 先 利 用 软 编程 技 术， 在 单 片 机Flash 底层固化一个Bootloader 程 序， 来引导远程传来的程序数据写入 Flash 应用区。 上 位 机 Arduino软件已编写好程序，单片机每次上电时都会先执行引导程序，判定串口是否接收到了程序的下载指令。

　　若接收到程序下载指令，则先按页擦除原代码，然后再把程序从内存第一行开始写入单片机。如果没有收到下载指令，则转入第一行执行程序，由于这个切换程序是个 LOOP 循环，只要一直没有程序通过串口下载，单片机就会模拟信号传输的通断。模拟开关在理想的状态接通时，导通电阻应为零，在断开时，关断电阻应为无穷大。由于模拟开关是半导体器件，当输入信号低于零电势或高于电源电压时，MOSFET 处于反向偏置，当电压超出限定值0.3V 以上，开关无法正常工作，甚至损坏，在电路设计时需要加以注意。 由于实验室供电的电源电流有时比较大，而模拟开关通流能力多数小于 500mA，不能直接用开断小信号的模拟开关进行切换，采用增强型 MOS 管配合三极管可以很好的达到增大电流的效果，因此我们采用 MOSFET 与三极管的组合进行电源信号的开断，增大其电流导通能力。

　　3 单片机控制板设计如图2所示。【图2.略】

　　4 AVR单片机软编程设计

　　ATmega 系列单片机属于 AVR 中的高档产品，在省电性能、稳定性、抗干扰性及灵活性方面都更加周全和完善。ATmega8 片内集成了较大容量的非易失性程序和工作存储器以及数据存储器。编译好的目标程序可以通过在系统编程（ISP）直接写入 AVR 单片机的Flash行代码，从而持续执行一直在这个循环中执选定实验。
　　
　　5 上位机LabVIEW编程设计

　　本设计的上位机编程采用 LabVIEW 软件进行编写。G 语言编程为切换实验操作界面编程：通过 LabVIEW 的 VISA 串口传递相应的控制地址，打开相应实验板操作接口，达到方便地切换三块实验电路板的目的。

　　6 结论

　　该可切换实验台结合了 NI myDAQ 的虚拟实验功能及模拟开关技术，可以方便地切换三个不同实验，扩展了实验室资源，提高了效率。基于 ATmega8 单片机的控制切换系统易于实现。上位机利用 myDAQ 平台的LabVIEW 软件编程建立了与单片机的串口通信，具有较强的可操作性。实现了一个低成本、可切换性的人机交互试验系统的平台结构。