神电测控：新品发布

国产新型三合一PCIe+USB3.0+Ethernet多功能PG-785xR-786xR

FPGA RIO板卡

1、三合一，同时支持PCIe总线、USB3.0总线、Ethernet千兆以太网总线通信的PG-785x-786x R系列FPGA板卡诞生了，后发优势，覆盖NI-7856/7857/7858等R系列FPGA板卡，兼容LabVIEW My FPGA开发环境。

2、通信接口：PCIe总线带宽实测：720MB/s；USB3.0总线实测带宽：320MB/s；Ethernet千兆以太网实测带宽：96MB/s。

3、新增特性：相比上一代产品，新款PG-785xR我们特地新增同时支持“连续采集”和指定点数或者指定时间的“可重触发采集”模式的LabVIEW FPGA上下位机VI案例程序，方便多个子系统同步控制领域使用。

4、指标：18位16通道同步并行AI（1MS/s采样率）、16位16通道同步并行AO（1MS/s更新率）、37路双向高速DIO、8路LED灯、PCIe接口、USB3.0接口、Ethernet、真差分、量程自由切换。

5、超大FPGA加持：K7-325T，远超传统DAQ卡；更重要的是：用户可以使用图形化LabVIEW在FPGA里面自由翱翔，实现各种采集、模型、算法、测试、锁相、3C、PID等闭环应用。

6、相比于之前发布的4通道250MS/sAI和2通道250MS/s AO板卡来说，PG-785xR更适合常规us量级的自动化、HIL硬件在环、高密度数采等测控类项目和仪器开发。

7、价格亲民，彻底摆脱NI FPGA RIO板卡高昂成本造成的困局、释放大家的开发潜能，大胆放心用。

图1：神电测控PCIe+USB3.0+Ethernet三合一版本PG-785xR板卡实物图（正面）

图2(a)：神电测控PCIe+USB3.0+Ethernet三合一版本PG-785xR板卡实物图（通信口）

图2(b)：神电测控PCIe+USB3.0+Ethernet三合一版本PG-785xR板卡实物图（AI/AO/DIO接口）

1、性能简介

   1）模拟电压输入AI

      ADC采集通道数：16

      分辨率：18 bit

      采样率：1MS/s

      输入量程3种模式支持动态任意切换（总共12个档位）：

l   单端双极性模式（5种）：±2.5V/±5V/±6.25V/±10V/±12.5V

l   单端单极性模式（3种）：0~5V/0~10V/0~12.5V

l   差分双极性模式（4种）：±5V/±10V/±12.5V/±20V

      底噪：Vpp：800uV Vrms：120uV

      零点误差：1mV

      线性误差：千分之5

      接线：单端/真差分

   2）模拟电压输出AO

      DAC输出通道数：16

      分辨率：16bit

      更新率：1MS/s

      输出量程：±10V/±5V

   3）双向高速数字IO（DIO）

      DIO通道数：37路

      DIO读写速率：200MHz

      DIO访问：直接FPGA读写，可接入CLK、编码器、转速计、扭矩等脉冲信号，也可以产生高速同步、PWM等脉冲信号。

   4）8路用户LED指示灯，挂在FPGA上，支持用户自己使用LabVIEW直接编程控制

   5）3路用户按键KEY，挂在FPGA上，支持用户自己使用LabVIEW直接编程控制

   6）板卡主控芯片

      FPGA型号：Xilinx Kintex7-325T-2FFG900I工业级（可替换成国产FPGA）

      板载DDR3容量:2GB 64BIT

      板载Flash芯片型号:N25Q128A13 SPIx4

      通信接口：PCIe2.0x8、USB3.0、Ethernet千兆以太网

   7）板卡供电

      直流电压：12V（支持单独供电或者PCIe直接供电）

      静态电流: 0.7A

2、接口简介

图3：神电测控PCIe+USB3.0+Ethernet三合一版本PG-785xR板卡接口示意图

   1）模拟电压输入AI/模拟电压输出AO接口

      接线方式：AD/DA通过VHDCI扩展线接出（赠送SCB-68-68线缆和接线盒）。

      注意：AI/AO 均为真差分方式。

   2）模拟电压ADC输入等效结构如下：

      对于差分信号：需要接入AIN+ AIN-GND（GND可以不接）

      对于单端信号：需要接入AIN+ GND（同时AIN-需要跟GND短接）

图4：模拟电压输入AI差分等效结构

   3）模拟电压DAC输出等效结构：

      对于单端输出应用：接 DAC+   GND（DAC-悬空）。

      对于差分输出应用：则接DAC+ DAC-（GND可不接）。

图5：模拟电压输出AO差分等效结构

3、模拟信号接线盒端子信号说明

图6：配套的模拟信号接线盒实物图

表1：接线盒信号引脚定义说明

4、数字信号DIO接线端子说明

图7：PG-785xR板卡上的DIO信号（SCSI接口）

图8：PG-785xR板卡推荐的DIO数字信号线缆和接线盒

图9：PG-785xR板卡上的DIO数字信号引脚定义
（左侧为SCSI接口里面的24路DIO、右侧为顶部预留的13路DIO）

    SCSI端口一共引出12V、GND与24个单端I/O，加上上方13个DIO，一共37路双向DIO接口；为了方便用户使用，我们将这些DIO信号对应的FPGA引脚全部拖到了LabVIEW FPGA环境下，非常直观，如图10所示，用户只需要会一点LabVIEW基础知识就可以在FPGA里面编程操作这些DIO信号了。

图10：PG-785xR板卡上的DIO数字信号所在FPGA终端下的EIO节点（一目了然）

5.1、模拟电压输入AI量程控制

      AI输入量程3种模式支持动态任意切换（总共12个档位）：

l   单端双极性模式（5种）：±2.5V/±5V/±6.25V/±10V/±12.5V

l   单端单极性模式（3种）：0~5V/0~10V/0~12.5V

l   差分双极性模式（4种）：±5V/±10V/±12.5V/±20V

图11：三合一版本PG-785xR板卡模拟电压采集量程范围支持单端和差分

5.2、模拟电压输出AO量程控制

   拉高DAC_Range_Select，则模拟电压输出量程为±5Vpp

   拉低DAC_Range_Select，则模拟电压输出量程为±10Vpp

   控制DAC量程的IO引脚，可以将其拖拽到PG-785xR对应的FPGA终端下面，如图12所示。

图12：PG-785xR板卡AO输出量程控制引脚位于FPGA终端下的EIO节点

6、用户LED灯控制（共阳模式，低电平点亮）

    8路用户LED对应的FPGA引脚对应LabVIEW FPGA环境下的EIO节点，如图13所示。

图13：PG-785xR板卡用户LED引脚位于FPGA终端下的EIO节点

7、PG-785xR Demo硬件测试接线实物图

图14(a)：新款三合一PG-785xR板卡通过USB3.0接口与笔记本通信

图14(b)：新款三合一PG-785xR板卡通过Ethernet千兆以太网接口与笔记本通信

图14(c)：新款三合一PG-785xR板卡通过PCIe接口与笔记本通信

图15：三合一PG-785xR板卡Demo实验接线实物图（信号发生器和示波器）

8、PG-785xR软件开发简介

   1）模式1（不推荐）

   直接将785xR当成传统意义上的数据采集卡DAQ，我们提供配套的Windows、Linux驱动，WindowsQT、C++语言和LabVIEW上位机开发例程，如图16所示。图16：PG-785xR板卡配套的上位机开发例程（模式1-不推荐）

   2）模式2（推荐，当成类似NI FPGA R系列板卡自主开发，充分发挥FPGA的优势）

   提醒：关于LabVIEW如何开发任意第三方下位机FPGA芯片程序及其原理和开发过程，可以参考神电测控编写的《LabVIEW FPGA开发宝典》

   a)首先，启动打开LabVIEW软件，如图17所示；然后新建一个空白的LabVIEW项目，如图18所示。

图17：启动LabVIEW软件

图18：新建一个空白的LabVIEW项目

   b)右击LabVIEW项目下的“我的电脑”，选择新建“终端和设备”，如图19所示。

图19：右击新建“终端和设备”

   c)在弹出来的FPGA终端列表中找到K7家族，展开之后，找到里面的“KINTEX7_XC7K325T_2FFG900_PCIe_PG_785xR”这个终端设备，如图20所示。

图20：在设备列表中找到神电测控研发的新款三合一PG-785xR这块板卡

   d)然后展开FPGA终端，可以看到里面同时存在PCIe总线、USB3.0总线和Ethernet千兆以太网总线接口对应的CLIP传输通道，用户只需要通过LabVIEW直接访问这些通道就可以实现上下位机PCIe、USB3.0和Ethernet以太网高速交互、数据传输和通信了，如图21所示。

图21：PG-785xR我们提前封装好了PCIe、USB3.0和Ethernet以太网传输通道

   e)同时，里面还有2个名为PG785x_ADCData和PG785x_DAC Data的CLIP节点，展开可以看到，里面就是16通道的AI和16个通道的AO，如图22所示。

图22(a)：PG-785xR我们提前封装好了16个模拟输入AI通道

图22(b)：PG-785xR我们提前封装好了16个模拟输出AO通道

   f)为了方便初学者入门，这里我们给大家提供了一个针对新款三合一PG-785xR这块板卡出厂的LabVIEW FPGA Demo范例程序，支持连续采集和可重触发采集两种模式，如图23所示。另外，我们提前将用户LED灯、量程控制IO、双向数字DIO等引脚对应的EIO节点和相关的FIFO、Memory放到这个例程里面，供大家参考。

图23：神电测控PG-785xR板卡出厂配套的LabVIEW FPGA Demo范例程序

    g）下面，我们简单验证一下Demo里面的AI采集和AO输出功能（连续采集和可重触发采集）。

    先验证PG-785xR模拟电压采集功能，由于我们的信号发生器产生的信号属于单端信号，所以按照前面的端子接线说明，应该将信号发生器的正极接到模拟接线盒端子的AI+（比如ADC0正极对应的标识是2），负极接到AI-上（比如ADC0负极对应的标识是1），然后将AI-与接线盒的GND（标识是17）短接，如图24所示。如果用户测量的是类似电池这样的被测对象，那么就需要按照差分方式接入，因为电池两端是没有参考地的，二者之间的电压差可以看成是真正意义上的差分信号，那么对于电池这类原始信号，GND是不需要短接的。

图24：将信号发生器输出的单端信号接到PG-785xR配套的模拟接线盒上（AI0通道）

    1）验证通过USB3.0总线接口实现上下位机板卡之间的AI连续与可重触发采集

打开下位机FPGA终端里面的“实验6.2-16通道AD+DA-同步并行-1M-Continue+Triggered-FPGA+USB3.0.vi”这个VI，如图25所示，对应的程序框图，如图26所示；直接点击左上角的运行箭头即可启动编译，然后会自动下载到板卡的FPGA芯片里面运行，同时FPGA VI会进入在线前面板运行模式。

图25：打开下位机FPGA终端里面的实验6.2
（基于USB3.0接口的AI采集FPGA程序前面板）

图26：打开下位机FPGA终端里面的实验6.2
（基于USB3.0接口的AI采集FPGA程序框图）

    然后，打开运行“我的电脑”下面的“实验6.2-16通道ADC+DAC并行同步-真差分+连续+可重触发+USB3.0-PC.vi”上位机程序，如图27所示；根据外部被测信号极性和最大幅值选择合适的量程(785x_ADC_Range_Set)、采样率(分频系数(1uS))、单次读取点数(上位机每次读取的点数)等参数。

下面，验证一下“连续采集”方式。

先按下点亮前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），此时，可以看到上位机前面板左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如图28所示；这是因为，我们在接线盒对应的AI0通道上接入了一个单端Sine信号，该信号频率为10KHz，峰峰值为±5V，如图29所示；将这个波形放大之后，可以看到里面每个周期的量化点数正好是100个点，因为PG-785xR模拟电压最大采样率是1MS/s（默认分频系数为199，200MHz进行分频得到1MS/s=200MHz/(199+1)），除以10KHz，正好就是100个点。由于ADC分辨率是有符号18位，也就是I18。另外前面板上的“采样率(Byte/S)”显示控件里面显示的数据吞吐率在64MB/s波动，因为我们16个通道同时按照1MS/s并行采集，每个通道上传的时候用的U32类型，所以一共就是16×4Bytes×1MS/s=64MB/s。

图27：打开LabVIEW项目里面“我的电脑”下的上位机实验2.6
（通过USB3.0上传FPGA采集的模拟电压信号）上位机程序

图28：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过USB3.0总线连续采集传输）

图29：因为信号发生器实际产生的正弦信号频率是10KHz（单端信号）

接着，验证一下“指定点数的可重触发采集”方式。

先熄灭前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，在“可重触发点数”输入控件里面填写需要触发采集的点数，按下点亮右侧的“触发模式读取”按钮，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），此时，可以看到上位机前面板“循环间隔s”显示控件里面的时间间隔差不多是1s说明，说明读取超时了，同时前面板上的“ReadPipe”显示控件出现了“FT_TIMEOUT”，说明上位机没有读到下位机FPGA采集的数据，此时，我们可以按压一下FPGA板卡上的KEY1按键，因为我们在下位机FPGA VI程序里面通过这个按键来模拟外部触发脉冲，实际应用中，大家可以直接将外面实际的触发脉冲信号通过SCSI DIO接口接进来即可，然后将FPGA VI程序里面的按键引脚改成实际接的DIO引脚，再重新编译下载一下即可。

每按压一次KEY1按键，左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如果大家将所有分段读取的波形数据进行前后拼接的话，应该就是指定采集的点数，如图30所示。

图30：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过USB3.0总线可重触发采集传输）

    2）验证通过Ethernet千兆以太网总线接口实现上下位机板卡之间的AI连续与可重触发采集

打开下位机FPGA终端里面的“实验6.3-16通道AD+DA-同步并行-1M-Continue+Triggered-FPGA+Ethernet.vi”这个VI，如图31所示，对应的程序框图，如图32所示；直接点击左上角的运行箭头即可启动编译，然后会自动下载到板卡的FPGA芯片里面运行，同时FPGA VI会进入在线前面板运行模式。

图31：打开下位机FPGA终端里面的实验6.3
（基于Ethernet千兆以太网接口的AI采集FPGA程序前面板）

图32：打开下位机FPGA终端里面的实验6.3
（基于Ethernet千兆以太网接口的AI采集FPGA程序框图）

    然后，打开运行“我的电脑”下面的“实验6.3-16通道ADC+DAC并行同步-真差分+连续+可重触发+千兆以太网UDP-PC.vi”上位机程序，如图33所示；根据外部被测信号极性和最大幅值选择合适的量程(785x_ADC_Range_Set)、采样率(分频系数(1uS))、单次读取点数(UDP数据包长度(≤1500))等参数。

下面，验证一下“连续采集”方式。

先按下点亮前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），此时，可以看到上位机前面板左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如图34所示；这是因为，我们在接线盒对应的AI0通道上接入了一个单端Sine信号，该信号频率为10KHz，峰峰值为±5V；将这个波形放大之后，可以看到里面每个周期的量化点数正好是100个点，因为PG-785xR模拟电压最大采样率是1MS/s（默认分频系数为199，200MHz进行分频得到1MS/s=200MHz/(199+1)），除以10KHz，正好就是100个点。由于ADC分辨率是有符号18位，也就是I18。

另外，由于我们16个通道同时按照1MS/s并行采集，每个通道上传的时候用的U32类型，所以一共就是16×4Bytes×1MS/s=64MB/s，此时，打开任务管理器里面的网卡性能展示框，可以看到上行吞吐率差不多在532Mbps波动，与预期相符。

图33：打开LabVIEW项目里面“我的电脑”下的上位机实验6.3
（通过Ethernet千兆以太网上传FPGA采集的模拟电压信号）上位机程序

图34：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过Ethernet千兆以太网总线连续采集传输）

接着，验证一下“指定点数的可重触发采集”方式。

先熄灭前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，在“可重触发点数”输入控件里面填写需要触发采集的点数，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），可以看到上位机没有读到下位机FPGA采集的数据；此时，用户可以按压一下FPGA板卡上的KEY1按键，因为我们在下位机FPGA VI程序里面通过这个按键来模拟外部触发脉冲，实际应用中，大家可以直接将外面实际的触发脉冲信号通过SCSI DIO接口接进来即可，然后将FPGA VI程序里面的按键引脚改成实际接的DIO引脚，再重新编译下载一下即可。

每按压一次KEY1按键，左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如果大家将所有分段读取的波形数据进行前后拼接的话，应该就是指定采集的点数，如图35所示。

图35：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过Ethernet千兆以太网总线可重触发采集传输）

    3）验证通过PCIe总线接口实现上下位机板卡之间的AI连续与可重触发采集

打开下位机FPGA终端里面的“实验6.1-16通道AD+DA-同步并行-1M-Continue+Triggered-FPGA+PCIe-PXIe.vi”这个VI，如图36所示，对应的程序框图，如图37所示；直接点击左上角的运行箭头即可启动编译，然后会自动下载到板卡的FPGA芯片里面运行，同时FPGA VI会进入在线前面板运行模式。

图36：打开下位机FPGA终端里面的实验6.1
（基于PCIe接口的AI采集FPGA程序前面板）

图37：打开下位机FPGA终端里面的实验6.1
（基于PCIe接口的AI采集FPGA程序框图）

    然后，打开运行“我的电脑”下面的“实验6.1-16通道ADC+DAC并行同步-真差分+连续+可重触发+PCIe-PXIe-PC.vi”上位机程序，如图38所示；根据外部被测信号极性和最大幅值选择合适的量程(785x_ADC_Range_Set)、采样率(分频系数(1uS))、单次读取点数等参数。

下面，验证一下“连续采集”方式。

先按下点亮前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），此时，可以看到上位机前面板左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如图39所示；这是因为，我们在接线盒对应的AI0通道上接入了一个单端Sine信号，该信号频率为10KHz，峰峰值为±5V；将这个波形放大之后，可以看到里面每个周期的量化点数正好是100个点，因为PG-785xR模拟电压最大采样率是1MS/s（默认分频系数为199，200MHz进行分频得到1MS/s=200MHz/(199+1)），除以10KHz，正好就是100个点。由于ADC分辨率是有符号18位，也就是I18。另外我们16个通道同时按照1MS/s并行采集，每个通道上传的时候用的U32类型，所以一共就是16×4Bytes×1MS/s=64MB/s，这个对于PCIe总线来说，小case。

图38：打开LabVIEW项目里面“我的电脑”下的上位机实验6.1
（通过PCIe上传FPGA采集的模拟电压信号）上位机程序

图39：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过PCIe总线连续采集传输）

接着，验证一下“指定点数的可重触发采集”方式。

先熄灭前面板的“连续采集/可重触发采集”按钮，在“可重触发点数”输入控件里面填写需要触发采集的点数，然后点击前面板上的“Send”发送开始采集指令和参数给FPGA板卡（PG-785xR），可以看到上位机前面板上的“内存池”并没有任何数据，说明上位机没有读到下位机FPGA采集的数据；此时，我们可以按压一下FPGA板卡上的KEY1按键，因为我们在下位机FPGA VI程序里面通过这个按键来模拟外部触发脉冲，实际应用中，大家可以直接将外面实际的触发脉冲信号通过SCSI DIO接口接进来即可，然后将FPGA VI程序里面的按键引脚改成实际接的DIO引脚，再重新编译下载一下即可。

每按压一次KEY1按键，左上角第一个波形图里面出现了正弦波，如果大家将所有分段读取的波形数据进行前后拼接的话，应该就是指定采集的点数，如图40所示。

图40：上位机前面板上实时显示出来PG-785xR板卡当前采集的原始电压波形信号
（通过PCIe总线可重触发采集传输）

    h）最后，验证一下PG-785xR的AO模拟电压输出功能将示波器探头的正极接到模拟接线盒的34号端子上（对应DAC0通道的正极），将示波器探头的负极接到模拟接线盒的18号端子上（GND引脚），如图41所示。注意，其中模拟接线盒上的33号端子悬空不要接，这是因为我们的简易示波器探头是单端的，不是那种差分探头，所以按照前面的模拟电压输出接线方法，这里AO应该按照单端方式去接；如果大家手头有专用的差分探头，可以直接将差分探头正负极分别接到接线盒的正负极上，那么GND就不需要了。

图41：将PG-785xR板卡的模拟电压输出通道0接到示波器上（单端方式观察）

    打开下位机FPGA终端里面的“实验3-16通道16位DAC-任意波形发生器AWG-真差分-同步并行输出-FPGA.vi”这个FPGA VI，如图42所示，对应的FPGA程序框图，如图43所示；直接点击左上角的运行箭头即可启动编译，然后会自动下载到板卡的FPGA芯片里面运行，同时FPGA VI会自动进入在线前面板运行模式。

图42：打开下位机FPGA终端里面的实验3（FPGA模拟电压输出前面板）

图43：打开下位机FPGA终端里面的实验3（FPGA模拟电压输出程序框图）

    然后，打开运行“我的电脑”下面的“实验3-PCIe_DMA_16位ADC-16通道并行同步输出-真差分-PC.vi”上位机程序，如图44所示；设置好任意波形参数之后，点击前面板上的“发送参数和指令”按钮，将上位机的AWG波形数据下发给FPGA板卡（PG-785xR），如图45所示，此时，示波器上出现了一个频率为2KHz、峰峰值为±5V的Sine正弦信号，如图46所示；这是因为，上位机生成的正弦信号和三角波信号点数是500，PG-785xR板卡的AO更新率是1MS/s，所以1M/500正好就是2KHz。

图44：打开LabVIEW项目下的实验3（模拟电压AO输出）上位机程序

图45：将上位机AWG任意波形数据下发给FPGA板卡（PG-785xR）

图46(a)：PG-785xR实际生成的Sine正弦信号

图46(b)：示波器上实际观察到的PG-785xR生成的Sine信号频率为2KHz，±5V峰峰值

更多详细内容也可以观看视频演示，B站视频链接如下：

https://b23.tv/d5WUZUQ