從教學到研究:專業級「口袋實驗室」Digilent 全系列規格解析

從基礎電路入門到高階專題研究,完美無縫接軌

在現代電子工程教育中,讓學生擁有充裕的實作時間是提升學習成效的關鍵。Digilent專為教育機構與學術研究打造了全新Analog Discovery 3 (AD3) 口袋型量測實驗室,以及Analog Discovery Pro (ADP2440 / ADP2450) 專業級混合訊號示波器。

全系列以極具教育預算效益的價格,將示波器、波形產生器、邏輯分析儀與可變電源等超過10種儀器整合於單一設備。無論是課堂上的即時教學演示,或是研究所的複雜系統驗證,Digilent都能為教育者提供最靈活、強大且易於維護的解決方案。

從基礎電路入門到高階專題研究,完美無縫接軌

在現代電子工程教育中,讓學生擁有充裕的實作時間是提升學習成效的關鍵。Digilent專為教育機構與學術研究打造了全新Analog Discovery 3 (AD3) 口袋型量測實驗室,以及Analog Discovery Pro (ADP2440 / ADP2450) 專業級混合訊號示波器。

全系列以極具教育預算效益的價格,將示波器、波形產生器、邏輯分析儀與可變電源等超過10種儀器整合於單一設備。無論是課堂上的即時教學演示,或是研究所的複雜系統驗證,Digilent都能為教育者提供最靈活、強大且易於維護的解決方案。

 

 

Analog Discovery 3是一台精巧到能放進口袋的多功能量測設備,能將學生的個人電腦瞬間轉換為功能強大的電子實驗室。它極致便攜,卻內建了示波器、波形產生器、邏輯分析儀與可變電源等多種核心工具,讓學生隨時隨地都能進行電路接線與驗證。

Analog Discovery 3 (AD3)
— 學生專屬的口袋實驗室

便攜的高解析度量測

提供 2 個差分類比輸入通道(14-bit, 125 MS/s),基礎頻寬 9 MHz,搭配專屬 BNC 轉接板可大幅提升至 30+ MHz。

雙通道波形產生器 (AWG)

內建2組14-bit的任意波形產生器,除了輸出標準波形,還能輕鬆進行進階調變 (AM/FM) 實驗,或是模擬雙聲道音訊訊號。

內建可變電源供應

只需單一 USB Type-C 供電,即可提供 ±0.5~5 V(最大 800 mA)的電源輸出,不需額外攜帶電源供應器。

進階硬體濾波與控制

支援 FIR 濾波器(有效降低高頻雜訊)與 PID 控制器,方便進行閉迴路控制等進階應用開發。

 

Analog Discovery Pro 2440 (ADP2440) 與ADP2450混合訊號示波器,以精巧的規格與高性價比,提供專業級的量測效能。它完美結合了類比與數位訊號擷取、通訊協定解碼與訊號生成,協助工程師與研究人員在單一設備上應對嚴苛的系統除錯挑戰。

Analog Discovery Pro 2400 系列

高速高頻寬精密量測

提供 4 個標準 BNC 類比輸入通道,具備 100+ MHz (ADP2440) 或 200+ MHz (ADP2450) 的頻寬,輕鬆處理高速數位介面。

真·混合訊號除錯與解碼

除類比通道外,更內建 16 個數位 I/O 通道與 1 組 15 MHz 函數產生器,可在單一螢幕中同步執行 SPI、I2C、UART 協定分析。

Dual Mode 雙機同步教學

支援兩台 ADP 裝置同步連線,系統自動進行相位調整,瞬間擴充為 8 個類比輸入與 32 個數位 I/O,是多點量測教學的利器。

512 MB 超深度緩衝記憶體

搭配硬體加速分段擷取技術,連續觸發抓取延遲僅 1 µS,確保關鍵的瞬態異常波形絕對不漏接。

型號選型指南

AD3 (便攜版)

  • 類比通道數: 2 通道 (差分輸入)
  • 垂直解析度: 14 位元
  • 類比頻寬: 9 MHz (搭配轉接板達 30+ MHz)
  • 最高取樣率: 125 MS/s
  • 數位 I/O 通道: 16 通道
  • 任意波形產生器: 2 通道 (9 MHz)
  • 內建可變電源輸出: ± 0.5~5 V (800 mA)
  • 雙機同步擴充: 不支援

ADP2440 (精準版)

  • 類比通道數: 4 通道
  • 垂直解析度: 12 位元
  • 類比頻寬: 100+ MHz
  • 最高取樣率: 600 MS/s
  • 數位 I/O 通道: 16 通道
  • 任意波形產生器: 1 通道 (15 MHz)
  • 內建可變電源輸出: 無
  • 雙機同步擴充: 支援

ADP2450 (高速版)

  • 類比通道數: 4 通道
  • 垂直解析度: 8 位元
  • 類比頻寬: 200+ MHz
  • 最高取樣率: 1 GS/s
  • 數位 I/O 通道: 16 通道
  • 任意波形產生器: 1 通道 (15 MHz)
  • 內建可變電源輸出: 無
  • 雙機同步擴充: 支援

註:全系列皆相容WaveForms軟體功能,並具備最高 ±25 V輸入範圍。其中 ADP 2400系列具 10種硬體輸入檔位,滿足極致精準的量測需求。

 

軟體生態與應用場景

多項儀器功能整合於WaveForms
可變電源控制 (AD3專屬)

直接於 WaveForms 軟體中靈活調整輸出電壓為外部電路供電,完全不需依賴額外的笨重電源供應器。

頻譜分析儀 (Spectrum)

支援 FFT 與各種視窗函數,輕鬆量測 SNR、THD、諧波失真,讓抽象的訊號處理與傅立葉變換完全視覺化。

網路與波德圖分析儀

自動結合 AWG 訊號源與類比輸入,一鍵自動繪製出精密電路的振幅與相位響應波德圖 (Bode Plot)。

阻抗分析儀

整合測試流程,自動分析未知電路與電子元件的電容、電感與阻抗隨頻率變化的響應曲線。

資料紀錄器與電壓錶

適合長時間、低頻率的精密數據收集,如感測器環境監控、綠能測試或電池充放電特性追蹤。

強大的自動化整合開發

除軟體介面外,全面支援 LabVIEW Toolkit 以及 WaveForms SDK,能以 Python、C/C++、MATLAB 輕鬆撰寫自動化腳本。

透過WaveForms軟體,學生與研究人員能在單一裝置上實現強大的迴路測試 (Loopback Testing)。 例如,使用AD3的雙通道AWG產生掃頻訊號或複雜調變輸入回示波器,即時比較不同硬體濾波器的頻率響應;或是利用ADP的高速數位I/O,透過腳本控制自動生成UART或SPI訊號,並由另一組數位腳位同步擷取解碼,完全不需外接微控制器 (MCU) 即可完成通訊協定的驗證與教學。

透過強大的 WaveForms 軟體,學生與研究人員能在單一設備上實現完整的迴路測試。例如:使用 AWG 產生掃頻訊號回示波器,即時觀測不同硬體濾波器的特性;或是利用高速數位 I/O 透過腳本自動生成 UART 或 SPI 訊號,再由另一組數位腳位同步擷取解碼。完全不需外接微控制器 (MCU) 即可獨立完成通訊協定的驗證與展示教學!

靈活的混合訊號驗證工作流程 (Loopback Testing)

 

AD3 & ADP2400系列在學術環境中的應用涵蓋廣泛

  • 基礎電路實驗課程 (首選AD3):學生可利用口袋大小的AD3親手操作示波器與邏輯分析儀。其內建的「雙通道波形產生器」與「可變電源」,讓學生在宿舍或遠距學習時,不需外部設備即可獨立驅動並驗證電路行為。
  • 訊號處理教學:透過頻譜分析儀與FFT功能,讓學生在實驗中將抽象的傅立葉變換與濾波器特性視覺化。
  • 通訊協定驗證:內建的SPI、I2C、UART解碼,讓微處理器與嵌入式系統課程的協定驗證變得輕鬆直覺。
  • 高階研究專案與論文 (首選ADP):面對高速訊號,ADP提供高達1 GS/s取樣率與512 MB深度記憶體,並支援LabVIEW Toolkit與SDK (Python/C++),讓研究生能快速建立可重複執行的複雜自動化量測與資料分析流程。
  • 跨系科合作:透過友善的WaveForms操作介面與強大的擴充模組,跨系科學生亦能快速上手進行實驗。

 

教學與研究中的AD3 & ADP應用場景

誰適合使用Analog Discovery?

  • 大專學生與教育初學者 (適合AD3)
    在課堂實驗與專題製作中,AD3提供極致便攜且經濟實惠的專業級量測工具。學生可將整間實驗室放進背包,加速學習基礎電路設計、訊號處理與電子學知識的過程。
  • 研究生與嵌入式系統開發者 (適合ADP)
    在複雜的論文研究或硬體原型驗證中,需要同時觀測微控制器的類比訊號輸出,並驗證感測器的高速數位通訊時序。ADP的真混合訊號能力與大頻寬可大幅縮短開發與驗證週期。
  • 教授與教學人員:
    用一套WaveForms軟體與裝置即可進行多種現場教學示範,從基礎示波器觀測到進階的頻譜分析與通訊協定解碼,提升學生的理解與參與度,同時大幅降低實驗室設備的採購與維護成本。
  • 現場工程師與客戶支援:
    AD3以口袋型設計提供快速的現場診斷;ADP則在有限的現場環境中,提供了不亞於傳統工作台的實驗室等級高階量測能力。

Nexys A7 FPGA 提高學生對數位系統課程的參與度

在 Digilent,我們很榮幸能夠支持世界各地的教育工作者和學生將數位設計理念變為現實。最近的一個例子是土耳其伊斯坦布爾的葉迪特佩大學 (Yeditepe University),Nexys A7-100T FPGA 開發板在電腦工程專業學生的實踐學習中發揮著關鍵作用。

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彌合模擬與現實之間的差距

在 CSE224:數位系統入門課程中,葉迪特佩大學的學生將學習數位邏輯和硬體設計的基礎知識。為了加深學生的理解,學校將 Nexys A7-100T 集成到實驗環節中。助教將開發板帶入課堂,讓學生直接在真實硬體上測試他們的 Verilog 或 VHDL 代碼。

這種方法產生了深遠的影響。正如該校助教埃金·于斯廷達(Ekin Üstündağ)所解釋的那樣:

“最終,學生們能夠看到模擬和實際應用之間的區別。他們的代碼有時在 Nexys A7-100T 上無法按預期運行。他們能夠瞭解到自己做錯了什麼,或者代碼中存在哪些缺陷。”

這種即時回饋迴圈對於説明學生掌握硬體行為的細微差別非常有價值,而單靠模擬往往無法傳達這一點。

無縫過渡和可擴展訪問

葉迪特佩大學之前使用的是 Nexys 4 主機板,目前已順利過渡到 Nexys A7-100T。兩個平臺之間的相容性和一致性使該大學能夠在不影響課程的情況下擴展硬體可用性。

“我們很高興能將新產品的硬體分發給每位元學生。尤其值得一提的是,它們與我們之前使用的 Nexys4 沒有任何區別。”

這種可擴展性確保每個學生都有機會直接接觸硬體,從而營造更具包容性和有效性的學習環境。

為什麼選擇 Nexys A7

Nexys A7-100T 後來被 Nexys A7 取代,後者繼續提供相同的教育價值和強大的功能集。

Nexys A7 仍然是學術環境的絕佳選擇,這得益於:

  • 豐富的板載外設
  • 全面支持 AMD Vivado 設計套件,包括免費標準版
  • 豐富的文檔和社區支持
  • 在數位設計教育中被證明是有效的

您可以在 Digilent Nexys A7 商品頁面上瞭解有關當前主機板的更多資訊。

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激勵下一代工程師

葉迪特佩大學對 Nexys A7-100T 的使用,充分體現了硬體實踐經驗如何提升工程教育。通過超越模擬,深入實際測試,學生們對數位系統有了更深入、更實用的理解,為他們未來在嵌入式系統、硬體設計等領域的職業發展奠定了基礎。

透過 Digilent 模擬探索工作室專業電子學教育

倫敦大學皇家霍洛威學院電子工程系致力於提升其大學部實驗室經驗的效率與成效。

透過將 Digilent 模擬探索工作室(Analog Discovery Studio,簡稱 ADS)整合進課程中,該系希望為學生提供一個靈活、高效且具成本效益的實作學習平台。

皇家霍洛威大學 皇家霍洛威大學是一所享有盛譽的學府,以尖端的研究和高品質的教育著稱。電子工程系致力於為學生提供在電子領域中所需的實務技能和理論知識,幫助他們在此領域中脫穎而出。

挑戰 該系面臨傳統實驗室設置的挑戰,這些設置通常需要使用多種獨立的儀器。這些儀器的配置和操作耗時,且由於儀器數量有限,學生的使用機會受到限制,進而影響到實驗的進行。

Digilent 解決方案 為了解決這些挑戰,該系選擇了 Digilent 模擬探索工作室(ADS)。ADS 提供一套全面的儀器組合,包括示波器、波形產生器、邏輯分析儀等,所有設備都整合在一個緊湊的裝置中。該系於 2023 年向 Farnell 訂購了 25 台 ADS

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主要優點
提升學習體驗:直觀的 Waveforms 軟體讓學生輕鬆設置實驗、擷取數據並分析結果。軟體的互動性增強了學習體驗,能提供即時回饋並視覺化訊號。這種實作學習方式有助於學生對電子學概念和原理的深入理解。
提高效率:ADS 的一體化設計消除了對多種儀器的需求,簡化了實驗室工作流程,並最大化學生的生產力。
成本效益:Digilent 模擬探索工作室提供一套全面的儀器組合,價格僅為傳統工作台設備的一小部分。傳統設置的示波器、波形產生器和其他儀器每個工作站的成本可能高達數千美元,而 ADS 則提供一個具成本效益的解決方案,使學校能夠為更多學生提供最先進的工具。
彈性高:模擬探索工作室是一個高度靈活的工具,適用於各種應用,適合用於大學部及研究所的教育。其緊湊的設計和可攜性讓學生能將其帶回家進行進一步的實驗與學習。

顧客見證
“Digilent
模擬探索工作室讓我們的學生能夠快速原型化每週的實驗,並使用簡單易用的工具進行測試。他們可以使用‘Waveforms’軟體來刺激他們的電路,並相較於使用傳統的實驗室設備,更輕鬆地記錄結果。”
– Dr. Steve Alty
,皇家霍洛威大學電子工程系系主任

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透過採用 Digilent 模擬探索工作室,皇家霍洛威大學電子工程系優化了其實驗室體驗,為學生提供了強大的工具,加速學習進程,並為未來在電子工程領域的成功職業生涯做好準備。

 

Customer Testimonial

“The Digilent Analog Discovery Studio enables our students to rapidly prototype their weekly lab experiments and test them with easy-to-use tools. They can use the ‘Waveforms’ software to stimulate their circuits and document the results with relative ease compared to using discrete lab equipment.”

– Dr. Steve Alty, Head of Department, Department of Electronic Engineering, Royal Holloway, University of London.

 

WaveForms 與 NI LabVIEW 在工程教育中的比較

在 Digilent,我們熱衷於為下一代工程師提供支援。我們提供各種教育工具,其中兩個最常與我們的儀器一起使用的工具是 WaveForms 和 NI 的 LabVIEW。不過,你可能會好奇:它們之間有什麼差異,哪一個更適合你的學習旅程?

 

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WaveForms:您進入電子學的起點

將 WaveForms 想像成您進入電子學世界的友善指南。它是一款使用者友善的軟體,與我們的幾款模擬探索儀器(如 Analog Discovery 3 和 Analog Discovery Studio)一同提供。WaveForms 擁有清晰簡潔的介面,非常適合初學者使用。

使用 WaveForms,您可以達成以下目標: • 視覺化電氣信號:輕鬆地實時查看電壓、電流和其他信號波形。 • 實驗基本電路:將您的 Analog Discovery 連接到各種元件,並透過 WaveForms 主動控制它們。 • 進行基本測量:測量電壓、電流、頻率等關鍵電氣參數。 • 精通基礎概念:WaveForms 是一個極佳的工具,能幫助您透過實作探索掌握電子工程的核心概念。

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NI 的 LabVIEW:釋放進階程式設計的強大功能

• 建立自訂應用程式:利用 LabVIEW 豐富的功能庫,打造符合您需求的程式。

• 自動化複雜任務:開發程式來控制儀器、分析數據並自動化重複性流程。

• 與硬體介面整合:NI 的 LabVIEW 能夠無縫整合各種硬體裝置,包括我們的 Analog Discovery 儀器。

• 設計進階專案:LabVIEW 的功能非常適合處理資料擷取、控制系統等進階專案。

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完美搭檔:WaveForms 與 NI 的 LabVIEW

WaveForms 與 NI 的 LabVIEW 針對不同的學習階段,但它們可以完美協作。想像一下,您可以先使用 WaveForms 精通基礎,然後再順利過渡到 LabVIEW,進一步擴展您的知識。您甚至可以將 WaveForms 與 NI 的 LabVIEW 搭配使用,並配合一些 Digilent 儀器,來增強數據流控制並快速實現複雜的處理方案。

無論您處於工程學習旅程的哪個階段,Digilent 都有工具來支援您。從直觀的 WaveForms 開始,隨著技能的增長,探索 NI 的 LabVIEW 的無限潛力。這兩者結合,讓您不僅能夠理解,還能在充滿挑戰的電子學世界中創造!

您可以透過以下連結,獲取有關如何安裝與使用 Digilent WaveForms VIs LabVIEW 套件來控制 Digilent 測試與量測設備的說明:https://digilent.com/reference/test-and-measurement/guides/getting-started-with-labview。

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教育領域中的數據擷取(DAQ)與電子愛好專案介紹

歡迎來到教育數據擷取(DAQ)與電子愛好專案的世界!無論你是工程學學生、資深業界專業人士、好奇的電子愛好者,或是專注的教授,DAQ 都提供了強大的工具包,能夠改變你的學習與探索方式。這篇部落格文章將作為你的綜合指南,提供 DAQ 基本原理的概覽、常用的專案平台,以及其在教育和愛好領域中的廣泛應用。

教育與興趣愛好者常用的 DAQ 平台

在教育和興趣愛好者的 DAQ 專案中,有幾個平台是最受歡迎的:

• Digilent 產品:Digilent 提供一系列專為學習和實驗設計的教育型 DAQ 解決方案。我們的使用者友善工具,如 Analog Discovery 系列和 WaveForms 軟體,提供開放源碼的數據擷取軟體及強大的硬體功能,讓你輕鬆探索進階概念。

• Raspberry Pi:這款緊湊型單板電腦擁有令人印象深刻的處理能力和多功能性,非常適合用於更複雜的教育專案。Raspberry Pi 能與各種感測器和數據擷取軟體無縫整合,促進深入的學習體驗。為了將專業品質的測量產品引入 Raspberry Pi 平台,Measurement Computing(現在是 Digilent 的一部分)開發了一系列 DAQ HATs。這些 HATs 提供與傳統 USB 和以太網 DAQ 產品相似的規格和精度,解析度高達 24 位,取樣率可達 100 kS/s。

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DAQ 在教育中的應用
DAQ 在各級教育中扮演著重要的角色,能夠提升學習體驗:

• 課堂實驗:DAQ 讓教育者能夠將科學原理具象化。試想學生使用 DIY 數據擷取系統 [連結到 Digilent 關於建立 DAQ 系統的參考資料],測量化學反應中的溫度變化,或在不同環境中監控光強度。

• 實驗室練習:DAQ 促進學術實驗室中的即時數據收集與分析。學生可以利用開源的數據擷取硬體,在物理、生命科學或工程實驗室中收集關鍵數據,進一步加深對理論概念的理解。

• 學生專案:從畢業專題到科學展覽,DAQ 讓學生能夠將自己的想法變為現實。學生可以設計並建造自己的實驗,分析收集的數據並得出有意義的結論,讓學習過程更加有趣且富有成就感。

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DAQ 在電子愛好專案中的應用
電子愛好專案的世界因為 DAQ 而充滿無限可能!例如:

• 智慧家居自動化:利用 DAQ 打造屬於自己的智慧家居!設計一個系統,根據環境光線自動調整照明,或依據溫度讀數來控制恆溫器。透過電子愛好專案,你可以創造一個既舒適又高效的生活空間 [智慧家居專案—可能來自 Britt?]。

• 環境監測:成為公民科學家,建造氣象站或污染追蹤器!DAQ 讓你能夠收集寶貴的環境數據,分析趨勢,並深入了解當地環境。

• 機器人技術:利用 DAQ 的強大功能,提升你的機器人專案!整合各種感測器並運用數據記錄功能,精進機器人的運動和行為表現。

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使用 DAQ 在教育與興趣中的優勢
將 DAQ 融入教育與興趣專案中有許多好處:

• 實作學習:DAQ 促進實作學習的方法,讓你能夠透過實際應用來鞏固理論知識。藉由積極操作感測器、數據擷取軟體與硬體,你能更深入理解所學的概念。

• 技能發展:DAQ 專案能有效建立寶貴的技能組合。你將發展電子學技術專業,透過數據解讀來提升分析能力,並在專案過程中獲得解決問題的寶貴經驗。

• 學習與動機:DAQ 讓學習與創客過程充滿興奮與互動。看到專案中真實世界的成果能激發動機,並激發對 STEM 領域更深層的興趣。

開始使用 DAQ
準備開始你的 DAQ 冒險了嗎?以下是如何啟動:

• 選擇合適的平台:選擇 DAQ 平台時,考慮預算、專案目標和當前的技能水平。Raspberry Pi 適用於較複雜的專案,而 Digilent 的教育工具則提供全面且使用者友好的體驗,適合各個學習層級。

• 基本工具與配件:除了選擇的平台,你還需要基本組件,如感測器、麵包板和跳線來連接所有元件。Digilent 也提供入門套件,將基本元件打包,讓你輕鬆上手。

• 資源與教學:DAQ 的世界充滿了豐富的資源!Digilent 提供了大量的參考資料,包括使用者指南、教學和範例專案。眾多線上社群與論壇促進了愛好者與教育者之間的知識分享與問題解決。此外,線上課程也能為有興趣深入探索 DAQ 概念的人提供結構化的學習路徑。

結論
DAQ 為教育與興趣專案開啟了無限可能。透過將理論知識轉化為實際應用,DAQ 促進了實作學習、技能發展,並讓人對 STEM 領域有更深的認識。我們在這篇部落格文章中僅觸及了 DAQ 的表面。

那麼,你準備好投入激發創意的專案,並釋放你的創造力了嗎?擁有正確的工具與資源,你的 DAQ 之旅正等待著你。

 

 

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