ESM335x系列工控主板多通道数据采集方案

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1、综述

　　ETA108是英创公司推出的一款低成本高性能的AD采集模块，相比英创公司的其他数据采集扩展模块，ETA108的一个主要特点是支持硬件周期脉冲触发AD采集，因此ETA108非常适合应用于要求高精度采样间隔的波形数据采集。ETA108波形数据采集模块可广泛应用于多通道波形记录仪、电力谐波分析、故障录波、振动信号分析、瞬态信号采集、通用数据采集等多种应用领域。现ESM335x Linux已支持ETA108数据采集模块。

　　ETA108性能：

　　　　• 8通道单端输入或4通道差分输入

　　　　• 输入量程0~4.096V

　　　　• 每通道具有独立的高阻抗增益放大器(PGA),可实现各种传感器之间的直接接口连接，并支持用户配置通道增益Gain=1/2/4/8)

　　　　• AD转换精度12bit

　　　　• AD最高采样速度100ksps

　　　　• 可选择多种平均操作模式，使输出AD精度达到14bit。其中有快速平均和精确平均两种模式可以选择。快速平均模式：对4，8或16次采样结果做平均，可增加AD分辨率到14bit，快速平均模式适用于输入到PGA的信号比较稳定的情况。精确平均模式：对4，8或16次采样结果做平均，可得到比快速平均模式更精确的采样结果。此模式在输入信号不太稳定的情况下适用。

　　使用4次平均模式总采样速率不得高于20ksps，使用8次平均模式总采样速率不得高于10ksps，使用16次平均模式采样速率不得高于5ksps。当用户采用默认设置进行采样时，我们的驱动会根据用户设置的采样速度进行设置，使用能够达到的最高平均模式以提高采样精度。用户也可自行设置。

　　关于ETA108更详细的参数以及设置方法请参考《ETA108数据采集模块应用手册》（Linux）。

2、应用程序接口

1、驱动程序

　　在使用ETA108之前，需要在系统中先加载ETA108的驱动程序。我们提供eta108.ko驱动模块，用户使用insmod   /(目录)/eta108.ko 命令就可以加载驱动。

　　为了实现ETA108的高速数据采集，在其驱动程序中，充分利用了ESM335x的高性能DMA技术，从而保证了ETA108与ESM335x主板之间仅靠简单的4线制SPI接口就实现了硬件连接，同时，DMA技术的引入，也将数据采集对系统性能的影响降到最低。考虑到实际应用，ESM335x ETA108驱动程序支持单次采样模式和连续采样模式，两种模式下驱动每采集到512个点的数据（1kB数据大小）或者采样结束就会通知用户程序，建议应用程序中select函数和read函数一起使用尽快读出数据，以避免驱动维护大量的数据缓存。

连续采样处理流程

　　驱动程序中进行设置的eta108_config结构体。

　　eta108_config结构体是ETA108的配置数据结构体，包含了采样率，采样长度，采样通道设置，通道寄存器配置等参数。其定义如下：

　　struct eta108_config

　　{

　　    unsigned int rate;

　　    unsigned int count;

　　    unsigned int channel;

　　    void *config;

　　    unsigned int config_len;

　　};

　　在我们提供的驱动程序中，eta108_config结构体即可用为函数的输入参考，其结构体成员含义说明如下：

　　ADS_CONFIG结构体定义

　　ETA108单通道采样时采样速度可以达到100ksps，如果多通道采样，由于内部通道转换需要时间，最高只能达到50ksps，rate设置需要满足此限制。channel的低8bit（bit0～bit7）依次对应AD通道0～通道7，如果要采集某个通道的数据，需要将其对应的位置为1。比如要采集通道0、通道1和通道7的数据，则应设置channel=0x83；差分模式下只需设置差分通道中的一个通道的对应位为1，比如通道0、通道1在差分模式下工作，只需将0通道位置1，设置channel=0x1。

　　2、ETA108驱动输入输出数据格式：

　　用户可以对ETA108的进行设置以改变ETA108工作模式，eta108_config中config指向的buffer格式为：

寄存器写

　　允许的设置及其意义详见《ETA108数据采集模块应用手册》（Linux）。

　　读取采样数据的格式如下(unsigned short)：

ETA108转换结果

　　其中第0、1位总是0，第2、3位为平均模式下增加的2位分辨率，如没有采用平均模式则此两位为0，第3-15位为12bit的AD数据。多通道采样模式下，应用程序从驱动中读得的AD数据是按通道依次存放的，低通道在前，比如应用程序同时连续采集CH1,CH2,CH5三个通道，read（）函数读得的AD数据存放为CH1、CH2、CH5、CH1、CH2、CH5、CH1………，每个通道16bit。

　　ETA108的量程为0~4.096V，则可得D13~D2这12bit的数据对应的转换关系如下表，用户可据此换算数值：

　　理想情况下的AD转换结果

　　3、接口函数

　　1)　加载设备驱动：

　　#：insmod  /(目录)/eta108.ko

　　会自动创建设备文件 /dev/eta108

　　2)　打开设备文件-open：

　　int fd = open ( "/dev/eta108", O_RDWR, S_IRUSR | S_IWUSR );

　　3)　设置采样参数-write：

　　struct eta108_config transfer;

    memset ( &transfer, 0, sizeof(transfer) );

    transfer.rate = 100000; //采样速率

    transfer.channel = 0x1; //采样通道

    transfer.count = 10000; //每通道采样次数

    //自定义设置，此处为0通道设置GPA放大2倍，设置为NULL时采用默认设置

    unsigned short cmd[1] = {0x8004};

    transfer.config_len = 2; //2字节

    transfer.config = cmd;

    if(write ( fd, &transfer, sizeof(transfer) )<0)

    {

        printf ( "WRONG!!!!!!!!!!!!!!!!n" );

        exit ( 1 );

    }

　　4)　启动采样：

　　if(ioctl ( fd, ETA108_START, &transfer )<0)

    {

        printf ( "START WRONG!!!!!!!!!!!!!!!!n" );

        exit ( 1 );

    }

　　5)　停止采样：

　　if(ioctl ( fd, ETA108_STOP, &transfer )<0)

    {

        printf ( "STOP WRONG!!!!!!!!!!!!!!!!n" );

        exit ( 1 );

    }

　　6)　读取采样数据-read：

　　驱动内部每采集512个点（1kB）的数据或者采样结束就会通过select函数通知应用程序，建议应用程序中尽快读出数据，进行存储或者计算，read函数返回实际读取的字节数。

　　int count_in_byte = 0;

    int read_count=0;

    char read_buf[transfer.count*2*1]; // 1个通道，每个数据2个字节

    char *real_read = read_buf;

    for ( i=0; count_in_byte

    {

        FD_ZERO(&fdRead);

        FD_SET(fd,&fdRead);

        atime.tv_sec = 2;

        aTime.tv_usec = 0;

        ret = select ( fd+1, &fdRead, NULL, NULL, &aTime );

        if ( ret<0 )

            printf( "select, something wrong!n " );

        if ( ret>0 )

        {

            if ( FD_ISSET(fd, &fdRead) )

            {

                read_count = read(fd, real_read, 1024);

                if ( read_count<0 )

                {

                    printf ( "READ WRONG!!!!!!!!!!!!!!!!n" );

                    exit ( 1 );

                }

                real_read += read_count;

                count_in_byte += read_count;

            }

        }

    }

　　7)　关闭设备文件：

　　close ( fd );

　　用户如需使用ETA108数据采集模块，请和我们联系。

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