英创ETA108波形数据采集模块性能及使用

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

成员	定义 / 输入参数
rate	设置总的采样率，每通道采样率= rate/通道数
count	设置每个AD通道的采样次数　　>0：单次采样　　=0：连续采样
channel	设置需要采样的通道，对应位置1
config	指向AD通道配置的buffer，此参数用于设置ETA108的寄存器，config =NULL时，系统将使用默认配置
config_len	config指向buffer的长度

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：

bit	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
data	1	0	A3	A2	A1	A0	0	0	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0

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)：

bit	15	14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
data	D13	D12	D11	D10	D9	D8	D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0	0	0

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

描述	模拟量输入	数字量输出
满量程范围	4.096V­REF	二进制	十六进制
最小分辨率（LSB）	V­REF/4096
满量程	V­REF-1LSB	1111 1111 1111	FFFF
1/2量程	V­REF/2	1000 0000 0000	8000
1/2量程 - 1 LSB	V­REF/2-1LSB	0111 1111 1111	7FFF
零	0V	0000 0000 0000	0000

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。