在工業(yè)控制應(yīng)用、特別是要求閉環(huán)控制的實(shí)時(shí)應(yīng)用中，通常都需要實(shí)時(shí)采集模擬信號(hào)。因此作為一款面向?qū)崟r(shí)控制應(yīng)用的工控主板EM9380，配置了最多可達(dá)8路的AD轉(zhuǎn)換單元。為了實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的高效操作，AD轉(zhuǎn)換是由板上獨(dú)立運(yùn)行的硬件協(xié)處理器（Cortex-M3）來直接操作。應(yīng)用程序通過驅(qū)動(dòng)程序，其設(shè)備文件名為“MCU2:”，來操作AD的功能。在標(biāo)準(zhǔn)配置的EM9380中，其AD單元的基本技術(shù)特性包括：

? 單端輸入采集，可進(jìn)一步選擇單通道、雙通道、4通道及8通道模式。
?差分輸入采集，可進(jìn)一步選擇單通道、雙通道及4通道模式。
? 采集觸發(fā)模式方面，支持軟件觸發(fā)和閾值觸發(fā)兩種模式。軟件觸發(fā)指一旦應(yīng)用程序調(diào)用相關(guān)API函數(shù)，即進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；而閾值觸發(fā)模式是指當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)AD采集后，

只有當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)超出所設(shè)置的門限閾值時(shí)，才開始采集數(shù)據(jù)，這種模式廣泛應(yīng)用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)及波形捕捉等應(yīng)用。
? 采集數(shù)據(jù)方面，支持單點(diǎn)采集和波形采集兩種模式。單點(diǎn)采集指每個(gè)通道僅采集一個(gè)樣點(diǎn)；而波形采集則是按設(shè)置的采樣間隔，采集一定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)序列，這種模式一般

應(yīng)用于需要分析波形數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，如需要做FFT，獲得波形的頻譜特征。

本文后續(xù)部分將針對(duì)EM9380的多通道AD在硬件、軟件方面的特性，具體介紹實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的相關(guān)步驟。

AD通道的硬件接口說明

EM9380中與AD關(guān)聯(lián)的管腳是GPIO8 – GPIO15，這8路GPIO在上電時(shí)的缺省配置是數(shù)字輸入模式。只有當(dāng)應(yīng)用程序調(diào)用AD轉(zhuǎn)換的API時(shí)，其相應(yīng)的管腳才會(huì)轉(zhuǎn)換為模擬輸入狀態(tài)。EM9380共支持7種輸入模式，每種模式使用固定的通道配置，未使用的管腳則保持在GPIO模式。輸入模式與具體管腳的關(guān)系列表如下：

單通道單端輸入

雙通道單端輸入

4通道單端輸入

8通道單端輸入

單通道差分輸入

雙通道差分輸入

4通道差分輸入

對(duì)于單端輸入，其輸入滿量程為0 – 2.5V，對(duì)應(yīng)的量化數(shù)據(jù)分別為0 – 4095（12-bit AD分辨率）。差分輸入時(shí)，數(shù)據(jù)值與輸入電壓的關(guān)系如下表所示：

在標(biāo)準(zhǔn)配置下，各AD通道的輸入阻抗大致為40KΩ。為了保證AD轉(zhuǎn)換的精度，建議前端輸入的模擬信號(hào)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際信號(hào)的特點(diǎn)，加入適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理單元。

接口軟件說明

為了操作EM9380的AD采集功能，首先需要打開硬件協(xié)處理器的驅(qū)動(dòng)程序，其設(shè)備文件名為”MCU2:”（注意是MCU2，而不是MCU1）：

#include// 數(shù)據(jù)類型定義
HANDLE hMCU2;
hMCU2 = CreateFile(_T(“MCU2:”), // name of device
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, // desired access
FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE, // sharing mode
NULL, // security attributes (ignored)
OPEN_EXISTING, // creation disposition
FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS, // flags/attributes
NULL); // template file (ignored)

驅(qū)動(dòng)程序MCU2通過DeviceIoControl，支持以下AD采集命令：

MCU_GENERIC_ADC_SE1 // 單端輸入，單通道模式
MCU_GENERIC_ADC_SE2 // 單端輸入，雙通道模式
MCU_GENERIC_ADC_SE4 // 單端輸入，4通道模式
MCU_GENERIC_ADC_SE8 // 單端輸入，8通道模式
MCU_GENERIC_ADC_DI1 // 差分輸入，單通道模式
MCU_GENERIC_ADC_DI2 // 差分輸入，雙通道模式
MCU_GENERIC_ADC_DI4 // 差分輸入，4通道模式

同時(shí)以上命令需通過以下的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來設(shè)置相關(guān)參數(shù)：

typedef struct
{
BYTE ucSize; // 本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 = 24字節(jié)
BYTE ucCmd; // AD命令碼：MCU_GENERIC_ADC_XXX
DWORD dwPeriod; // 采樣間隔，單位為us，= 0：軟件觸發(fā)
WORD wData[8]; // 返回的采集數(shù)據(jù)
bool bFlashed; // 保存本配置作為啟動(dòng)缺省功能
BYTE ucChkSum; // 校驗(yàn)和
} MCU_ADC_INFO, *PMCU_ADC_INFO; // struct for ADC

參數(shù)dwPeriod為采樣間隔，設(shè)置為0表示軟件觸發(fā)數(shù)據(jù)采集，不為0，則按設(shè)置的采樣間隔進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。最短采樣間隔為25us，即最高采樣率40Ksps。注意若啟動(dòng)多通道數(shù)據(jù)采集，則每通道的采樣周期為dwPeriod×通道數(shù)。

當(dāng)dwPeriod不為零時(shí)，wData[ ]的前三個(gè)值將作為輸入?yún)?shù)，其中wData[0]表示采集的總樣點(diǎn)數(shù)，wData[1]表示閾值窗口的上限值（最大值=4095），wData[2]表示閾值窗口的下限值（最小值=0）。通過這些參數(shù)的合理邏輯組合，就可實(shí)現(xiàn)以下4種數(shù)據(jù)形式的采集：

對(duì)單點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，MCU2驅(qū)動(dòng)將以MCU_ADC_INFO數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式回傳采集結(jié)果，其中采集數(shù)據(jù)包含在wData[ ]中，分別對(duì)應(yīng)AD的CH0 – CH7。wData的數(shù)據(jù)格式為：

對(duì)波形采集，為了提高效率，回傳的數(shù)據(jù)采用以下數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式：
typedef struct
{
BYTE ucSize; // 本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)大小 = 51字節(jié)
BYTE ucCmd; // AD命令碼：MCU_GENERIC_ADC_XXX
WORD wData[24]; // 返回的采集數(shù)據(jù)
BYTE ucChkSum; // 校驗(yàn)和
} MCU_ADC_FLOW, *PMCU_ADC_FLOW; // struct for ADC

24個(gè)采集數(shù)據(jù)將根據(jù)AD采集命令所使用的通道數(shù)，順序循環(huán)排列。而每個(gè)數(shù)據(jù)的格式與單點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的格式是一樣的。

以下代碼實(shí)現(xiàn)單端輸入8通道，軟件觸發(fā)單點(diǎn)采集：
MCU_ADC_INFO Info; //定義結(jié)構(gòu)對(duì)象
memset（&Info, 0, sizeof（MCU_ADC_INFO））；//清零
//填寫所需的參數(shù)
Info.ucSize = sizeof（MCU_ADC_INFO）;
Info.ucCmd = MCU_GENERIC_ADC_SE8; //單端8通道輸入
Info.dwPeriod = 0; //軟件觸發(fā)，單點(diǎn)采集
// 生成chksum字節(jié)
Info.ucChkSum = ChkSum（&Info, sizeof（MCU_ADC_INFO）-1）;
// 調(diào)用DeviceIoControl
if (!DeviceIoControl(hMCU2, // File handle to the driver
MCU_IOCTL_ACCESS, // I/O control code
&Info, // input buffer
sizeof(MCU_ADC_INFO), // in buffer size
&Info, // out buffer
sizeof(MCU_ADC_INFO), // out buffer size
NULL, // pointer to number of bytes returned
NULL)) // ignored (=NULL)
{
// 出錯(cuò)處理......
return FALSE;
}
// 對(duì)采集的數(shù)據(jù)Info.wData[]進(jìn)行處理......