ETA104数采模块支持多种模拟信号输入方式

 2018-6-6     作者:朱贤武         
文章标签:数据采集(AD)

  ETA104模拟数据采集模块(下文简称:ETA104模块)是基于英创公司SBC840工控应用底板、符合DM5028标准应用扩展模块。ETA104模块上的模数转换功能,采用ADS7871模拟信号转换芯片,占用ESMARC工控主板的SPI总线进行通讯,最高可实现48K的数据转换率,最大支持8路14bit模拟信号转换。同时ETA104模块集成了2路RS485,3路RS232通讯总线。


  通过配置ETA104模块的模拟转换芯片的控制寄存器,可实现8路单极性信号采集,或者4路单分信号采集,或者差分/单极性混合模式采集。短接ETA104模块上的跳线器,还可以实现输入信号为4~20mA电流信号采集。


  ETA104模块的模拟信号输入端是CN3,采用IDC20、2.54mm间距双排插针,如下图所示:


ETA104数采模块支持多种模拟信号输入方式.png


  模拟输入端口信号定义与说明:


信号引脚信号
Ain1,模拟信号输入端112GND
Ain2,模拟信号输入端234GND
Ain3,模拟信号输入端356GND
Ain4,模拟信号输入端478GND
Ain5,模拟信号输入端5910GND
Ain6,模拟信号输入端61112GND
Ain7,模拟信号输入端71314GND
Ain8,模拟信号输入端81516GND
GND,公共地1718GND
GND,公共地1920GND


  信号输入连接方法:

  ● 8路单极性信号输入:

    Ain1~Ain8可作为8路独立的单极性模拟信号输入,它们均以GND作为参考地平面。输入信号电压范围是:+(0~2.5V)

  ● 4路差分信号输入:

    Ain1-Ain2,Ain3-Ain4,Ain5-Ain6,Ain7-Ain8分别构成4路差分信号输入。输入信号电压范围是: (-2.5V)~ (+2.5V)

  ● 混合模式输入:

    输入端口中,也可以使用差分信号输入端的任意一对或多对实现差分信号输入,其余端口仍可以用作单极性信号输入。该输入方式的输入信号电压范围,请参考单极性与差分输入方式相应参数。


  通过下表,可以简明地清楚了解单极性输入与差分输入时的关系:


信号端口单极性输入差分输入
Ain1模拟信号输入端1模拟差分输入端1
Ain2模拟信号输入端2
Ain3模拟信号输入端3模拟差分输入端2
Ain4模拟信号输入端4
Ain5模拟信号输入端5模拟差分输入端3
Ain6模拟信号输入端6
Ain7模拟信号输入端7模拟差分输入端4
Ain8模拟信号输入端8



  软件配置方法:

  通过向A/D转换芯片ADS7871的控制寄存器Gain/Mux的低4位(M3~M0)写入配置数据,可实现各种信号输入方式的配置。


ETA104数采模块支持多种模拟信号输入方式.png


  M3数据位为信号输入方式控制位:

  M3=1:单极性信号输入,M2~M0为输入通道控制,选择Ain1~Ain8的任一信号输入端口。

  M3=0:差分信号输入,M1~M0为输入通道控制,选择Ain1-Ain2,Ain3-Ain4,Ain5-Ain6,Ain7-Ain8所构成的任一差分输入端口。M2则用于差分输入端口的相对极性控制:

  ● M2=‘0’时,Ain1、Ain3、Ain5、Ain7作为差分输入信号的‘+’极;Ain2、Ain4、Ain6、Ain8作为差分输入信号的‘-’极。

  ● M2=‘1’时,Ain2、Ain4、Ain6、Ain8作为差分输入信号的‘+’极;Ain1、Ain3、Ain5、Ain7作为差分输入信号的‘-’极。


  在使用时,可以调用英创公司提供的接口函数"ADS7871_ConfigREG "进行配置:

  #define  ADS7818_REG_GainMux  0x4

  BOOL ADS7871_ConfigREG( DWORD dwReg , DWORD dwConfigData );


  接口函数参数说明:

  dwReg:输入参数,需要进行配置的寄存器地址,如上定义的ADS7818_REG_GainMux,表示Gain/Gux配置寄存器,其地址为0x04。

  dwConfigData:输入参数,需要写入寄存的配置数据


  如:需要配置Ain1-Ain2为差分信号输入,Ain1为‘-’、Ain2为‘+’,则M3=‘0’、M2=‘1’;M1~M0=“00”,则配置数据为0x04

  ADS7871_ConfigREG(ADS7818_REG_GainMux , 0x04);


  4~20mA电流信号输入采集配置:

  通过短接ETA104模块上的跳线器,ETA104模块的模拟信号输入可配置为4~20mA电流信号输入。单极性信号与差分输入信号均可以实现4~20mA电流信号采集。


  当输入信号为4~20mA电流信号时,采用120欧姆/1%/1/10W 0603贴片采样电阻进行采样,并且一共设计了4个4芯跳线器:JP1、JP2、JP3、JP4分别对应8路模拟信号输入端口:Ain1~Ain2、Ain3~Ain4、Ain5~Ain6、Ain7~Ain8的4~20mA电流信号采集配置。跳线器引脚号排列如下图所示:



P1P2
P3P4

JP1~JP4跳线器脚号排列示意


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JP1~JP4跳线器


  ● 跳线器短接:实现4~20mA电流信号、120欧姆电阻采样输入

  ● 跳线器断开:电压信号输入


  4~20mA电流信号输入时,模拟输入通道与跳线器短接对应表格:


4-20mA输入端口单极性输入方式差分输入方式
Ain1JP1(1-3)JP1(1-2)
Ain2JP1(2-4)
Ain3JP2(1-3)JP2(1-2)
Ain4JP2(2-4)
Ain5JP3(1-3)JP3(1-2)
Ain6JP3(2-4)
Ain7JP4(1-3)JP4(1-2)
Ain8JP4(2-4)
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