提到波形采集，對于一個硬件工程師來講，可能馬上就有想到這樣一個方案：首先用一片FPGA/CPLD來實現操控AD芯片的各種邏輯時序，重要的是產生精準的AD轉換時鐘，這個時鐘的頻率在一個范圍內可能是需要連續可調的。由于波形采集是連續不間斷的對模擬信號進行AD采樣，所以可能還需要一個大容量的FIFO或雙口RAM，以對采集的數據做臨時的存儲。另外還需要一個主控板，對采集的數據進行分析、處理、存儲甚至對波形進行回放。這個主控板還需要提供一個外部中斷和一個高速的總線接口，以便實時的讀取采集數據，考慮到頻繁的中斷對系統性能的影響，可能還需要主控板提供DMA功能并提供相應驅動支持……

        按照上面的思路，確實能實現高速高性能的數據采集，但要做出這樣一個產品，花費的成本可見一斑。其實，在很多應用場合，用戶并不需要很高的采樣率，但要求系統能實現連續不斷的、精確時間間隔的數據采集。比如電力諧波分析，50Hz的工頻信號，按5Ksps采樣率進行波形采集，就可獲得達到49次的諧波，能滿足大多數的應用。下面就介紹一個成本低，但性能不打折的波形采集方案。

        本方案以我們的工控主板EM9170和波形采集模塊ETA108構成，如圖1所示：

圖 1：EM9170 + ETA108 波形采集

        圖1中EM9170是英創公司推出的400M ARM9 WinCE工控主板，相比英創的經典產品EM9161，EM9170的性能有很大提升并加入了很多新的特性，比如操作系統升級到WinCE6.0，文件系統采用了BinFS文件系統，系統啟動時間也控制在了7S之內；CPU主頻提升到400M，主板平均工作電流<150mA。重要的是，作為EM9161的升級版，在性能提升的同時，價格與EM9161保持一致。

        ETA108是為了進一步支持EM9170在儀器儀表，數據采集領域應用，同時也是為了方便客戶使用而推出的一款低成本高性能AD采集模塊。ETA108的主要性能如下：

        ? 8通道單端輸入或4通道差分輸入

        ? 單極性輸入量程0~4V或雙極性輸入量程±2V

        ? 每通道具有獨立的高阻抗增益放大器(PGA),可實現各種傳感器之間的直接接口連接，并支持用戶配置通道增益(Gain=1/2/4/8)

        ? AD轉換精度12bit

        ? AD最高采樣速度100ksps

        ? 可選擇多種平均操作模式，使輸出AD精度達到14bit

        ? 單5V供電

        ETA108的外形尺寸僅為48mm×33mm，帶有堅固插針，客戶可把ETA108作為獨立模塊，直接插入其應用底板上，快速構建客戶整機產品。相比英創公司的其他數據采集擴展模塊，ETA108的一個主要特點是支持硬件周期脈沖觸發AD采集，因此ETA108非常適合應用于要求高精度采樣間隔的波形數據采集。

        圖2是由EM9170與ETA108構成的波形采集系統原理框圖。ETA108每通道獨立的高阻抗增益放大器(PGA)，可實現各種傳感器之間的直接接口連接。同時，可支持單端或差分信號的采集。在與M9170配合使用中，使用了EM9170的高精度PWM信號作為其AD啟動時鐘，方便的實現精確時間間隔采樣。采樣率從1Hz到100Khz連續可調。為了實現ETA108的高速數據采集，在其驅動程序中，充分利用了EM9170的高性能DMA技術，從而保證了ETA108與EM9170主板之間僅靠簡單的4線制SPI接口就實現了硬件連接，最大限度地降低了ETA108的硬件成本。同時，DMA技術的引入，也將數據采集對系統性能的影響降到最低。EM9170對各式彩色LCD屏提供了良好的支持，方便用戶直觀的對采集波形進行分析、比較。

        ETA108的驅動程序，以簡單易用的原則導出了幾個接口函數供客戶使用，我們將在這個方案后續的文章中詳細介紹這些函數。考慮到實際應用，ETA108驅動程序支持單次采樣模式和連續采樣模式。

        成本分析：在我們提供的整機方案中，通常會加入成本分析一項，目的是為了方便客戶快速、直觀的評估這個方案是否適用于客戶自己的產品。本波形采集方案中，EM9170工控主板百片批量價為￥480/片，客戶自行采購7”TFT LCD，價格大約在￥300元左右，加上我們的AD模塊ETA108和客戶應用底板、電源，整機成本可控制在千元之內，遠低于其它同類產品。

        此方案可廣泛應用于多通道波形記錄儀、電力諧波分析、故障錄波、振動信號分析、瞬態信號采集、通用數據采集等多種應用領域。

        該方案的軟件圖形界面實現方法參閱如下文章：《低成本多通道波形采集顯示方案的軟件實現方法》。