基于A/D芯片AD1674設(shè)計的數(shù)據(jù)采集電路

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機在測量與控制中的應(yīng)用日益廣泛。為了使外部世界的模擬信號與計算機接口，需要進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，該轉(zhuǎn)換一般通過A/D芯片來完成。目前市場上出現(xiàn)了各種A/D芯片，且各種A/D芯片具有不同的控制方式和應(yīng)用條件。對于高速數(shù)據(jù)采集，最大采樣頻率取決于A/D的轉(zhuǎn)換時間以及數(shù)據(jù)的傳輸時間。提高最大采樣頻率可通過縮短A/D的轉(zhuǎn)換時間或提高數(shù)據(jù)的傳輸速度來實現(xiàn)。如果與PC機接口，數(shù)據(jù)的傳輸速度決定于PC機的主頻以及數(shù)據(jù)的傳輸方式，常用的有查詢和中斷方式，若采用DMA傳輸方式則可進一步提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。本文選取AD1674芯片，設(shè)計具有查詢、中斷和DMA三種數(shù)據(jù)傳輸方式的數(shù)據(jù)采集電路。該電路既可以采用定時器定時，通過8253定時器的控制設(shè)煊可變的采樣變（步進間隔為1μs），獲得高準(zhǔn)確的采樣間隔；也可以采用軟件定時，通過端口寫啟動A/D來實現(xiàn)。在時序方面，該電路解決了A/D控制信號與計算機時序匹配問題，可能與高檔PC機進行接口。

　　1 硬件設(shè)計

　　1.1 AD1674接口電路

　　文獻[1]詳細(xì)介紹了AD1674芯片的性能和控制信號的時序。在完全受控方式下，最好是用邏輯控制信號CE啟動數(shù)據(jù)讀或A/D轉(zhuǎn)換；在CE有效時，片選信號CS應(yīng)有效，并且控制信號R/C和A0已確定，只有滿足這種時序，AD1674才能正常工作。

　　1.2 A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的讀時序

　　對A/D接口電路而言，只有PC機的時序與AD1674的要求時序匹配才能保證電路的正常工作。該電路的A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的讀時序如圖1所示。

　　A在/D轉(zhuǎn)換時，8253的定時脈沖或端口寫脈沖QD經(jīng)過延時和調(diào)節(jié)定時寬度后，使A/D的使能控制CE開始啟動A/D轉(zhuǎn)換。同時QD寬度為1μs的低電平脈沖（在端口寫啟動方式下，1μs的低脈沖是由端口寫脈沖經(jīng)調(diào)節(jié)定時寬度后獲得）使R/C的轉(zhuǎn)換有效，A0及片選CS可在A/D轉(zhuǎn)換前設(shè)置為有效。當(dāng)讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)時，端口讀信號或 DMA讀信號D直接使A/CD的使能控制CE啟動數(shù)據(jù)讀，此時R/C=1，R/C的讀有效，開始12位數(shù)據(jù)的讀取。當(dāng)A0=0時，讀取高八位數(shù)據(jù)；當(dāng)A0 =1時，讀取數(shù)據(jù)低四位，讀完后A0=0，準(zhǔn)備下一次A/D轉(zhuǎn)換?？梢娫摃r序既能與PC機接口，又能使AD1674正常工作。

　　1.3 A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)讀取的實現(xiàn)電路

　　本電路的AD1674工作在完全受控方式。A/D轉(zhuǎn)換為12位，而轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)分兩次讀取，即先讀數(shù)據(jù)的高八位，后讀數(shù)據(jù)的低四位。

　　1.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的啟動方式

　　A/D轉(zhuǎn)換的啟動方式有兩種：8253定時器硬件啟動和寫端口軟件啟動。

　　8253 定時器啟動方式應(yīng)用于對數(shù)據(jù)采集的時隔要求準(zhǔn)確的場合，該方式是利用8253的定時脈沖啟動A/D轉(zhuǎn)換，通過8253數(shù)據(jù)總線緩沖器（端口地址為 &0X23F）輸出鑒別通道的計數(shù)初值，通過向6位鎖存器74LS174（端口地址為&0X23B）寫入控制字設(shè)定8253的控制字以及 A/D片選控制位。6位鎖存器數(shù)據(jù)位定義說明如下：

　　A1A0=00:&0X23D口輸出的數(shù)據(jù)為計數(shù)器0的計數(shù)值。

　　A1A0=01:&0X23F口輸出的數(shù)據(jù)為計數(shù)器1的計數(shù)值。

　　A1A0=10:&0X23F口輸出的數(shù)據(jù)為計數(shù)器2的計數(shù)值。

　　A1A0=11:&0X23F口輸出的數(shù)據(jù)為計數(shù)器8253的方式字。

　　G0&G1=1:起動計數(shù)器0和計數(shù)器1；G0&G=0：禁止計數(shù)器0和計數(shù)器1。

　　CS=1:選中A/D芯片CS=0；不選中A/D芯片。

　　具體的實現(xiàn)電路如圖2所示。首先將8253定時通道0與通道1串聯(lián)起來定時，通道0的時鐘輸入CLK0的頻率是2MHz，工作在方式3（方波比率發(fā)生器）下，通道0的輸出OUT0為頻率1MHz的方波，作為通道1的輸入時鐘CLK1。通道1設(shè)定為方式2，即通道1的輸出OUT1從輸出開始一直維持高電平，計數(shù)回零后，輸出為低電平并自動重新裝入原計數(shù)值，低電平維持一個時鐘周期后，輸出恢復(fù)高電平并重新作減法計數(shù)。輸出OUT1分為兩路信號，一路通過與門 U18A輸出，作為AD1674的R/C控制信號；另一路經(jīng)過單穩(wěn)觸發(fā)器U24延時和調(diào)節(jié)定時寬度后，再通過或門U15C輸出作為AD1674的CE控制信號。當(dāng)OUT1輸出寬度為1μs的低電平脈沖時，一方面使控制信號R/C的轉(zhuǎn)換有效，同時經(jīng)延時和調(diào)節(jié)定時寬度后，使A/D的使能控制CE開始啟動A/D轉(zhuǎn)換。因此在裝入計數(shù)初值以后，只要設(shè)置6位鎖存器U8的控制字，就可利用8253定時器啟動A/D。

　　寫啟動A/D方式應(yīng)用于軟件定時，即通過對端口（地址為&0X23D）寫來觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換。如圖2所示，端口寫信號一方面經(jīng)過單穩(wěn)觸發(fā)器U6A調(diào)節(jié)定時寬度（寬度為1μs）后，作為AD1674的R/C控制信號，同時經(jīng)過另一單穩(wěn)觸發(fā)器U24延時和調(diào)節(jié)定時寬度后，再通過或門U15C輸出作為AD1674的CE控制信號。

　　可見兩種啟動A/D轉(zhuǎn)換的過程相似。相比較而言，前者的采樣間隔是由8253定時脈沖的周期決定的，屬于可編程定時器方式定時，共特點是采樣間隔準(zhǔn)確；后者則由相鄰兩次寫端口（地址為&0X23D）的時間差決定采樣間隔，為軟件定時方式，特點是靈活方便。