基于A/D芯片AD1674設(shè)計的數(shù)據(jù)采集電路

　　1.3.2 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取方式

　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，計算機(jī)讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的方式一般有三種，即查詢、中斷和DMA方式。其中查詢方式就是通過查詢標(biāo)志位來判斷A/D是否轉(zhuǎn)換完畢，如果 A/D轉(zhuǎn)換完畢則讀入轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。這種方式下CPU主動查詢，通過CPU讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，故實現(xiàn)的硬件電路簡單，但數(shù)據(jù)讀取速度慢，同時在 WINDOWS的多任務(wù)執(zhí)行方式下，存在著A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)不能及時讀入的問題。中斷方式是利用A/D轉(zhuǎn)換完畢的標(biāo)志位觸發(fā)一硬中斷，然后中斷管理器向 CPU提出中斷申請。在中斷允許的情況下，執(zhí)行中斷服務(wù)程序讀入轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。這種方式實現(xiàn)的硬件電路也比較簡單，但中斷服務(wù)程序的介入，引起數(shù)據(jù)采集程序的斷點的不可預(yù)測性，這樣會導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集程序的失控。DMA方式利用A/D轉(zhuǎn)換完畢的標(biāo)志位向DMA控制器提出DMA申請，當(dāng)DMA控制器從CPU取得總線控制權(quán)時，接口便與內(nèi)存之間直接地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換（不經(jīng)過CPU）。這種方式下，由于不經(jīng)過CPU讀入數(shù)據(jù)，故提高了數(shù)據(jù)傳輸速度。同時由于A/D轉(zhuǎn)換器主動申請數(shù)據(jù)傳輸，而DMA申請比外設(shè)中斷申請的優(yōu)先級高，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)能夠及時讀入，系統(tǒng)性能也得到了提高，但實現(xiàn)的硬件電路較前兩種方式復(fù)雜。

　　本電路設(shè)計有查詢、中斷和DMA三種數(shù)據(jù)傳輸方式。通過一撥碼盤開關(guān)來選擇不同的的傳輸方式。如圖3所示，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時，標(biāo)志位STS由高電平變?yōu)榈褪请娖?，從而引起D觸發(fā)器U20A觸發(fā)，U20A的輸出Q由低電平變成高電平。當(dāng)撥碼盤開關(guān)S1選擇為查詢方式時，該U20A的輸出Q通過一個三態(tài)門（端口地址為&0X23F）與數(shù)據(jù)線D6相連，提供計算機(jī)查詢；在中斷方式下，該U20A的輸出Q直接與硬中斷引腳IRQ2相連，當(dāng)Q由低電平變成高電平時，引起計算機(jī)中斷。在前兩種方式下，通過軟件編程，向一鎖存器U22的最低位寫入0或1，選擇讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高八位或低四位，且由專門的端口（地址為&0X23D）讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。實現(xiàn)的硬件電路簡單。而在DMA方式下，通過應(yīng)答信號DACK1尋址，并不由專門的端口讀取A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，故選擇A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高八位或低四位的功能必須由硬件電路來實現(xiàn)，比較而言，電路更復(fù)雜一些。

　　下面介紹DMA方式下的具體實現(xiàn)電路。DMA請求電路由兩個D觸發(fā)器組成，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完畢時，U20A的輸出Q由低電平變成高電平，DRQ1=1， DMA通道1發(fā)出請求，DRQ1被認(rèn)可后進(jìn)行兩次DMA傳輸。在第一次DMA傳輸期間，觸發(fā)器U20B的輸出Q為低電平，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的高八位傳輸?shù)街付▋?nèi)存單元。在第一次DMA傳輸結(jié)束時，DACK1由低電平變成高電平，觸發(fā)器U20B的輸出為高電平，但觸發(fā)器U20A的輸出Q仍然是高電平，該電平申請第二次DMA傳輸。在第二次DMA傳輸期間，觸發(fā)器U20B的輸出為高電平，A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的低四位傳輸?shù)街付ǖ膬?nèi)存單元。當(dāng)?shù)诙蜠MA傳輸結(jié)束時， DACK1由低電平變成高電平，使觸發(fā)U20B輸出低電平，同時觸發(fā)器U20A的輸出Q變?yōu)榈碗娖?，DRQ1=0變?yōu)榈碗娖?，DRQ1=0，DMA通道1 的請求被撤銷，結(jié)束一次A/D轉(zhuǎn)換12位數(shù)據(jù)傳輸過程。

　　2 軟件設(shè)計

　　該接口電路支持各種帶有口指令操作的高級語言和8086/8088匯編語言。以下就以Turbo C為例對相應(yīng)的部分編程，經(jīng)供參考。

　　2.1 A/D編程

　　該編程適合于中斷或查詢方式下的編程，端口地址=0x238～0x23f。

　　outportb(0x23c,0x00)； /*初始化清零*/

　　outportb(0x23a,0x00)； /*選擇傳輸高8位數(shù)據(jù)并為A/D轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備*/

　　{

　　}; /*啟動A/D并檢查A/D是否轉(zhuǎn)換完畢*/

　　dh=inportb(0x23d); /*輸入高八位數(shù)據(jù)*/

　　outporth(0x23a,0x01); /*選擇傳輸?shù)退奈粩?shù)據(jù)*/

　　dl=inportb(0x23d); /*輸入低四位數(shù)據(jù)*/

　　outportb(0x23a,0x00); /*選擇傳輸高8位數(shù)據(jù)并為A/D轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備*/

　　dl=dl>>4；

　　dh1=dh;

　　dl=(dh1<<4)+dl;

　　dh=dh>>4; /*將高八位低四位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為高四位低八位數(shù)據(jù)*/

　　d=dh*256+dl; /*拼合12位數(shù)據(jù)*/

　　u=(d-2047)*10.0/4096; /*轉(zhuǎn)換電壓值*/

　　2.2 寫啟動和查詢方式的編程

　　outportb(0x23d,0x00)； /*寫啟動A/D轉(zhuǎn)換*/

　　if(inporth(0x23e)&0x80);/*D7=1則A/D轉(zhuǎn)換完畢*/

　　2.3 8253定時器編程

　　outportb(0x23b,0x03); /*set 8253 timer into writing mode word state*/

　　outportb(0x23f,0x36); /*set 0 channel working with mode 3*/

　　outportb(0x23f,0x74); /*set 1 channel working with mode 2*/

　　outportb(0x23b,0x00); /*set to write data to 0 Channel mode */

　　outportb(0x23f,0x02); /*write low data to 0 channel*/

　　outportb(0x23f,0x00); /*write high data to 0 channel*/

　　outportb(0x23b,0x01); /*set to write data to 1 channel*/

　　outportb(0x23f,LC1); /*write low data to 1 channel*/

　　outportb(0x23f,HC1); /*write high data to 1 channel*/

　　outportb(0x23b,0x0c); /*啟動CH0,CH1工作*/

　　其中采樣頻率決寫入計數(shù)器1的計數(shù)值。

　　2.4 DMA方式下PC主機(jī)中8237A DMA控制器編程

　　8237A DMA控制器具有4個DMA通道，該接口電路使用通道1。

　　outportb(0x0x,0x05); /*mask DMA channel 1*/

　　outportb(0x0c,0x00); /*clear byet pointer flip*/

　　outportb(0x0b,0x55); /*write mode word.demand mode,address tincrease，autoinitialization,write trasfer and select 1*/

　　outportb(0x83,SEG); /*write page number*/

　　outportb(0x02,LA); /*write low 8 bit address*/

　　outportb(0x02,HA); /*write hige 8 bit address*/

　　outportb(0x03,LC); /*write low 8 bit count data*/

　　outportb(0x03,HC); /*write hige 8 bit count data*

　　outportb(0x03,0x01); /*clear mask bit of DMA channel*/

　　其中寫入11口的數(shù)值應(yīng)按照具體的工作方式來確定，寫入131口的頁地址SEG取20位絕對地址的最高4位的數(shù)值，而將低16位地址的數(shù)值寫入地址寄存器。寫基值字節(jié)計數(shù)寄存器的字節(jié)總數(shù)值應(yīng)為需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)減1。

　　2.5 中斷服務(wù)程序的編寫以有中斷向量的裝入

　　void interrupt int9() /*中斷服務(wù)程序*/

　　{ disable();

　　ah5=inportb(0x23d); /*輸入高八位數(shù)據(jù)*/

　　outportb(0x23a,0x01); /*選擇傳輸?shù)退奈粩?shù)據(jù)*/

　　dl5=inportb(0x23d); /*輸入低四位數(shù)據(jù)*/

　　outportb(0x23a,0x00)； /*選擇傳輸高8位數(shù)據(jù)并為A/D轉(zhuǎn)換作準(zhǔn)備*/

　　outportb(0x23c,0x00); /*A/D轉(zhuǎn)換完畢的標(biāo)志位清零*/

　　outportb(0x20,0x20);

　　enable();

　　}

　　void stall 1(void interrupt(*faddr)())

　　{

　　disable();

　　setvect(INT1,faddr); /*裝入中斷服務(wù)程序*/

　　enable();

　　}

　　本文介紹一種基于AD1674設(shè)計的接口電路，該電路具有查詢、中斷和DMA三種數(shù)據(jù)傳輸功能，同時采用8253定時脈沖或端口寫兩種A/D啟動方式。其中 DMA方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的快速傳輸，而兩種A/D啟動方式將會使采樣率的設(shè)定更加靈活。應(yīng)用本文原理設(shè)計的可插入通用PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集板已用于我們的高頻多譜勒和到達(dá)角探測分析系統(tǒng)中，取得了滿意的效果。這些設(shè)計方法和原理在其它實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計過程中，也會具有重要的參考價值。