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基于A/D芯片AD1674設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集電路

關(guān)鍵字:數(shù)據(jù)采集卡,AD采集卡,AD/DA采集卡,AD數(shù)據(jù)采集卡,高速采集卡, USB數(shù)據(jù)采集卡

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在測(cè)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(hào)與計(jì)算機(jī)接口,，需要進(jìn)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(chǎng)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(duì)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(shí)間以及數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間。提高最大采樣頻率可通過縮短A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間或提高數(shù)據(jù)的傳輸速度來實(shí)現(xiàn),。如果與PC機(jī)接口，數(shù)據(jù)的傳輸速度決定于PC機(jī)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(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的傳輸速度。本文選取AD1674芯片,，設(shè)計(jì)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(shí)器定時(shí),，通過8253定時(shí)器的控制設(shè)煊可變的采樣變（步進(jìn)間隔為1μs）,，獲得高準(zhǔn)確的采樣間隔；也可以采用軟件定時(shí),，通過端口寫啟動(dòng)A/D來實(shí)現(xiàn),。在時(shí)序方面，該電路解決了A/D控制信號(hào)與計(jì)算機(jī)時(shí)序匹配問題,，可能與高檔PC機(jī)進(jìn)行接口,。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 AD1674接口電路

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

　　1.2 A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)的讀時(shí)序

　　對(duì)A/D接口電路而言,，只有PC機(jī)的時(shí)序與AD1674的要求時(shí)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(shí)序如圖1所示。

　　A在/D轉(zhuǎn)換時(shí),，8253的定時(shí)脈沖或端口寫脈沖QD經(jīng)過延時(shí)和調(diào)節(jié)定時(shí)寬度后,，使A/D的使能控制CE開始啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。同時(shí)QD寬度為1μs的低電平脈沖（在端口寫啟動(dòng)方式下,，1μs的低脈沖是由端口寫脈沖經(jīng)調(diào)節(jié)定時(shí)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(shí),，端口讀信號(hào)或 DMA讀信號(hào)D直接使A/CD的使能控制CE啟動(dòng)數(shù)據(jù)讀,，此時(shí)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(shí)，讀取高八位數(shù)據(jù),；當(dāng)A0 =1時(shí),，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,。可見該時(shí)序既能與PC機(jī)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(shí)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(dòng)方式

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

　　8253 定時(shí)器啟動(dòng)方式應(yīng)用于對(duì)數(shù)據(jù)采集的時(shí)隔要求準(zhǔn)確的場(chǎng)合，該方式是利用8253的定時(shí)脈沖啟動(dòng)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(jì)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(jì)數(shù)器0的計(jì)數(shù)值,。

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

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

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

　　G0&G1=1:起動(dòng)計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1,；G0&G=0：禁止計(jì)數(shù)器0和計(jì)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(shí)現(xiàn)電路如圖2所示,。首先將8253定時(shí)通道0與通道1串聯(lián)起來定時(shí)，通道0的時(shí)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(shí)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(jì)數(shù)回零后,，輸出為低電平