基于ISA總線的ADC板卡設(shè)計(jì)
關(guān)鍵詞：AD574 A/D轉(zhuǎn)換 ISA總線
1 引言
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是工業(yè)測(cè)量和控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的重要部件，它是測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)源與數(shù)字計(jì)算機(jī)之間的接口，其任務(wù)是把現(xiàn)場(chǎng)中連續(xù)變化的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)，再由工控計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。這就要求系統(tǒng)將所采集的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)盡可能真實(shí)地、不失真地顯示給控制人員，為此，筆者研制了基于ISA總線的A/D轉(zhuǎn)換板卡。該板卡以AD574為A/D轉(zhuǎn)換核心，在ISA總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用較少的外圍元件來(lái)實(shí)現(xiàn)多通道、高精度的A/D轉(zhuǎn)換。該板卡具有32路單端信號(hào)輸入，電壓范圍為0V～12V，轉(zhuǎn)換位數(shù)為12bit/8bit任選，同時(shí)具有自檢功能。本文主要介紹該板卡的硬件組成原理和軟件實(shí)現(xiàn)方法。
2 硬件電路
本轉(zhuǎn)換卡的硬件電路由數(shù)字總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號(hào)產(chǎn)生電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、自檢電路、電源電路等組成。圖1所示是其硬件系統(tǒng)組成框圖。
2．1 ISA總線接口與控制電路
ISA總線接口與控制電路電路如圖2所示。該電路由數(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號(hào)產(chǎn)生電路等組成，輸入來(lái)自ISA總線的數(shù)據(jù)信號(hào)（如IOR、板號(hào)產(chǎn)生電路U2（74LS688）輸出地址有效信號(hào)ADR，其具體地址由地址撥碼開關(guān)SWDIP確定，本板卡中的地址為0x270H～0x277H；讀/寫地址控制/譯碼器U4、U5（74LS138）可用于形成該板卡的讀寫片選信號(hào)R27XH/W27XH（X代表0～7），以選中系統(tǒng)中其它功能芯片；當(dāng)?shù)刂酚行ВˋDR）時(shí)，通過(guò)IOR/IOW判別數(shù)據(jù)緩沖U1（74LS245）的數(shù)據(jù)流向，以及數(shù)據(jù)的輸出或讀入。該板卡在輸出控制信號(hào)或檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)中斷方式完成多組數(shù)據(jù)的輸出或輸入。
圖2
2．2 模擬輸入電路
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該板卡采用轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs的12bit逐次比較型AD574轉(zhuǎn)換芯片作為A/D轉(zhuǎn)換器的核心，在本應(yīng)用系統(tǒng)中，輸入信號(hào)為單板性信號(hào)（0V～+12V），用AD574進(jìn)行單極性模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的具體硬件電路如圖3所示。
圖3
圖中，U15可根據(jù)系統(tǒng)的工作狀態(tài)，通過(guò)DA1～DA5來(lái)改變U10、U11（MAX306）的控制地址，以選擇信號(hào)的輸入通道（共32路），模擬信號(hào)的輸入電壓值應(yīng)為0V～+12V；U14通過(guò)CS、R/C、CE等來(lái)控制AD574的具體工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖器U13（74LS541）輸出，其中低4位共用。AD574的工作狀態(tài)由CE、CS、R/C、12/8、A0五個(gè)控制信號(hào)決定，這些信號(hào)的組合控制功能如表1所列。
表1 AD574控制信號(hào)的功能組合
| CE | CS | R/C | 12/8 | A0 | 工作狀態(tài) |
| 0 | × | × | × | × | 禁止 |
| × | 1 | × | × | × | 禁止 |
| 1 | 0 | 0 | × | 0 | 啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換 |
| 1 | 0 | 0 | × | 1 | 啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換 |
| 1 | 0 | 1 | 接1腳（+5V） | 12位并行輸出 | |
| 1 | 0 | 1 | 接地 | 0 | 高8位并行輸出有效 |
| 1 | 0 | 1 | 接地 | 1 | 低4位加上尾隨4個(gè)0有效 |
應(yīng)用時(shí)，如CE=1、CS=0，則AD574處于工作狀態(tài)；而當(dāng)AD574處于工作狀態(tài)且R/C=0時(shí)，則啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，R/C=1時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。
12/8和A0端用來(lái)控制轉(zhuǎn)換字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)格式：若A0=0時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，則以完整的12位A/D轉(zhuǎn)換方式工作，而若A0=1時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，則以8位A/D轉(zhuǎn)換方式工作。AD574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)（R/C=1）時(shí)，A0和12/8將作為數(shù)據(jù)讀出格式控制端。12/8為1對(duì)應(yīng)12位并行輸出；12/8=0則對(duì)應(yīng)8位雙字節(jié)輸出。其中A0=0時(shí)輸出高八位，A0=1時(shí)輸出低四位，并以四個(gè)0補(bǔ)足尾隨的四位。應(yīng)注意：12/8端與TTL電平不兼容，因此，只能將其與VCC或GND相連，且A0數(shù)據(jù)輸出期間不能變化。電路中的W1為調(diào)零電阻器，W2為調(diào)增益變阻器。
2．3 自檢電路
在自檢狀態(tài)下，U15輸出控制數(shù)據(jù)A00、A11、A22、A33、A44、A55和111110，以選通第32通道，輸入信號(hào)則是由電源電路穩(wěn)壓的+5V標(biāo)準(zhǔn)電壓?？捎糜?jì)算機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換并讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，以判斷器件的工作狀況，從而實(shí)現(xiàn)板卡的自檢，通過(guò)自檢可以判斷出產(chǎn)生故障的主要元器件。
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