AD574是美國核擬器件公司Analog Devices) 生產(chǎn)的12 位逐次逼近型快速A/D 轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換35us，轉(zhuǎn)換誤差為土0.05%，是前我國應(yīng)用廣泛，價(jià)格適中的A/D轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部含三態(tài)電路，可直接與各種微處理器連接，且無須附加邏輯接口電路，便能與CMOS 及TTL 電平兼容。內(nèi)部配置的高精度參考電壓源和時(shí)鐘電路，使它不需要任何外部電路和時(shí)鐘信號(hào)，就能實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換功能，應(yīng)用非常方便。

許多文獻(xiàn)有關(guān)于AD574與8031單片機(jī)接口技術(shù)的介紹， 但其控制功能引線基本局限于單一的AD574與8031的連接。由于8031無內(nèi)部程序存貯器， 其內(nèi)部數(shù)據(jù)存貯器也有限， 因而8031構(gòu)成的測控系統(tǒng)， 往往都需外擴(kuò)存貯器及I/O接口芯片， 這時(shí)單一的AD574與8031接口電路顯然不能滿足要求。

本文針對這種情況， 介紹了一種AD574與8031及前置采樣控制電路的實(shí)用數(shù)據(jù)采集電路接口。

A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口的主要任務(wù)就是按照微機(jī)指令進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送入微機(jī)的數(shù)據(jù)總線。A/D轉(zhuǎn)換器在與微機(jī)接口時(shí)需要解決的問題

1、 數(shù)據(jù)輸出緩沖問題 微機(jī)的數(shù)據(jù)總線是CPU與存儲(chǔ)器和I/O設(shè)備之間傳送數(shù)據(jù)的公共通道。因此A/D轉(zhuǎn)換器在與微機(jī)接口時(shí)?要求A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出端是必須通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連當(dāng)未被選中時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器輸出是高阻抗?fàn)顟B(tài)以免干擾數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)傳送。AD574A芯片具有三態(tài)輸出緩沖器且片內(nèi)控制時(shí)序能與微機(jī)總線時(shí)序配合輸出端因此可直接與微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連。

2、 產(chǎn)生芯片選通信號(hào)和控制信號(hào) 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中為了區(qū)別于其他I/O設(shè)備必須賦予A/D轉(zhuǎn)換器一特定地址。產(chǎn)生地址信號(hào)的譯碼器與地址總線的連接方式?有系統(tǒng)所采用的I/O尋址方式及所擁有的地址總線決定。當(dāng)系統(tǒng)采用內(nèi)存映像方式時(shí)通常采用部分低位地址線傳送地址碼可用2-4譯碼器、3-8譯碼器、4-16譯碼器以及它們的組合進(jìn)行譯碼并可根據(jù)具體情況選用固定式或開關(guān)可選式地址總線相連。

3、 讀出數(shù)據(jù) 為了能從A/D轉(zhuǎn)換器中取出轉(zhuǎn)換結(jié)果首先需要考慮解決A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)方式問題。其中與微機(jī)之間的聯(lián)絡(luò)方式問題由于A/D轉(zhuǎn)換須經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間只有在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后微機(jī)讀出的數(shù)據(jù)才是正確的。為便于微機(jī)檢查轉(zhuǎn)換狀態(tài)的電平變化系統(tǒng)通常采用查詢和中斷兩種聯(lián)絡(luò)方式。

一種實(shí)用接口電路

在設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換器與微機(jī)接口電路時(shí)究竟是采用查詢還是中斷方式取決于所用A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間和用戶的程序安排。一般來說當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短時(shí)宜采用查詢方式而轉(zhuǎn)換時(shí)間長是宜采用中斷方式。A/D574A與8051單片機(jī)連接時(shí)可采用查詢法完成依次A/D轉(zhuǎn)換。

AD574內(nèi)部具有參考電壓和時(shí)鐘電路， 無需外接任何元器件， 即可獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換，給用提供了很大方便。其模擬信號(hào)輸人范圍允許在0~+10V，0~ +20V以及士5V或士10V之間選擇，輸出為單極性二進(jìn)制原碼或雙極性偏移二進(jìn)制碼，它可完成8 位轉(zhuǎn)換，也可完成12位轉(zhuǎn)換。由于AD574具有較強(qiáng)的功能，故執(zhí)行讀寫操作所需的控制信號(hào)也較多，它有五條控制線(CE、CS.R/C、12/8、A)，為了便于閱讀本電路，將其作用功能列于表1。AD574還設(shè)有一標(biāo)志狀態(tài)端STS。STS 在轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后為高電平(BUSY)，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為低電平(EOC)。

AD574 與8031單片機(jī)、采樣保持器LF398及多路開關(guān)CD4051的接口電路如圖1所示(圖中未給出8031的外擴(kuò)存貯器)。

圖1中，8031的POO經(jīng)鎖存后接至AD574的A.端，以防止A，在數(shù)據(jù)讀取過程中發(fā)生變化。譯碼器74LS138的輸出端Y作為AD574的片選信號(hào)CS，這樣能很方便地?cái)U(kuò)展本電路的外圍芯片。CE 由WR 和RD 信號(hào)通過一個(gè)與非門控制，所以不論是在寫狀態(tài)，還是在讀狀態(tài)，CE均為1。R/E信號(hào)由WR 產(chǎn)生，當(dāng)執(zhí)行寫AD574口地址操作時(shí)，WR為低平，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，當(dāng)執(zhí)行外部RAM 的讀指令時(shí)，WR 為高電平，以完成讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的操作。12/8 接地，進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果分兩次讀出，讀出時(shí)遵循左對齊原則。

AD574的標(biāo)志狀態(tài)端STS通常用來完成當(dāng)采用兩個(gè)行務(wù)，一是用于轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取。查詢方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)時(shí)，STS 與8031的某-I/0口線相連(圖1中為P.0)，CPU直接查詢該信號(hào)，以判斷AD574的工作狀態(tài)，當(dāng)STS由高電平轉(zhuǎn)為低電平時(shí)，CPU 即可讀取數(shù)據(jù)。

當(dāng)采用中斷方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)時(shí)，STS 與8031的外部中斷輸人端相連，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，即向8031申請中斷，讀取數(shù)據(jù)。當(dāng)然也可視具體情況，利用延時(shí)(或定時(shí))方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)而不用該引腳。二是用該信號(hào)經(jīng)過反相做為采樣/保持器LF398 的采樣，保持控制信號(hào)。在這里，作者根據(jù)STS信號(hào)特點(diǎn)，還將其作為多路開關(guān)CD4051的禁止輸人信號(hào)INH。當(dāng)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換時(shí)，INH=1，通道斷開，禁止模擬量輸人，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，INH=0，通道接通，允許模擬量輸人，即充分利用了AD574 STS 狀態(tài)端的信息，又可節(jié)省8031的一根口線，不失為AD574與分路開關(guān)的優(yōu)選接口的技術(shù)。關(guān)于軟件編程，有關(guān)文獻(xiàn)中介紹較多，讀者可根據(jù)該接口電路方便地寫出，這里不再敘述

8051單片機(jī)與AD574的接口電路

下圖是8051 單片機(jī)與AD574A 的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373 和74LS00 與非門電路，邏輯控制信號(hào)由( 、和A0)

有8051 的數(shù)據(jù)口P0 發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373 鎖存到輸出端Q0、Q1 和Q2 上，用于控制AD574A 的工作過程。AD 轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出也通過P0 數(shù)據(jù)總線連至8051，由于我們只使用了8 位數(shù)據(jù)口，12 位數(shù)據(jù)分兩次讀進(jìn)8051，所以接地。當(dāng)8051 的p3.0 查詢到STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的12 位A/D 數(shù)據(jù)的高8 位讀進(jìn)8051，然后再將低4 位讀進(jìn)8051。這里不管AD574A 是處在啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換和輸出結(jié)果，使能端CE 都必須為1，因此將8051 的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00 與AD574A 的使能端CE 相連。

預(yù)計(jì)，隨著光電耦合器設(shè)計(jì)水平和工藝水平的不斷提高，性能的不斷改善，成本的逐漸降低，光電耦合器在模擬電路中的應(yīng)用會(huì)越來越多。