ad1674應用電路

1 硬件設計
1.1 AD1674 接口電路
文獻[1]詳細介紹了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)換前設置為有效。當讀取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A0=0 時，讀取高八位數(shù)據(jù)；當A0=1 時，讀取數(shù)據(jù)低四位，讀完后A0=0，準備下一次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 定時器啟動方式應用于對數(shù)據(jù)采集的時隔要求準確的場合，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。

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，但中斷服務程序的介入，引起
數(shù)據(jù)采集程序的斷點的不可預測性，這樣會導致數(shù)據(jù)采集程序的失控。DMA 方式利用A/D 轉(zhuǎn)換完畢的
標志位向DMA 控制器提出DMA 申請，當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雜。

本電路設計有查詢、中斷和DMA 三種數(shù)據(jù)傳輸方式。通過一撥碼盤開關來選擇不同的的傳輸方式。如圖3 所示，當A/D 轉(zhuǎn)換完畢時，標志位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。當撥碼盤開關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Q 由低電平變成高電平時，引起計算機中斷。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 被認可后進行兩次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?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)榈碗娖剑珼RQ1=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)值應為需要傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)減1。
2.5 中斷服務程序的編寫以有中斷向量的裝入
void interrupt int9() /*中斷服務程序*/
{ 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)換作準備*/
outportb(0x23c,0x00); /*A/D 轉(zhuǎn)換完畢的標志位清零*/
outportb(0x20,0x20);
enable();
}
void stall 1(void interrupt(*faddr)())
{
disable();
setvect(INT1,faddr); /*裝入中斷服務程序*/
enable();
}
本文介紹一種基于AD1674 設計的接口電路，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定更加靈活。應用本文原理設計的可插入通用PC 機的數(shù)據(jù)采集板已用于我們的高頻多譜勒和到達角探測分析系統(tǒng)中，取得了滿意的效果。這些設計方法和原理在其它實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計過程中，也會具有重要的參考價值。

應用電路

圖6 為某新型國產(chǎn)機載武器系統(tǒng)的數(shù)
據(jù)采集處理部分的電路原理框圖。來自保
傳感器的十六路模擬信號經(jīng)過多路開關切
換后送至高精密運放進行緩沖放大，同時
還要保持信號的采樣精度。AD1674T 被接
在±10V 雙極模擬電壓輸入模式，使用的是
內(nèi)部基準源和時鐘。從開關選通模擬信號
到A/D 轉(zhuǎn)換以及數(shù)據(jù)輸出均由ADSP2100
微處理器進行邏輯控制，每個這樣的變換
周期均為64μs，因而完成16 個通道的模擬轉(zhuǎn)換大約需要1ms 的時間，可以符合該系統(tǒng)的響應技術(shù)要
求。