基于ISA總線的ADC板卡設計

模數轉換器是工業測量和控制系統中數據采集子系統的重要部件，它是測控現場的模擬信號源與數字計算機之間的接口，其任務是把現場中連續變化的被測信號轉換成離散信號，再由工控計算機作進一步的數據處理。這就要求系統將所采集的模擬數據信號盡可能真實地、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轉換板卡。該板卡以AD574為A/D轉換核心，在ISA總線技術的基礎上，利用較少的外圍元件來實現多通道、高精度的A/D轉換。該板卡具有 32路單端信號輸入，電壓范圍為0V～12V，轉換位數為12bit/8bit任選，同時具有自檢功能。本文主要介紹該板卡的硬件組成原理和軟件實現方法。

2硬件電路

本轉換卡的硬件電路由數字總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號產生電路、a/d轉換電路、自檢電路、電源電路等組成。圖1所示是其硬件系統組成框圖。

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。該電路由數據總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號產生電路等組成,輸入來自isa總線的數據信號（如ior、板號產生電路u2（74ls688）輸出地址有效信號adr,其具體地址由地址撥碼開關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r27xh/w27xh（x代表0～7）,以選中系統中其它功能芯片;當地址有效（adr）時,通過ior/iow判別數據緩沖u1（74ls245）的數據流向,以及數據的輸出或讀入。該板卡在輸出控制信號或檢測數據時,可通過中斷方式完成多組數據的輸出或輸入。

2．2 模擬輸入電路

根據設計要求,該板卡采用轉換時間為25μs的12bit逐次比較型ad574轉換芯片作為a/d轉換器的核心,在本應用系統中,輸入信號為單板性信號（0v～+12v）,用ad574進行單極性模擬信號轉換的具體硬件電路如圖3所示。

圖中,u15可根據系統的工作狀態,通過da1～da5來改變u10、u11（max306）的控制地址,以選擇信號的輸入通道（共32路）,模擬信號的輸入電壓值應為0v～+12v;u14通過cs、r/c、ce等來控制ad574的具體工作狀態,轉換的數據通過緩沖器u13（74ls541）輸出,其中低4位共用。ad574的工作狀態由ce、cs、r/c、12/8、a0五個控制信號決定,這些信號的組合控制功能如表1所列。

表1 ad574控制信號的功能組合

應用時,如ce=1、cs=0,則ad574處于工作狀態;而當ad574處于工作狀態且r/c=0時,則啟動a/d轉換,r/c=1時進行數據讀出。12/8和a0端用來控制轉換字長和數據格式：若a0=0時啟動轉換,則以完整的12位a/d轉換方式工作,而若a0=1時啟動轉換,則以8位a/d轉換方式工作。ad574處于數據讀出工作狀態（r/c=1）時,a0和12/8將作為數據讀出格式控制端。12/8為1對應12位并行輸出;12/8=0則對應8位雙字節輸出。其中a0=0時輸出高八位,a0=1時輸出低四位,并以四個0補足尾隨的四位。應注意：12/8端與ttl電平不兼容,因此,只能將其與vcc或gnd相連,且a0數據輸出期間不能變化。電路中的w1為調零電阻器,w2為調增益變阻器。

2．3 自檢電路

在自檢狀態下,u15輸出控制數據a00、a11、a22、a33、a44、a55和111110,以選通第32通道,輸入信號則是由電源電路穩壓的+5v標準電壓。可用計算機控制a/d轉換并讀入轉換數據,以判斷器件的工作狀況,從而實現板卡的自檢,通過自檢可以判斷出產生故障的主要元器件。