經USB端口的模擬和數字I/O

本文給出通過計算機USB端口得到16位數字I/O和12位模擬I/O。用Gigatechnology USB 模塊和 LTC1286ADC、LTC1451DAC 實現本設計。
USB模塊
USB模塊接入USB總線，它提供字節寬的雙向信號。4個其他信號控制數據流。為了從PC得到數據，等待直到*RXF輸出為高態和*RD輸入為低態為止，然后數據呈現在雙向引腳。在*RD變化狀態之后，*RXF輸出變高態。重復此過程直到讀出所有數據為止。在*WR輸入的負沿送數據到PC，*TXE輸出應變高態。當它再次變低態時，可以發送更多數據。
數據輸出
從PC送數據到USB模塊，過程為：
* 打開器件。
* 從PC發送代表數據的字符串。
* 關閉器件。
當從PC發送數據到模塊時，Visual Basic程序檢測代表數字數據的檢查單元中的變化或定義ADC輸出的區域中設置變化。程序匯編字符串，每個字符的bit5和bit2表示被發送的模擬和數字數據。Bit3表示選通數據進入74HC595輸入寄存器（圖2）和LTC1451寄存器的時鐘信號（圖3）。在數據正確地放送后，后跟兩個字符。Bit1選通數據進入74HC595輸出并驅動LTC1451門*CS輸入。
盡管DAC是12位器件，但它可以接收16個時鐘脈沖，它仍然能正確工作，這是因為恰當地選通*CS輸入。因為它首先接收數據MSB，所以，bit0必須在數字輸出字bit16相當時間發送，bit11與數字輸出字bit4的相當時間發送，這靠軟件實現。
ADC具有內部2.048V基準和倍數2放大器，因此，毫伏輸出是方便的等效碼。
數據輸入
數據輸入過程如下：
* 打開器件；
* 從USB模塊中讀表示數據的字符串；
* 關閉器件。
為了從USB模塊中讀數據到PC，程序匯編鎖存在74HC589輸入寄存器中的字符中，此時再次用bit1。字符串其后的字符再次選通bit7低態和高態，選通U3a（圖1）并送其Q輸出為1。U3a的Q和*Q輸出信號控制74HC589器件的*SLOAD輸入和LTC1286的*CS輸入。它也去除來自U4的復位信號，允許工作直到共Q9輸出變邏輯1為止，通過U3b復位U3a。當U4工作時，其Q4輸出提供16個時鐘沿來選通來自LTC1286的數據輸入。此信號經反相器也選通74HC589（圖2）和USB模塊的*WR輸入。74HC589和LTC1286 ADC（圖3）在時鐘沿的不同極性轉換數據，而電路能確保USB模塊在有效時鐘沿之間的中間狀態接收數據。
來自USB模塊的模擬和數字數據分別從模塊返回字符串中bit6和bit4獲得。在*CS有效之后，ADC在第4個時鐘脈沖給出其輸出的最高有效位（D11），其他位緊隨其后，在第15個時時脈沖輸出最低有效位（D0）。為了與數字輸入具有共性，電路中給出第16個時鐘脈沖；在第16個脈沖期間，ADC再一次輸出D1。因此，軟件除去USB所接收的轉換數據最后1位，并轉送剩余的其他正確位。
因為時鐘率必須低于單純數字情況下的時鐘率，所以，不需要來自USB模塊的*TXE信號。在此采用4MHz振蕩器連率，需要選擇U4的不同輸出以獲得ADC所用的低于200KHz時鐘率。
在ADC之前有一個1增益運放，提供高輸入阻抗并使ADC所產生的噪聲與輸入隔離。電位器（圖3）補償放大器漂移并設置到零輸入電壓時ADC讀出零。本文所用ADC是12位器件，其輸出碼是：4096