基于A/D芯片AD1674設計的數據采集電路

　　1.3.2 A/D轉換數據的讀取方式

　　在數據采集系統中，計算機讀取A/D轉換數據的方式一般有三種，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是否轉換完畢，如果 A/D轉換完畢則讀入轉換的數據。這種方式下CPU主動查詢，通過CPU讀取A/D轉換的數據，故實現的硬件電路簡單，但數據讀取速度慢，同時在 WINDOWS的多任務執行方式下，存在著A/D轉換數據不能及時讀入的問題。中斷方式是利用A/D轉換完畢的標志位觸發一硬中斷，然后中斷管理器向 CPU提出中斷申請。在中斷允許的情況下，執行中斷服務程序讀入轉換的數據。這種方式實現的硬件電路也比較簡單，但中斷服務程序的介入，引起數據采集程序的斷點的不可預測性，這樣會導致數據采集程序的失控。DMA方式利用A/D轉換完畢的標志位向DMA控制器提出DMA申請，當DMA控制器從CPU取得總線控制權時，接口便與內存之間直接地進行數據交換（不經過CPU）。這種方式下，由于不經過CPU讀入數據，故提高了數據傳輸速度。同時由于A/D轉換器主動申請數據傳輸，而DMA申請比外設中斷申請的優先級高，A/D轉換數據能夠及時讀入，系統性能也得到了提高，但實現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三種數據傳輸方式。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轉換完畢時，標志位STS由高電平變為低是電平，從而引起D觸發器U20A觸發，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通過一個三態門（端口地址為&0X23F）與數據線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轉換數據的高八位或低四位，且由專門的端口（地址為&0X23D）讀取A/D轉換的數據。實現的硬件電路簡單。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 轉換的數據，故選擇A/D轉換數據的高八位或低四位的功能必須由硬件電路來實現，比較而言，電路更復雜一些。

　　下面介紹DMA方式下的具體實現電路。DMA請求電路由兩個D觸發器組成，當A/D轉換完畢時，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，觸發器U20B的輸出Q為低電平，A/D轉換數據的高八位傳輸到指定內存單元。在第一次DMA傳輸結束時，DACK1由低電平變成高電平，觸發器U20B的輸出為高電平，但觸發器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，觸發器U20B的輸出為高電平，A/D轉換數據的低四位傳輸到指定的內存單元。當第二次DMA傳輸結束時， DACK1由低電平變成高電平，使觸發U20B輸出低電平，同時觸發器U20A的輸出Q變為低電平，DRQ1=0變為低電平，DRQ1=0，DMA通道1 的請求被撤銷，結束一次A/D轉換12位數據傳輸過程。

　　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位數據并為A/D轉換作準備*/

　　{

　　}; /*啟動A/D并檢查A/D是否轉換完畢*/

　　dh=inportb(0x23d); /*輸入高八位數據*/

　　outporth(0x23a,0x01); /*選擇傳輸低四位數據*/

　　dl=inportb(0x23d); /*輸入低四位數據*/

　　outportb(0x23a,0x00); /*選擇傳輸高8位數據并為A/D轉換作準備*/

　　dl=dl>>4；

　　dh1=dh;

　　dl=(dh1<<4)+dl;

　　dh=dh>>4; /*將高八位低四位數據轉化為高四位低八位數據*/

　　d=dh*256+dl; /*拼合12位數據*/

　　u=(d-2047)*10.0/4096; /*轉換電壓值*/

　　2.2 寫啟動和查詢方式的編程

　　outportb(0x23d,0x00)； /*寫啟動A/D轉換*/

　　if(inporth(0x23e)&0x80);/*D7=1則A/D轉換完畢*/

　　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器1的計數值。

　　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位的數值，而將低16位地址的數值寫入地址寄存器。寫基值字節計數寄存器的字節總數值應為需要傳輸的字節數減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); /*輸入高八位數據*/

　　outportb(0x23a,0x01); /*選擇傳輸低四位數據*/

　　dl5=inportb(0x23d); /*輸入低四位數據*/

　　outportb(0x23a,0x00)； /*選擇傳輸高8位數據并為A/D轉換作準備*/

　　outportb(0x23c,0x00); /*A/D轉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三種數據傳輸功能，同時采用8253定時脈沖或端口寫兩種A/D啟動方式。其中 DMA方式實現了數據的快速傳輸，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機的數據采集板已用于我們的高頻多譜勒和到達角探測分析系統中，取得了滿意的效果。這些設計方法和原理在其它實際數據采集系統的設計過程中，也會具有重要的參考價值。