基于A/D芯片AD1674设计的数据采集电路

　　随着科学技术的发展，计算机在测量与控制中的应用日益广泛。为了使外部世界的模拟信号与计算机接口，需要进行模/数转换，该转换一般通过A/D芯片来完成。目前市场上出现了各种A/D芯片，且各种A/D芯片具有不同的控制方式和应用条件。对于高速数据采集，最大采样频率取决于A/D的转换时间以及数据的传输时间。提高最大采样频率可通过缩短A/D的转换时间或提高数据的传输速度来实现。如果与PC机接口，数据的传输速度决定于PC机的主频以及数据的传输方式，常用的有查询和中断方式，若采用DMA传输方式则可进一步提高数据的传输速度。本文选取AD1674芯片，设计具有查询、中断和DMA三种数据传输方式的数据采集电路。该电路既可以采用定时器定时，通过8253定时器的控制设煊可变的采样变（步进间隔为1μs），获得高准确的采样间隔；也可以采用软件定时，通过端口写启动A/D来实现。在时序方面，该电路解决了A/D控制信号与计算机时序匹配问题，可能与高档PC机进行接口。

　　1 硬件设计

　　1.1 AD1674接口电路

　　文献[1]详细介绍了AD1674芯片的性能和控制信号的时序。在完全受控方式下，最好是用逻辑控制信号CE启动数据读或A/D转换；在CE有效时，片选信号CS应有效，并且控制信号R/C和A0已确定，只有满足这种时序，AD1674才能正常工作。

　　1.2 A/D转换及数据的读时序

　　对A/D接口电路而言，只有PC机的时序与AD1674的要求时序匹配才能保证电路的正常工作。该电路的A/D转换及数据的读时序如图1所示。

　　A在/D转换时，8253的定时脉冲或端口写脉冲QD经过延时和调节定时宽度后，使A/D的使能控制CE开始启动A/D转换。同时QD宽度为1μs的低电平脉冲（在端口写启动方式下，1μs的低脉冲是由端口写脉冲经调节定时宽度后获得）使R/C的转换有效，A0及片选CS可在A/D转换前设置为有效。当读取A/D转换后的数据时，端口读信号或 DMA读信号D直接使A/CD的使能控制CE启动数据读，此时R/C=1，R/C的读有效，开始12位数据的读取。当A0=0时，读取高八位数据；当A0 =1时，读取数据低四位，读完后A0=0，准备下一次A/D转换。可见该时序既能与PC机接口，又能使AD1674正常工作。

　　1.3 A/D转换及数据读取的实现电路

　　本电路的AD1674工作在完全受控方式。A/D转换为12位，而转换后数据分两次读取，即先读数据的高八位，后读数据的低四位。

　　1.3.1 A/D转换的启动方式

　　A/D转换的启动方式有两种：8253定时器硬件启动和写端口软件启动。

　　8253 定时器启动方式应用于对数据采集的时隔要求准确的场合，该方式是利用8253的定时脉冲启动A/D转换，通过8253数据总线缓冲器（端口地址为 &0X23F）输出鉴别通道的计数初值，通过向6位锁存器74LS174（端口地址为&0X23B）写入控制字设定8253的控制字以及 A/D片选控制位。6位锁存器数据位定义说明如下：

　　A1A0=00:&0X23D口输出的数据为计数器0的计数值。

　　A1A0=01:&0X23F口输出的数据为计数器1的计数值。

　　A1A0=10:&0X23F口输出的数据为计数器2的计数值。

　　A1A0=11:&0X23F口输出的数据为计数器8253的方式字。

　　G0&G1=1:起动计数器0和计数器1；G0&G=0：禁止计数器0和计数器1。

　　CS=1:选中A/D芯片CS=0；不选中A/D芯片。

　　具体的实现电路如图2所示。首先将8253定时通道0与通道1串联起来定时，通道0的时钟输入CLK0的频率是2MHz，工作在方式3（方波比率发生器）下，通道0的输出OUT0为频率1MHz的方波，作为通道1的输入时钟CLK1。通道1设定为方式2，即通道1的输出OUT1从输出开始一直维持高电平，计数回零后，输出为低电平并自动重新装入原计数值，低电平维持一个时钟周期后，输出恢复高电平并重新作减法计数。输出OUT1分为两路信号，一路通过与门 U18A输出，作为AD1674的R/C控制信号；另一路经过单稳触发器U24延时和调节定时宽度后，再通过或门U15C输出作为AD1674的CE控制信号。当OUT1输出宽度为1μs的低电平脉冲时，一方面使控制信号R/C的转换有效，同时经延时和调节定时宽度后，使A/D的使能控制CE开始启动A/D转换。因此在装入计数初值以后，只要设置6位锁存器U8的控制字，就可利用8253定时器启动A/D。

　　写启动A/D方式应用于软件定时，即通过对端口（地址为&0X23D）写来触发A/D转换。如图2所示，端口写信号一方面经过单稳触发器U6A调节定时宽度（宽度为1μs）后，作为AD1674的R/C控制信号，同时经过另一单稳触发器U24延时和调节定时宽度后，再通过或门U15C输出作为AD1674的CE控制信号。

　　可见两种启动A/D转换的过程相似。相比较而言，前者的采样间隔是由8253定时脉冲的周期决定的，属于可编程定时器方式定时，共特点是采样间隔准确；后者则由相邻两次写端口（地址为&0X23D）的时间差决定采样间隔，为软件定时方式，特点是灵活方便。