模數(shù)轉(zhuǎn)換器是工業(yè)測(cè)量和控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的重要部件，它是測(cè)控現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)源與數(shù)字計(jì)算機(jī)之間的接口，其任務(wù)是把現(xiàn)場(chǎng)中連續(xù)變化的被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散信號(hào)，再由工控計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。這就要求系統(tǒng)將所采集的模擬數(shù)據(jù)信號(hào)盡可能真實(shí)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(zhuǎn)換板卡。該板卡以AD574為A/D轉(zhuǎn)換核心，在ISA總線技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用較少的外圍元件來實(shí)現(xiàn)多通道、高精度的A/D轉(zhuǎn)換。該板卡具有 32路單端信號(hào)輸入，電壓范圍為0V～12V，轉(zhuǎn)換位數(shù)為12bit/8bit任選，同時(shí)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(shí)現(xiàn)方法。

2硬件電路

本轉(zhuǎn)換卡的硬件電路由數(shù)字總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號(hào)產(chǎn)生電路、a/d轉(zhuǎn)換電路、自檢電路、電源電路等組成。圖1所示是其硬件系統(tǒng)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(shù)據(jù)總線緩沖器、讀/寫地址控制/譯碼器、板號(hào)產(chǎn)生電路等組成,輸入來自isa總線的數(shù)據(jù)信號(hào)(如ior、板號(hào)產(chǎn)生電路u2(74ls688)輸出地址有效信號(hào)adr,其具體地址由地址撥碼開關(guān)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(hào)r27xh/w27xh(x代表0～7),以選中系統(tǒng)中其它功能芯片;當(dāng)?shù)刂酚行?adr)時(shí),通過ior/iow判別數(shù)據(jù)緩沖u1(74ls245)的數(shù)據(jù)流向,以及數(shù)據(jù)的輸出或讀入。該板卡在輸出控制信號(hào)或檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí),可通過中斷方式完成多組數(shù)據(jù)的輸出或輸入。

2.2 模擬輸入電路

根據(jù)設(shè)計(jì)要求,該板卡采用轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs的12bit逐次比較型ad574轉(zhuǎn)換芯片作為a/d轉(zhuǎn)換器的核心,在本應(yīng)用系統(tǒng)中,輸入信號(hào)為單板性信號(hào)(0v～+12v),用ad574進(jìn)行單極性模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換的具體硬件電路如圖3所示。

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

表1 ad574控制信號(hào)的功能組合

應(yīng)用時(shí),如ce=1、cs=0,則ad574處于工作狀態(tài);而當(dāng)ad574處于工作狀態(tài)且r/c=0時(shí),則啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換,r/c=1時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀出。12/8和a0端用來控制轉(zhuǎn)換字長(zhǎng)和數(shù)據(jù)格式：若a0=0時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換,則以完整的12位a/d轉(zhuǎn)換方式工作,而若a0=1時(shí)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換,則以8位a/d轉(zhuǎn)換方式工作。ad574處于數(shù)據(jù)讀出工作狀態(tài)(r/c=1)時(shí),a0和12/8將作為數(shù)據(jù)讀出格式控制端。12/8為1對(duì)應(yīng)12位并行輸出;12/8=0則對(duì)應(yīng)8位雙字節(jié)輸出。其中a0=0時(shí)輸出高八位,a0=1時(shí)輸出低四位,并以四個(gè)0補(bǔ)足尾隨的四位。應(yīng)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(shù)據(jù)輸出期間不能變化。電路中的w1為調(diào)零電阻器,w2為調(diào)增益變阻器。

2.3 自檢電路

在自檢狀態(tài)下,u15輸出控制數(shù)據(jù)a00、a11、a22、a33、a44、a55和111110,以選通第32通道,輸入信號(hào)則是由電源電路穩(wěn)壓的+5v標(biāo)準(zhǔn)電壓。可用計(jì)算機(jī)控制a/d轉(zhuǎn)換并讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),以判斷器件的工作狀況,從而實(shí)現(xiàn)板卡的自檢,通過自檢可以判斷出產(chǎn)生故障的主要元器件。