基于A/D芯片AD1674设计的数据采集电路

1.3.2 A/D转换数据的读取方式

　　在数据采集系统中，计算机读取A/D转换数据的方式一般有三种，即查询、中断和DMA方式。其中查询方式就是通过查询标志位来判断A/D是否转换完毕，如果 A/D转换完毕则读入转换的数据。这种方式下CPU主动查询，通过CPU读取A/D转换的数据，故实现的硬件电路简单，但数据读取速度慢，同时在 WINDOWS的多任务执行方式下，存在着A/D转换数据不能及时读入的问题。中断方式是利用A/D转换完毕的标志位触发一硬中断，然后中断管理器向 CPU提出中断申请。在中断允许的情况下，执行中断服务程序读入转换的数据。这种方式实现的硬件电路也比较简单，但中断服务程序的介入，引起数据采集程序的断点的不可预测性，这样会导致数据采集程序的失控。DMA方式利用A/D转换完毕的标志位向DMA控制器提出DMA申请，当DMA控制器从CPU取得总线控制权时，接口便与内存之间直接地进行数据交换（不经过CPU）。这种方式下，由于不经过CPU读入数据，故提高了数据传输速度。同时由于A/D转换器主动申请数据传输，而DMA申请比外设中断申请的优先级高，A/D转换数据能够及时读入，系统性能也得到了提高，但实现的硬件电路较前两种方式复杂。

　　本电路设计有查询、中断和DMA三种数据传输方式。通过一拨码盘开关来选择不同的的传输方式。如图3所示，当A/D转换完毕时，标志位STS由高电平变为低是电平，从而引起D触发器U20A触发，U20A的输出Q由低电平变成高电平。当拨码盘开关S1选择为查询方式时，该U20A的输出Q通过一个三态门（端口地址为&0X23F）与数据线D6相连，提供计算机查询；在中断方式下，该U20A的输出Q直接与硬中断引脚IRQ2相连，当Q由低电平变成高电平时，引起计算机中断。在前两种方式下，通过软件编程，向一锁存器U22的最低位写入0或1，选择读取A/D转换数据的高八位或低四位，且由专门的端口（地址为&0X23D）读取A/D转换的数据。实现的硬件电路简单。而在DMA方式下，通过应答信号DACK1寻址，并不由专门的端口读取A/D 转换的数据，故选择A/D转换数据的高八位或低四位的功能必须由硬件电路来实现，比较而言，电路更复杂一些。

　　下面介绍DMA方式下的具体实现电路。DMA请求电路由两个D触发器组成，当A/D转换完毕时，U20A的输出Q由低电平变成高电平，DRQ1=1， DMA通道1发出请求，DRQ1被认可后进行两次DMA传输。在第一次DMA传输期间，触发器U20B的输出Q为低电平，A/D转换数据的高八位传输到指定内存单元。在第一次DMA传输结束时，DACK1由低电平变成高电平，触发器U20B的输出为高电平，但触发器U20A的输出Q仍然是高电平，该电平申请第二次DMA传输。在第二次DMA传输期间，触发器U20B的输出为高电平，A/D转换数据的低四位传输到指定的内存单元。当第二次DMA传输结束时， DACK1由低电平变成高电平，使触发U20B输出低电平，同时触发器U20A的输出Q变为低电平，DRQ1=0变为低电平，DRQ1=0，DMA通道1 的请求被撤销，结束一次A/D转换12位数据传输过程。

2 软件设计

　　该接口电路支持各种带有口指令操作的高级语言和8086/8088汇编语言。以下就以Turbo C为例对相应的部分编程，经供参考。

2.1 A/D编程

　　该编程适合于中断或查询方式下的编程，端口地址=0x238～0x23f。

　　outportb(0x23c,0x00)； /*初始化清零*/

　　outportb(0x23a,0x00)； /*选择传输高8位数据并为A/D转换作准备*/

　　{

　　}; /*启动A/D并检查A/D是否转换完毕*/

　　dh=inportb(0x23d); /*输入高八位数据*/

　　outporth(0x23a,0x01); /*选择传输低四位数据*/

　　dl=inportb(0x23d); /*输入低四位数据*/

　　outportb(0x23a,0x00); /*选择传输高8位数据并为A/D转换作准备*/

　　dl=dl>>4；

　　dh1=dh;

　　dl=(dh1<<4)+dl;

　　dh=dh>>4; /*将高八位低四位数据转化为高四位低八位数据*/

　　d=dh*256+dl; /*拼合12位数据*/

　　u=(d-2047)*10.0/4096; /*转换电压值*/

2.2 写启动和查询方式的编程

　　outportb(0x23d,0x00)； /*写启动A/D转换*/

　　if(inporth(0x23e)&0x80);/*D7=1则A/D转换完毕*/

2.3 8253定时器编程

　　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); /*启动CH0,CH1工作*/

　　其中采样频率决写入计数器1的计数值。

2.4 DMA方式下PC主机中8237A DMA控制器编程

　　8237A DMA控制器具有4个DMA通道，该接口电路使用通道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*/

　　其中写入11口的数值应按照具体的工作方式来确定，写入131口的页地址SEG取20位绝对地址的最高4位的数值，而将低16位地址的数值写入地址寄存器。写基值字节计数寄存器的字节总数值应为需要传输的字节数减1。

2.5 中断服务程序的编写以有中断向量的装入

　　void interrupt int9() /*中断服务程序*/

　　{ disable();

　　ah5=inportb(0x23d); /*输入高八位数据*/

　　outportb(0x23a,0x01); /*选择传输低四位数据*/

　　dl5=inportb(0x23d); /*输入低四位数据*/

　　outportb(0x23a,0x00)； /*选择传输高8位数据并为A/D转换作准备*/

　　outportb(0x23c,0x00); /*A/D转换完毕的标志位清零*/

　　outportb(0x20,0x20);

　　enable();

　　}

　　void stall 1(void interrupt(*faddr)())

　　{

　　disable();

　　setvect(INT1,faddr); /*装入中断服务程序*/

　　enable();

　　}

　　本文介绍一种基于AD1674设计的接口电路，该电路具有查询、中断和DMA三种数据传输功能，同时采用8253定时脉冲或端口写两种A/D启动方式。其中 DMA方式实现了数据的快速传输，而两种A/D启动方式将会使采样率的设定更加灵活。应用本文原理设计的可插入通用PC机的数据采集板已用于我们的高频多谱勒和到达角探测分析系统中，取得了满意的效果。这些设计方法和原理在其它实际数据采集系统的设计过程中，也会具有重要的参考价值。