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摘要：介绍了基于AD1671 芯片设计的数据采集电路，该电路具有查询、中断和DMA 三种数据传输功能，并且采用8253 定时脉冲和端口写两种A/D 启动方式，适合于不同的应用场合。 关键词：A/D 转换 8253 定时器 DMA 方式 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 定时器的控制设置可变的采样变（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。 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。
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