模數(shù)轉(zhuǎn)換器是工業(yè)測量和控制系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的重要部件，它是測控現(xiàn)場的模擬信號源與數(shù)字計算機之間的接口，其任務是把現(xiàn)場中連續(xù)變化的被測信號轉(zhuǎn)換成離散信號，再由工控計算機作進一步的數(shù)據(jù)處理。這就要求系統(tǒng)將所采集的模擬數(shù)據(jù)信號盡可能真實地、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路單端信號輸入，電壓范圍為0V～12V，轉(zhuǎn)換位數(shù)為12bit/8bit任選，同時具有自檢功能。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、板號產(chǎn)生電路等組成,輸入來自isa總線的數(shù)據(jù)信號(如ior、板號產(chǎn)生電路u2(74ls688)輸出地址有效信號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r27xh/w27xh(x代表0～7),以選中系統(tǒng)中其它功能芯片;當?shù)刂酚行?adr)時,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或檢測數(shù)據(jù)時,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)計要求,該板卡采用轉(zhuǎn)換時間為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,在本應用系統(tǒng)中,輸入信號為單板性信號(0v～+12v),用ad574進行單極性模擬信號轉(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,以選擇信號的輸入通道(共32路),模擬信號的輸入電壓值應為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、a0五個控制信號決定,這些信號的組合控制功能如表1所列。

表1 ad574控制信號的功能組合

應用時,如ce=1、cs=0,則ad574處于工作狀態(tài);而當ad574處于工作狀態(tài)且r/c=0時,則啟動a/d轉(zhuǎn)換,r/c=1時進行數(shù)據(jù)讀出。12/8和a0端用來控制轉(zhuǎn)換字長和數(shù)據(jù)格式：若a0=0時啟動轉(zhuǎn)換,則以完整的12位a/d轉(zhuǎn)換方式工作,而若a0=1時啟動轉(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,a0和12/8將作為數(shù)據(jù)讀出格式控制端。12/8為1對應12位并行輸出;12/8=0則對應8位雙字節(jié)輸出。其中a0=0時輸出高八位,a0=1時輸出低四位,并以四個0補足尾隨的四位。應注意：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,輸入信號則是由電源電路穩(wěn)壓的+5v標準電壓。可用計算機控制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。