基于ISA总线的ADC板卡设计

    关键词：AD574 A/D转换 ISA总线

1 引言

模数转换器是工业测量和控制系统中数据采集子系统的重要部件，它是测控现场的模拟信号源与数字计算机之间的接口，其任务是把现场中连续变化的被测信号转换成离散信号，再由工控计算机作进一步的数据处理。这就要求系统将所采集的模拟数据信号尽可能真实地、不失真地显示给控制人员，为此，笔者研制了基于ISA总线的A/D转换板卡。该板卡以AD574为A/D转换核心，在ISA总线技术的基础上，利用较少的外围元件来实现多通道、高精度的A/D转换。该板卡具有32路单端信号输入，电压范围为0V～12V，转换位数为12bit/8bit任选，同时具有自检功能。本文主要介绍该板卡的硬件组成原理和软件实现方法。

2 硬件电路

本转换卡的硬件电路由数字总线缓冲器、读/写地址控制/译码器、板号产生电路、A/D转换电路、自检电路、电源电路等组成。图1所示是其硬件系统组成框图。

2．1 ISA总线接口与控制电路

ISA总线接口与控制电路电路如图2所示。该电路由数据总线缓冲器、读/写地址控制/译码器、板号产生电路等组成，输入来自ISA总线的数据信号（如IOR、板号产生电路U2（74LS688）输出地址有效信号ADR，其具体地址由地址拨码开关SWDIP确定，本板卡中的地址为0x270H～0x277H；读/写地址控制/译码器U4、U5（74LS138）可用于形成该板卡的读写片选信号R27XH/W27XH（X代表0～7），以选中系统中其它功能芯片；当地址有效（ADR）时，通过IOR/IOW判别数据缓冲U1（74LS245）的数据流向，以及数据的输出或读入。该板卡在输出控制信号或检测数据时，可通过中断方式完成多组数据的输出或输入。

图2

    2．2 模拟输入电路

根据设计要求，该板卡采用转换时间为25μs的12bit逐次比较型AD574转换芯片作为A/D转换器的核心，在本应用系统中，输入信号为单板性信号（0V～+12V），用AD574进行单极性模拟信号转换的具体硬件电路如图3所示。

图3

    图中，U15可根据系统的工作状态，通过DA1～DA5来改变U10、U11（MAX306）的控制地址，以选择信号的输入通道（共32路），模拟信号的输入电压值应为0V～+12V；U14通过CS、R/C、CE等来控制AD574的具体工作状态，转换的数据通过缓冲器U13（74LS541）输出，其中低4位共用。AD574的工作状态由CE、CS、R/C、12/8、A0五个控制信号决定，这些信号的组合控制功能如表1所列。

表1 AD574控制信号的功能组合

应用时，如CE=1、CS=0，则AD574处于工作状态；而当AD574处于工作状态且R/C=0时，则启动A/D转换，R/C=1时进行数据读出。12/8和A0端用来控制转换字长和数据格式：若A0=0时启动转换，则以完整的12位A/D转换方式工作，而若A0=1时启动转换，则以8位A/D转换方式工作。AD574处于数据读出工作状态（R/C=1）时，A0和12/8将作为数据读出格式控制端。12/8为1对应12位并行输出；12/8=0则对应8位双字节输出。其中A0=0时输出高八位，A0=1时输出低四位，并以四个0补足尾随的四位。应注意：12/8端与TTL电平不兼容，因此，只能将其与VCC或GND相连，且A0数据输出期间不能变化。电路中的W1为调零电阻器，W2为调增益变阻器。

2．3 自检电路

在自检状态下，U15输出控制数据A00、A11、A22、A33、A44、A55和111110，以选通第32通道，输入信号则是由电源电路稳压的+5V标准电压。可用计算机控制A/D转换并读入转换数据，以判断器件的工作状况，从而实现板卡的自检，通过自检可以判断出产生故障的主要元器件。