高速扫描采样单片机与PC机接口板的设计

2.2 8051单片机与AD1674和AD7534的接口电路

8051单片机与AD1674和AD7534的接口电路如图4所示。其中,AD1674为12位逐次逼近式A/D转换芯片,转换时间为10μs,片内带有采样保持器/放大器和三态输出缓冲器;AD7534为14位高分辨率D/A转换芯片,转换时间为0.18ms;AD586为高精度5V参考电压源,最大偏差为±2.0mV,它为AD7534提供精确的电压基准。


  
图4 单片机与AD1674和AD7534的接口电路

2.3 译码电路

该部分涉及两个译码电路,一个是与PC机ISA总线相连的译码电路(1),另一个是与8051相连的译码电路(2)。译码电路(1)如图5所示,译码电路(2)如图6所示。



图5 与PC机ISA总线相连的译码电路


  
图6 与8051相连的译码电路

由此,板上五个I/O地址代表的含义是:100H——PC机对8051输出控制命令口;101H——PC机读取双端口RAM数据时的低八位地址口;102H——PC机读取双端口RAM数据时的高三位地址口;103H——PC机读取RAM的数据口;104H——表明双端口RAM1、2的标志口。

3 软件设计方案

整个系统的软件设计分为两部分:单片机系统部分和PC机部分。这里仅介绍数据采集和PC机取数程序。

3.1 数据采集程序

单片机发出A/D转换指令后,AD1674开始工作,采集到数据后存到CY7C142(1)中。当RAM1存满后,单片机发出中断请求,通知PC机从双端口RAM1中取走数据,同时将采集的数据存到CY7C142(2)中,RAM2存满后通知PC机取数,如此循环。数据采集程序流程图如图7所示。  


  
图7 数据采集程序流程图

3.2 PC机读取RAM程序

PC机接到单片机发来的中断申请后,立即从双端口RAM中读取数据,首先判断104口的状态以确定取哪一个RAM内的数据,然后向CY7C142读取1024个数据(每个数据两个字节)后中止,等待单片机发出下一个中断申请。PC机读取RAM程序流程图如图8所示。
  


图8 PC机读取RAM程序流程图

读取数据的过程为:首先向101H口、102H口输出低八位、高三位地址,然后向103口读取数据,此后将地址加一再读取八位数据,直到将2048个字节(1024个数据)都读完。这样, 数据被采样控制器8051送入RAM, 同时采样数据又被PC机取走, 这两部分工作互不干扰, 实现了连续不断、大数据量、高速、实时的数据采集。

实验表明,采用双端口RAM作为主从CPU的中介是一种实用、高效的系统设计方法,该方法使得信息交换方便、快速、可靠,加上高速、高性能的A/D和D/A转换电路,实现了色谱-质谱联用仪系统的高速、高精度数据采集及扫描。