經(jīng)USB端口的模擬和數(shù)字I/O

本文給出通過計(jì)算機(jī)USB端口得到16位數(shù)字I/O和12位模擬I/O。用Gigatechnology USB 模塊和 LTC1286ADC、LTC1451DAC 實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)。
USB模塊
USB模塊接入U(xiǎn)SB總線，它提供字節(jié)寬的雙向信號(hào)。4個(gè)其他信號(hào)控制數(shù)據(jù)流。為了從PC得到數(shù)據(jù)，等待直到*RXF輸出為高態(tài)和*RD輸入為低態(tài)為止，然后數(shù)據(jù)呈現(xiàn)在雙向引腳。在*RD變化狀態(tài)之后，*RXF輸出變高態(tài)。重復(fù)此過程直到讀出所有數(shù)據(jù)為止。在*WR輸入的負(fù)沿送數(shù)據(jù)到PC，*TXE輸出應(yīng)變高態(tài)。當(dāng)它再次變低態(tài)時(shí)，可以發(fā)送更多數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)輸出
從PC送數(shù)據(jù)到USB模塊，過程為：
* 打開器件。
* 從PC發(fā)送代表數(shù)據(jù)的字符串。
* 關(guān)閉器件。
當(dāng)從PC發(fā)送數(shù)據(jù)到模塊時(shí)，Visual Basic程序檢測(cè)代表數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的檢查單元中的變化或定義ADC輸出的區(qū)域中設(shè)置變化。程序匯編字符串，每個(gè)字符的bit5和bit2表示被發(fā)送的模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。Bit3表示選通數(shù)據(jù)進(jìn)入74HC595輸入寄存器（圖2）和LTC1451寄存器的時(shí)鐘信號(hào)（圖3）。在數(shù)據(jù)正確地放送后，后跟兩個(gè)字符。Bit1選通數(shù)據(jù)進(jìn)入74HC595輸出并驅(qū)動(dòng)LTC1451門*CS輸入。
盡管DAC是12位器件，但它可以接收16個(gè)時(shí)鐘脈沖，它仍然能正確工作，這是因?yàn)榍‘?dāng)?shù)剡x通*CS輸入。因?yàn)樗紫冉邮諗?shù)據(jù)MSB，所以，bit0必須在數(shù)字輸出字bit16相當(dāng)時(shí)間發(fā)送，bit11與數(shù)字輸出字bit4的相當(dāng)時(shí)間發(fā)送，這靠軟件實(shí)現(xiàn)。
ADC具有內(nèi)部2.048V基準(zhǔn)和倍數(shù)2放大器，因此，毫伏輸出是方便的等效碼。
數(shù)據(jù)輸入
數(shù)據(jù)輸入過程如下：
* 打開器件；
* 從USB模塊中讀表示數(shù)據(jù)的字符串；
* 關(guān)閉器件。
為了從USB模塊中讀數(shù)據(jù)到PC，程序匯編鎖存在74HC589輸入寄存器中的字符中，此時(shí)再次用bit1。字符串其后的字符再次選通bit7低態(tài)和高態(tài)，選通U3a（圖1）并送其Q輸出為1。U3a的Q和*Q輸出信號(hào)控制74HC589器件的*SLOAD輸入和LTC1286的*CS輸入。它也去除來自U4的復(fù)位信號(hào)，允許工作直到共Q9輸出變邏輯1為止，通過U3b復(fù)位U3a。當(dāng)U4工作時(shí)，其Q4輸出提供16個(gè)時(shí)鐘沿來選通來自LTC1286的數(shù)據(jù)輸入。此信號(hào)經(jīng)反相器也選通74HC589（圖2）和USB模塊的*WR輸入。74HC589和LTC1286 ADC（圖3）在時(shí)鐘沿的不同極性轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，而電路能確保USB模塊在有效時(shí)鐘沿之間的中間狀態(tài)接收數(shù)據(jù)。
來自USB模塊的模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)分別從模塊返回字符串中bit6和bit4獲得。在*CS有效之后，ADC在第4個(gè)時(shí)鐘脈沖給出其輸出的最高有效位（D11），其他位緊隨其后，在第15個(gè)時(shí)時(shí)脈沖輸出最低有效位（D0）。為了與數(shù)字輸入具有共性，電路中給出第16個(gè)時(shí)鐘脈沖；在第16個(gè)脈沖期間，ADC再一次輸出D1。因此，軟件除去USB所接收的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最后1位，并轉(zhuǎn)送剩余的其他正確位。
因?yàn)闀r(shí)鐘率必須低于單純數(shù)字情況下的時(shí)鐘率，所以，不需要來自USB模塊的*TXE信號(hào)。在此采用4MHz振蕩器連率，需要選擇U4的不同輸出以獲得ADC所用的低于200KHz時(shí)鐘率。
在ADC之前有一個(gè)1增益運(yùn)放，提供高輸入阻抗并使ADC所產(chǎn)生的噪聲與輸入隔離。電位器（圖3）補(bǔ)償放大器漂移并設(shè)置到零輸入電壓時(shí)ADC讀出零。本文所用ADC是12位器件，其輸出碼是：4096