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高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片LM12H458及其應(yīng)用
摘要：ＬＭ１２Ｈ４５８是美國(guó)ＮＳ公司生產(chǎn)的８通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，它精度高、轉(zhuǎn)換迅速、數(shù)據(jù)傳輸快、集成度高、單電源供電、外圍接口簡(jiǎn)單。ＬＭ１２Ｈ４５８內(nèi)含可用來(lái)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果的３２字的ＦＩＦＯ和存儲(chǔ)指令的８字ＲＡＭ。文中介紹了ＬＭ１２Ｈ４５８的工作原理、引腳功能和具體應(yīng)用電路。１ 概述
ＬＭ１２Ｈ４５８是高集成度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?ＤＡＳ?芯片，它將采樣保持、Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換集成在一塊芯片內(nèi)，從而大大減少了外圍電路的設(shè)計(jì)。其８路模擬信號(hào)輸入既可作為單端輸入，又可兩兩組成差分輸入。器件內(nèi)部提供的一個(gè)２．５Ｖ參考電壓、８×４８ｂｉｔ指令ＲＡＭ和３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ大大減小了微處理器的負(fù)擔(dān)。ＬＭ１２Ｈ４５８的工作電壓為３～５．５Ｖ，功耗小于３４ｍＷ，待命模式下的功耗只有５０μＷ。此外，ＬＭ１２Ｈ４５８還有如下主要性能：
●有三種工作模式：分別為帶符號(hào)的１３位模式、帶符號(hào)的９位模式和看門(mén)狗模式；
●有８?jìng)�(gè)模擬信號(hào)輸入通道，模擬信號(hào)可單端輸入，也可差分輸入；
●內(nèi)置采樣保持和２．５Ｖ參考電壓；
●內(nèi)含３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ；
●采樣時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率可編程；
●具有自校準(zhǔn)和診斷模式；
●帶有８位或１６位數(shù)據(jù)總線。
２ 引腳功能和功能說(shuō)明
ＬＭ１２Ｈ４５８的引腳功能如表１所列。圖１為其內(nèi)部功能框圖。ＬＭ１２Ｈ４５８是一個(gè)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其內(nèi)部的電荷重分配ＡＤＣ采用電容梯形網(wǎng)絡(luò)代替普通的電阻梯形網(wǎng)絡(luò)，并使用逐步逼近寄存器的ＤＡＣ使ＶＲＥＦ－和ＶＲＥＦ＋之間產(chǎn)生一個(gè)中間電壓，該電壓與輸入的采樣電壓相比較可產(chǎn)生數(shù)字輸出的每一位，中間電壓的個(gè)數(shù)和比較的次數(shù)對(duì)應(yīng)于ＡＤＣ的分辨率，通過(guò)校準(zhǔn)ＡＤＣ中的電容網(wǎng)絡(luò)可校準(zhǔn)數(shù)字輸出的每一位精度。ＬＭ１２Ｈ４５８有兩種不同的校準(zhǔn)模式：一種是補(bǔ)償偏移電壓或零誤差，在該模式下只測(cè)量一次偏移誤差，并依此建立修正系數(shù)；另一種為修正偏移誤差和ＡＤＣ線性誤差，稱為全校準(zhǔn)。將該模式下的偏移誤差測(cè)量八次，并取平均值即可建立修正系數(shù)。上述兩種模式的修正系數(shù)被存貯在內(nèi)部的偏移修正寄存器中。ＬＭ１２Ｈ４５８的線性修正是通過(guò)修正內(nèi)部ＤＡＣ的失配電容獲得的，在ＬＭ１２Ｈ４５８內(nèi)部ＲＯＭ中存有校準(zhǔn)算法，可對(duì)每一個(gè)電容校準(zhǔn)８次并取平均值，從而產(chǎn)生線性修正系數(shù)。一旦校準(zhǔn)后，內(nèi)部算術(shù)邏輯單元（ＡＬＵ）即可使用偏移誤差修正系數(shù)和線性修正系數(shù)來(lái)修正每一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果。看門(mén)狗模式用于監(jiān)控單端輸入或差分輸入信號(hào)的幅值。每個(gè)采樣信號(hào)都有上下兩個(gè)門(mén)限，輸入信號(hào)高于或低于某一門(mén)限值都會(huì)產(chǎn)生中斷。
表1 LM12H458的腳符號(hào)及功能
ＬＭ１２Ｈ４５８是一個(gè)多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)部有２８?jìng)�(gè)１６ｂｉｔ的寄存器，各個(gè)寄存器的功能如下：
配置寄存器是ＤＡＳ的控制中心，可用于控制序列器的啟動(dòng)和停止、復(fù)位ＲＡＭ指針和標(biāo)志、設(shè)置待命狀態(tài)、校準(zhǔn)偏移和線性誤差、選擇ＲＡＭ區(qū)等。
指令ＲＡＭ分為三個(gè)區(qū)：指令區(qū)、門(mén)限１區(qū)、門(mén)限２區(qū)。每一條指令（４８ｂｉｔ＝３Ｘ１６ｂｉｔ）分散在三個(gè)１６比特字寬的ＲＡＭ區(qū)中，三個(gè)區(qū)的選擇可由配置寄存器２ｂｉｔ的ＲＡＭ指針來(lái)控制。指令區(qū)可設(shè)置通道的選擇、工作模式、采樣時(shí)間和循環(huán)位。其它兩個(gè)區(qū)用于設(shè)置上下門(mén)限值。ＤＡＳ可從指令０連續(xù)執(zhí)行所有設(shè)置的指令，執(zhí)行的最后一條指令的循環(huán)位為１時(shí)，再返回到指令０。指令執(zhí)行期間，微處理器不能訪問(wèn)指令ＲＡＭ，只有處理器終止指令循環(huán)后才可訪問(wèn)。
ＦＩＦＯ為只讀寄存器，可用于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換結(jié)果。
中斷使能寄存器可使用戶激活８?jìng)�(gè)中斷源，該寄存器的高字節(jié)與中斷１、２有關(guān)。
圖2 LM12H458與80C51的接口電路
中斷狀態(tài)寄存器和門(mén)限狀態(tài)寄存器用于指示ＤＡＳ中斷源和輸入信號(hào)是否超過(guò)上門(mén)限或下門(mén)限。
定時(shí)寄存器用于設(shè)置指令執(zhí)行前的等待時(shí)間。而指令寄存器的ｂｉｔ９可使能或禁止插入等待時(shí)間。
ＬＭ１２Ｈ４５８有８?jìng)�(gè)中斷源，各中斷具有同等的優(yōu)先級(jí)別，中斷使能寄存器可使能或禁止相應(yīng)的中斷，當(dāng)發(fā)生中斷時(shí)，中斷狀態(tài)寄存器相應(yīng)的位置１。各個(gè)中斷對(duì)應(yīng)的功能如下：
●ＩＮＴ０：模擬輸入信號(hào)在規(guī)定的門(mén)限值以外產(chǎn)生中斷。
●ＩＮＴ１：序列發(fā)生器執(zhí)行到某條指令時(shí)，該指令地址等于中斷使能寄存器中ｂｉｔ８～
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