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高性能數據采集系統芯片LM12H458及其應用
摘要：ＬＭ１２Ｈ４５８是美國ＮＳ公司生產的８通道數據采集系統芯片，它精度高、轉換迅速、數據傳輸快、集成度高、單電源供電、外圍接口簡單。ＬＭ１２Ｈ４５８內含可用來存儲轉換結果的３２字的ＦＩＦＯ和存儲指令的８字ＲＡＭ。文中介紹了ＬＭ１２Ｈ４５８的工作原理、引腳功能和具體應用電路。１ 概述
ＬＭ１２Ｈ４５８是高集成度的數據采集系統?ＤＡＳ?芯片，它將采樣保持、Ａ／Ｄ轉換集成在一塊芯片內，從而大大減少了外圍電路的設計。其８路模擬信號輸入既可作為單端輸入，又可兩兩組成差分輸入。器件內部提供的一個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擔。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：分別為帶符號的１３位模式、帶符號的９位模式和看門狗模式；
●有８個模擬信號輸入通道，模擬信號可單端輸入，也可差分輸入；
●內置采樣保持和２．５Ｖ參考電壓；
●內含３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ；
●采樣時間和轉換速率可編程；
●具有自校準和診斷模式；
●帶有８位或１６位數據總線。
２ 引腳功能和功能說明
ＬＭ１２Ｈ４５８的引腳功能如表１所列。圖１為其內部功能框圖。ＬＭ１２Ｈ４５８是一個多功能數據采集系統，其內部的電荷重分配ＡＤＣ采用電容梯形網絡代替普通的電阻梯形網絡，并使用逐步逼近寄存器的ＤＡＣ使ＶＲＥＦ－和ＶＲＥＦ＋之間產生一個中間電壓，該電壓與輸入的采樣電壓相比較可產生數字輸出的每一位，中間電壓的個數和比較的次數對應于ＡＤＣ的分辨率，通過校準ＡＤＣ中的電容網絡可校準數字輸出的每一位精度。ＬＭ１２Ｈ４５８有兩種不同的校準模式：一種是補償偏移電壓或零誤差，在該模式下只測量一次偏移誤差，并依此建立修正系數；另一種為修正偏移誤差和ＡＤＣ線性誤差，稱為全校準。將該模式下的偏移誤差測量八次，并取平均值即可建立修正系數。上述兩種模式的修正系數被存貯在內部的偏移修正寄存器中。ＬＭ１２Ｈ４５８的線性修正是通過修正內部ＤＡＣ的失配電容獲得的，在ＬＭ１２Ｈ４５８內部ＲＯＭ中存有校準算法，可對每一個電容校準８次并取平均值，從而產生線性修正系數。一旦校準后，內部算術邏輯單元（ＡＬＵ）即可使用偏移誤差修正系數和線性修正系數來修正每一次的轉換結果。看門狗模式用于監控單端輸入或差分輸入信號的幅值。每個采樣信號都有上下兩個門限，輸入信號高于或低于某一門限值都會產生中斷。
表1 LM12H458的腳符號及功能
ＬＭ１２Ｈ４５８是一個多功能數據采集系統，內部有２８個１６ｂｉｔ的寄存器，各個寄存器的功能如下：
配置寄存器是ＤＡＳ的控制中心，可用于控制序列器的啟動和停止、復位ＲＡＭ指針和標志、設置待命狀態、校準偏移和線性誤差、選擇ＲＡＭ區等。
指令ＲＡＭ分為三個區：指令區、門限１區、門限２區。每一條指令（４８ｂｉｔ＝３Ｘ１６ｂｉｔ）分散在三個１６比特字寬的ＲＡＭ區中，三個區的選擇可由配置寄存器２ｂｉｔ的ＲＡＭ指針來控制。指令區可設置通道的選擇、工作模式、采樣時間和循環位。其它兩個區用于設置上下門限值。ＤＡＳ可從指令０連續執行所有設置的指令，執行的最后一條指令的循環位為１時，再返回到指令０。指令執行期間，微處理器不能訪問指令ＲＡＭ，只有處理器終止指令循環后才可訪問。
ＦＩＦＯ為只讀寄存器，可用于存儲轉換結果。
中斷使能寄存器可使用戶激活８個中斷源，該寄存器的高字節與中斷１、２有關。
圖2 LM12H458與80C51的接口電路
中斷狀態寄存器和門限狀態寄存器用于指示ＤＡＳ中斷源和輸入信號是否超過上門限或下門限。
定時寄存器用于設置指令執行前的等待時間。而指令寄存器的ｂｉｔ９可使能或禁止插入等待時間。
ＬＭ１２Ｈ４５８有８個中斷源，各中斷具有同等的優先級別，中斷使能寄存器可使能或禁止相應的中斷，當發生中斷時，中斷狀態寄存器相應的位置１。各個中斷對應的功能如下：
●ＩＮＴ０：模擬輸入信號在規定的門限值以外產生中斷。
●ＩＮＴ１：序列發生器執行到某條指令時，該指令地址等于中斷使能寄存器中ｂｉｔ８～
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