高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片LM12H458及其應用
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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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其內部的電荷重分配ADC采用電容梯形網(wǎng)絡代替普通的電阻梯形網(wǎng)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(shù)字輸出的每一位，中間電壓的個數(shù)和比較的次數(shù)對應于ADC的分辨率，通過校準ADC中的電容網(wǎng)絡可校準數(shù)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(shù)；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(shù)。上述兩種模式的修正系數(shù)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(shù)。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(shù)和線性修正系數(shù)來修正每一次的轉換結果?？撮T狗模式用于監(jiān)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，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(tài)、校準偏移和線性誤差、選擇RAM區(qū)等。
指令RAM分為三個區(qū)：指令區(qū)、門限1區(qū)、門限2區(qū)。每一條指令（48bit＝3X16bit）分散在三個16比特字寬的RAM區(qū)中，三個區(qū)的選擇可由配置寄存器2bit的RAM指針來控制。指令區(qū)可設置通道的選擇、工作模式、采樣時間和循環(huán)位。其它兩個區(qū)用于設置上下門限值。DAS可從指令0連續(xù)執(zhí)行所有設置的指令，執(zhí)行的最后一條指令的循環(huán)位為1時，再返回到指令0。指令執(zhí)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(huán)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(jié)與中斷1、2有關。
圖2 LM12H458與80C51的接口電路
中斷狀態(tài)寄存器和門限狀態(tài)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(zhí)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(yōu)先級別，中斷使能寄存器可使能或禁止相應的中斷，當發(fā)生中斷時，中斷狀態(tài)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(guī)定的門限值以外產生中斷。
*INT1：序列發(fā)生器執(zhí)行到某條指令時，該指令地址等于中斷使能寄存器中bit8～bit10設定的值時，產生中斷。
*INT2：A/D轉換的結果保存在FIFO，當FIFO中轉換結果的個數(shù)等于中斷使能寄存器比特11～15中設定的值時，產生中斷。
*INT3：完成單次采樣自動校準后產生中斷。
*INT4：完成一次完整的自校準后產生中斷。
*INT5：執(zhí)行時，指令暫停位為1時產生中斷。
*INT6：電源指示中斷，當芯片供電電壓小于4V時，產生中斷。
*INT7：在從等待模式返回10ms后產生中斷。
圖3 編程流程圖
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