高性能数据采集系统芯片LM12H458及其应用
摘要：ＬＭ１２Ｈ４５８是美国ＮＳ公司生产的８通道数据采集系统芯片，它精度高、转换迅速、数据传输快、集成度高、单电源供电、外围接口简单。ＬＭ１２Ｈ４５８内含可用来存储转换结果的３２字的ＦＩＦＯ和存储指令的８字ＲＡＭ。文中介绍了ＬＭ１２Ｈ４５８的工作原理、引脚功能和具体应用电路。
关键词：Ａ／Ｄ转换；数据采集系统（ＤＡＳ）；ＬＭ１２Ｈ４５８
１概述
ＬＭ１２Ｈ４５８是高集成度的数据采集系统?ＤＡＳ?芯片，它将采样保持、Ａ／Ｄ转换集成在一块芯片内，从而大大减少了外围电路的设计。其８路模拟信号输入既可作为单端输入，又可两两组成差分输入。器件内部提供的一个２．５Ｖ参考电压、８×４８ｂｉｔ指令ＲＡＭ和３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ大大减小了微处理器的负担。ＬＭ１２Ｈ４５８的工作电压为３～５．５Ｖ，功耗小于３４ｍＷ，待命模式下的功耗只有５０μＷ。此外，ＬＭ１２Ｈ４５８还有如下主要性能：
●有三种工作模式：分别为带符号的１３位模式、带符号的９位模式和看门狗模式；
●有８个模拟信号输入通道，模拟信号可单端输入，也可差分输入；
●内置采样保持和２．５Ｖ参考电压；
●内含３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ；
●采样时间和转换速率可编程；
●具有自校准和诊断模式；
●带有８位或１６位数据总线。
２引脚功能和功能说明
ＬＭ１２Ｈ４５８的引脚功能如表１所列。图１为其内部功能框图。ＬＭ１２Ｈ４５８是一个多功能数据采集系统，其内部的电荷重分配ＡＤＣ采用电容梯形网络代替普通的电阻梯形网络，并使用逐步逼近寄存器的ＤＡＣ使ＶＲＥＦ－和ＶＲＥＦ＋之间产生一个中间电压，该电压与输入的采样电压相比较可产生数字输出的每一位，中间电压的个数和比较的次数对应于ＡＤＣ的分辨率，通过校准ＡＤＣ中的电容网络可校准数字输出的每一位精度。ＬＭ１２Ｈ４５８有两种不同的校准模式：一种是补偿偏移电压或零误差，在该模式下只测量一次偏移误差，并依此建立修正系数；另一种为修正偏移误差和ＡＤＣ线性误差，称为全校准。将该模式下的偏移误差测量八次，并取平均值即可建立修正系数。上述两种模式的修正系数被存贮在内部的偏移修正寄存器中。ＬＭ１２Ｈ４５８的线性修正是通过修正内部ＤＡＣ的失配电容获得的，在ＬＭ１２Ｈ４５８内部ＲＯＭ中存有校准算法，可对每一个电容校准８次并取平均值，从而产生线性修正系数。一旦校准后，内部算术逻辑单元（ＡＬＵ）即可使用偏移误差修正系数和线性修正系数来修正每一次的转换结果。看门狗模式用于监控单端输入或差分输入信号的幅值。每个采样信号都有上下两个门限，输入信号高于或低于某一门限值都会产生中断。
表1LM12H458的脚符号及功能
引脚号符号功能1，12VA+，VD+模拟电源和数字电源2～11，13～18D0～D15双向数据总线，总线宽度由BW决定。BW=1，总线宽度为8bit，BW=0，总线宽度16bit19RD读信号输入20WR写信号输入21CS片选输入22WR地址锁存，用于总线复用的系统中23ALE外部时钟输入，频率范围为0.05MHz～10MHz24～28A0～A4地址线29SYNC同步输入/输出，当配置寄存器的“I/O选择”位清零时，SYNC为输入；而当“I/O选择”位置为1时，SYNC为输出。30BW总线宽度设定位，BW=1时，总线宽度为8bit，BW=0时，总线宽度为16bit31INT中断输出，低电平有效32DMARQDMA请求输出，高电平有效33GND接地34～41IN0～IN7模拟信号输入通道42VREF-负参考电压输入，电压范围为0～VREF-43VREF+正参考电压输入，电压范围0～VA+44VREFOUT内部2.5V参考电压输出
ＬＭ１２Ｈ４５８是一个多功能数据采集系统，内部有２８个１６ｂｉｔ的寄存器，各个寄存器的功能如下：
配置寄存器是ＤＡＳ的控制中心，可用于控制序列器的启动和停止、复位ＲＡＭ指针和标志、设置待命状态、校准偏移和线性误差、选择ＲＡＭ区等。
指令ＲＡＭ分为三个区：指令区、门限１区、门限２区。每一条指令（４８ｂｉｔ＝３Ｘ１６ｂｉｔ）分散在三个１６比特字宽的ＲＡＭ区中，三个区的选择可由配置寄存器２ｂｉｔ的ＲＡＭ指针来控制。指令区可设置通道的选择、工作模式、采样时间和循环位。其它两个区用于设置上下门限值。ＤＡＳ可从指令０连续执行所有设置的指令，执行的最后一条指令的循环位为１时，再返回到指令０。指令执行期间，微处理器不能访问指令ＲＡＭ，只有处理器终止指令循环后才可访问。
ＦＩＦＯ为只读寄存器，可用于存储转换结果。
中断使能寄存器可使用户激活８个中断源，该寄存器的高字节与中断１、２有关。
图2LM12H458与80C51的接口电路
中断状态寄存器和门限状态寄存器用于指示ＤＡＳ中断源和输入信号是否超过上门限或下门限。
定时寄存器用于设置指令执行前的等待时间。而指令寄存器的ｂｉｔ９可使能或禁止插入等待时间。
ＬＭ１２Ｈ４５８有８个中断源，各中断具有同等的优先级别，中断使能寄存器可使能或禁止相应的中断，当发生中断时，中断状态寄存器相应的位置１。各个中断对应的功能如下：
●ＩＮＴ０：模拟输入信号在规定的门限值以外产生中断。
●ＩＮＴ１：序列发生器执行到某条指令时，该指令地址等于中断使能寄存器中ｂｉｔ８～ｂｉｔ１０设定的值时，产生中断。
●ＩＮＴ２：Ａ／Ｄ转换的结果保存在ＦＩＦＯ，当ＦＩＦＯ中转换结果的个数等于中断使能寄 《高性能数据采集系统芯片LM12H458及其应用》
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关键词：Ａ／Ｄ转换；数据采集系统（ＤＡＳ）；ＬＭ１２Ｈ４５８
１概述
ＬＭ１２Ｈ４５８是高集成度的数据采集系统?ＤＡＳ?芯片，它将采样保持、Ａ／Ｄ转换集成在一块芯片内，从而大大减少了外围电路的设计。其８路模拟信号输入既可作为单端输入，又可两两组成差分输入。器件内部提供的一个２．５Ｖ参考电压、８×４８ｂｉｔ指令ＲＡＭ和３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ大大减小了微处理器的负担。ＬＭ１２Ｈ４５８的工作电压为３～５．５Ｖ，功耗小于３４ｍＷ，待命模式下的功耗只有５０μＷ。此外，ＬＭ１２Ｈ４５８还有如下主要性能：
●有三种工作模式：分别为带符号的１３位模式、带符号的９位模式和看门狗模式；
●有８个模拟信号输入通道，模拟信号可单端输入，也可差分输入；
●内置采样保持和２．５Ｖ参考电压；
●内含３２×１６ｂｉｔ的ＦＩＦＯ；
●采样时间和转换速率可编程；
●具有自校准和诊断模式；
●带有８位或１６位数据总线。
２引脚功能和功能说明
ＬＭ１２Ｈ４５８的引脚功能如表１所列。图１为其内部功能框图。ＬＭ１２Ｈ４５８是一个多功能数据采集系统，其内部的电荷重分配ＡＤＣ采用电容梯形网络代替普通的电阻梯形网络，并使用逐步逼近寄存器的ＤＡＣ使ＶＲＥＦ－和ＶＲＥＦ＋之间产生一个中间电压，该电压与输入的采样电压相比较可产生数字输出的每一位，中间电压的个数和比较的次数对应于ＡＤＣ的分辨率，通过校准ＡＤＣ中的电容网络可校准数字输出的每一位精度。ＬＭ１２Ｈ４５８有两种不同的校准模式：一种是补偿偏移电压或零误差，在该模式下只测量一次偏移误差，并依此建立修正系数；另一种为修正偏移误差和ＡＤＣ线性误差，称为全校准。将该模式下的偏移误差测量八次，并取平均值即可建立修正系数。上述两种模式的修正系数被存贮在内部的偏移修正寄存器中。ＬＭ１２Ｈ４５８的线性修正是通过修正内部ＤＡＣ的失配电容获得的，在ＬＭ１２Ｈ４５８内部ＲＯＭ中存有校准算法，可对每一个电容校准８次并取平均值，从而产生线性修正系数。一旦校准后，内部算术逻辑单元（ＡＬＵ）即可使用偏移误差修正系数和线性修正系数来修正每一次的转换结果。看门狗模式用于监控单端输入或差分输入信号的幅值。每个采样信号都有上下两个门限，输入信号高于或低于某一门限值都会产生中断。
表1LM12H458的脚符号及功能
引脚号符号功能1，12VA+，VD+模拟电源和数字电源2～11，13～18D0～D15双向数据总线，总线宽度由BW决定。BW=1，总线宽度为8bit，BW=0，总线宽度16bit19RD读信号输入20WR写信号输入21CS片选输入22WR地址锁存，用于总线复用的系统中23ALE外部时钟输入，频率范围为0.05MHz～10MHz24～28A0～A4地址线29SYNC同步输入/输出，当配置寄存器的“I/O选择”位清零时，SYNC为输入；而当“I/O选择”位置为1时，SYNC为输出。30BW总线宽度设定位，BW=1时，总线宽度为8bit，BW=0时，总线宽度为16bit31INT中断输出，低电平有效32DMARQDMA请求输出，高电平有效33GND接地34～41IN0～IN7模拟信号输入通道42VREF-负参考电压输入，电压范围为0～VREF-43VREF+正参考电压输入，电压范围0～VA+44VREFOUT内部2.5V参考电压输出
ＬＭ１２Ｈ４５８是一个多功能数据采集系统，内部有２８个１６ｂｉｔ的寄存器，各个寄存器的功能如下：
配置寄存器是ＤＡＳ的控制中心，可用于控制序列器的启动和停止、复位ＲＡＭ指针和标志、设置待命状态、校准偏移和线性误差、选择ＲＡＭ区等。
指令ＲＡＭ分为三个区：指令区、门限１区、门限２区。每一条指令（４８ｂｉｔ＝３Ｘ１６ｂｉｔ）分散在三个１６比特字宽的ＲＡＭ区中，三个区的选择可由配置寄存器２ｂｉｔ的ＲＡＭ指针来控制。指令区可设置通道的选择、工作模式、采样时间和循环位。其它两个区用于设置上下门限值。ＤＡＳ可从指令０连续执行所有设置的指令，执行的最后一条指令的循环位为１时，再返回到指令０。指令执行期间，微处理器不能访问指令ＲＡＭ，只有处理器终止指令循环后才可访问。
ＦＩＦＯ为只读寄存器，可用于存储转换结果。
中断使能寄存器可使用户激活８个中断源，该寄存器的高字节与中断１、２有关。
图2LM12H458与80C51的接口电路
中断状态寄存器和门限状态寄存器用于指示ＤＡＳ中断源和输入信号是否超过上门限或下门限。
定时寄存器用于设置指令执行前的等待时间。而指令寄存器的ｂｉｔ９可使能或禁止插入等待时间。
ＬＭ１２Ｈ４５８有８个中断源，各中断具有同等的优先级别，中断使能寄存器可使能或禁止相应的中断，当发生中断时，中断状态寄存器相应的位置１。各个中断对应的功能如下：
●ＩＮＴ０：模拟输入信号在规定的门限值以外产生中断。
●ＩＮＴ１：序列发生器执行到某条指令时，该指令地址等于中断使能寄存器中ｂｉｔ８～ｂｉｔ１０设定的值时，产生中断。
●ＩＮＴ２：Ａ／Ｄ转换的结果保存在ＦＩＦＯ，当ＦＩＦＯ中转换结果的个数等于中断使能寄 《高性能数据采集系统芯片LM12H458及其应用》
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