LM12H458高集成度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS芯片的應用-設(shè)計應用

精品文檔-下載后可編輯LM12H458高集成度的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS芯片的應用-設(shè)計應用摘要：LM12H458內(nèi)含可用來存儲轉(zhuǎn)換結(jié)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。LM12H458是美國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、外圍接口簡單。

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。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(nèi)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(nèi)置采樣保持和2.5V參考電壓;

●內(nèi)含32×16bit的FIFO;

●采樣時間和轉(zhuǎn)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。

圖1LM12H458內(nèi)部功能框圖

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(nèi)部功能框圖。LM12H458是一個多功能數(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(luò)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(nèi)部的偏移修正寄存器中。LM12H458的線性修正是通過修正內(nèi)部DAC的失配電容獲得的，在LM12H458內(nèi)部ROM中存有校準算法，可對每一個電容校準8次并取平均值，從而產(chǎn)生線性修正系數(shù)。一旦校準后，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)來修正每的轉(zhuǎn)換結(jié)果。看門狗模式用于監(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(chǎn)生中斷。

表1LM12H458的腳符號及功能

LM12H458是一個多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，內(nèi)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(shè)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(shè)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(shè)置上下門限值。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(zhuǎn)換結(jié)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(guān)。

圖2LM12H458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(shè)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(chǎn)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(shè)定的值時，產(chǎn)生中斷。

●INT2：A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存在FIFO，當FIFO中轉(zhuǎn)換結(jié)果的個數(shù)等于中斷使能寄存器比特11～15中設(shè)定的值時，產(chǎn)生中斷。

●INT3：完成單次采樣自動校準后產(chǎn)生中斷。

●INT4：完成完整的自校準后產(chǎn)生中斷。

●INT5：執(zhí)行時，指令暫停位為1時產(chǎn)生中斷。

●INT6：電源指示中斷，當芯片供電電壓小于4V時，產(chǎn)生中斷。

●INT7：在從等待模式返回10ms后產(chǎn)生中斷。

3應用

3.1硬件電路設(shè)計

LM12H458靈活的總線接口簡化了與多種微處理器的接口，它既可與8位處理器相連，又可方便地與16位微處理器相連。圖2為AT89C51與DAS的接口電路圖。該電路采用全地址譯碼方式來產(chǎn)生DAS的片選信號CS，其DAS映射的地址空間為0000-001F，數(shù)據(jù)總線寬度為8bit。圖中的74HC373用于鎖存低8位地址，而8bit幅度比較器則可用來對高8位地址進行譯碼，通過比較地址與地址范圍所選擇的輸入邏輯可產(chǎn)生U5(74HC138)的選通信號，74HC138的Y0可作為DAS的片選信號。DAS的INT端口用于驅(qū)動AT80C51的中斷INT0，同時它還允許DAS請求中斷服務。

3.2軟件編程

LM12H458雖然應用靈活、廣泛，但基本的工作流程不變，圖3為其典型的編程流程。在處理器初始化后，應向DAS寫入合適的指令以初始化DAS，以便設(shè)置采樣時間、工作模式、通道選擇等。完成全校準需要4944個時鐘周期，若設(shè)置中斷使能，校準后應產(chǎn)生中斷以通知微處理器。全校準會影響DAS的內(nèi)部標志和指針，從而影響指令的執(zhí)行。因此校準后必須復位。將配置寄存器的bit0設(shè)置為1可啟動序列器。流程圖中的p表示用戶定義的不同工作模式。圖3(a)為DAS的初始化和序列器的啟動流程，圖3(b)為中斷服務例程。當進入中斷服務后，配置寄存器的bit0應清零以停止A/D轉(zhuǎn)換，然后處理中斷事務。

4結(jié)論

LM12H458數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片功能強大、應用靈活，可廣泛用于數(shù)據(jù)記錄、測