摘要：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。 LM12H458是美國NS公司生產的8通道數(shù)據采集系統(tǒng)芯片，它精度高、轉換迅速、數(shù)據傳輸快、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)據總線。

圖1　LM12H458內部功能框圖

    2 引腳功能和功能說明

　　LM12H458的引腳功能如表1所列。圖1為其內部功能框圖。LM12H458是一個多功能數(shù)據采集系統(tǒng)，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(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。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生中斷。

表1 LM12H458的腳符號及功能

    LM12H458是一個多功能數(shù)據采集系統(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*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。

    3　應用

　　3.1 硬件電路設計

　　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生DAS的片選信號CS，其DAS映射的地址空間為0000-001F，數(shù)據總線寬度為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，以便設置采樣時間、工作模式、通道選擇等。完成一次全校準需要4944個時鐘周期，若設置中斷使能，校準后應產生中斷以通知微處理器。全校準會影響DAS的內部標志和指針，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轉換，然后處理中斷事務。

　　4　結論

　　LM12H458數(shù)據采集系統(tǒng)芯片功能強大、應用靈活，可廣泛用于數(shù)據記錄、測量儀器、慣性制導、過程控制、能源消耗管理等方面。由于篇幅所限，本文僅作簡單介紹，有關LM12H458的詳細技術資料可在National Semiconductor的網站上獲得。筆者已將LM12H458用于PI網絡石英晶體元件的測試系統(tǒng)中。使用證明：LM12H458的轉換精度很高，而且工作穩(wěn)定可靠。