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      2. 高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片LM12H458及其應用

        時間:2024-10-21 11:28:49 理工畢業(yè)論文 我要投稿
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        高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片LM12H458及其應用

        摘要: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。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。

        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。

        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(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(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)來修正每一次的轉(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1 LM12H458的腳符號及功能

        引腳號符 號功 能1,12VA ,VD 模擬電源和數(shù)字電源2~11,13~18D0~D15雙向數(shù)據(jù)總線,總線寬度由BW決定。BW=1,總線寬度為8bit,BW=0,總線寬度16bit19RD讀信號輸入20WR寫信號輸入21CS片選輸入22WR地址鎖存,用于總線復用的系統(tǒng)中23ALE外部時鐘輸入,頻率范圍為0.05MHz~10MHz24~28A0~A4地址線29SYNC同步輸入/輸出,當配置寄存器的“I/O選擇”位清零時,SYNC為輸入;而當“I/O選擇”位置為1時,SYNC為輸出。30BW總線寬度設定位,BW=1時,總線寬度為8bit,BW=0時,總線寬度為16bit31INT中斷輸出,低電平有效32DMARQDMA請求輸出,高電平有效33GND接地34~41IN0~IN7模擬信號輸入通道42VREF-負參考電壓輸入,電壓范圍為0~VREF-43VREF 正參考電壓輸入,電壓范圍0~VA 44VREFOUT內(nèi)部2.5V參考電壓輸出

        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(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(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~

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