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1、高性能数据采集系统芯片LM12H458及其应用摘要：是美国公司消费的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。内含可用来存储转换结果的字的和存储指令的字。文中介绍了的工作原理、引脚功能和详细应用电路。 关键词：转换； 数据采集系统； 概述是高集成度的数据采集系统芯片，它将采样保持、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参考电压、指令和的大大减小了微处理器的负担。的工作电压为，功耗小于，待命形式下的功耗只有。此外，还有如下主要性能：有三种工作形式：分别为带符号的
2、位形式、带符号的位形式和看门狗形式；有个模拟信号输入通道，模拟信号可单端输入，也可差分输入；内置采样保持和参考电压；内含的；采样时间和转换速率可编程；具有自校准和诊断形式；带有位或位数据总线。 引脚功能和功能说明的引脚功能如表所列。图为其内部功能框图。是一个多功能数据采集系统，其内部的电荷重分配采用电容梯形网络代替普通的电阻梯形网络，并使用逐步逼近存放器的使和之间产生一个中间电压，该电压与输入的采样电压相比拟可产生数字输出的每一位，中间电压的个数和比拟的次数对应于的分辨率，通过校准中的电容网络可校准数字输出的每一位精度。有两种不同的校准形式：一种是补偿偏移电压或零误差，在该形式下只测量一次偏移
3、误差，并依此建立修正系数；另一种为修正偏移误差和线性误差，称为全校准。将该形式下的偏移误差测量八次，并取平均值即可建立修正系数。上述两种形式的修正系数被存贮在内部的偏移修正存放器中。的线性修正是通过修正内部的失配电容获得的，在内部中存有校准算法，可对每一个电容校准次并取平均值，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。看门狗形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1 LM12H458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
4、211，1318D0D15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0.05MHz10MHz2428A0A4地址线29SYNC同步输入/输出，当配置存放器的“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恳求输出，高电平有效33GND接地3441IN0I
5、N7模拟信号输入通道42VREF-负参考电压输入，电压范围为0VREF-43VREF+正参考电压输入，电压范围0VA+44VREFOUT内部2.5V参考电压输出是一个多功能数据采集系统，内部有个的存放器，各个存放器的功能如下：配置存放器是的控制中心，可用于控制序列器的启动和停顿、复位指针和标志、设置待命状态、校准偏移和线性误差、选择区等。指令分为三个区：指令区、门限区、门限区。每一条指令分散在三个比特字宽的区中，三个区的选择可由配置存放器的指针来控制。指令区可设置通道的选择、工作形式、采样时间和循环位。其它两个区用于设置上下门限值。可从指令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时
6、，再返回到指令。指令执行期间，微处理器不能访问指令，只有处理器终止指令循环后才可访问。为只读存放器，可用于存储转换结果。中断使能存放器可使用户激活个中断源，该存放器的高字节与中断、有关。图2 LM12H458与80C51的接口电路中断状态存放器和门限状态存放器用于指示中断源和输入信号是否超过上门限或下门限。定时存放器用于设置指令执行前的等待时间。而指令存放器的可使能或制止插入等待时间。有个中断源，各中断具有同等的优先级别，中断使能存放器可使能或制止相应的中断，当发生中断时，中断状态存放器相应的位置。各个中断对应的功能如下：模拟输入信号在规定的门限值以外产生中断。：序列发生器执行到某条指令时，该
7、指令地址等于中断使能存放器中设定的值时，产生中断。：转换的结果保存在，当中转换结果的个数等于中断使能存放器比特中设定的值时，产生中断。：完成单次采样自动校准后产生中断。：完成一次完好的自校准后产生中断。：执行时，指令暂停位为时产生中断。：电源指示中断，当芯片供电电压小于时，产生中断。：在从等待形式返回后产生中断。图3 编程流程图应用 硬件电路设计灵敏的总线接口简化了与多种微处理器的接口，它既可与位处理器相连，又可方便地与位微处理器相连。图为与的接口电路图。该电路采用全地址译码方式来产生的片选信号，其映射的地址空间为，数据总线宽度为。图中的用于锁存低位地址，而幅度比拟器那么可用来对高位地址进展译
8、码，通过比拟地址与地址范围所选择的输入逻辑可产生的选通信号，的可作为的片选信号。的端口用于驱动的中断，同时它还允许恳求中断效劳。 软件编程虽然应用灵敏、广泛，但根本的工作流程不变，图为其典型的编程流程。在处理器初始化后，应向写入适宜的指令以初始化，以便设置采样时间、工作形式、通道选择等。完成一次全校准需要个时钟周期，假设设置中断使能，校准后应产生中断以通知微处理器。全校准会影响的内部标志和指针，从而影响指令的执行。因此校准后必须复位。将配置存放器的设置为可启动序列器。流程图中的表示用户定义的不同工作形式。图为的初始化和序列器的启动流程，图为中断效劳例程。当进入中断效劳后，配置存放器的应清零以停顿转换，然后处理中断事务。结论数据采集系统芯片功能强大、应用灵敏，可广泛用于数据记录、测量仪器、惯性制导、过程控制、能源消耗管理等方面。由于篇幅所限，本文仅作简单介绍，有关的详细技术资料可在 的网站上获得。笔者已将用于网络石英晶体元件的测试系统中。使用证明：的转换精度很高，而且工作稳定可靠。
