來源：世界電子元器件 作者：北京理工大學(xué)電子工程系 顧偉 周建明

    摘 要：首先介紹a5191hrt型hart調(diào)制解調(diào)器的原理。a5191hrt內(nèi)部集成了符合bell202標(biāo)準(zhǔn)的較完整的調(diào)制解調(diào)電路，與微處理器接口方便，便于構(gòu)建智能現(xiàn)場儀表的hart協(xié)議通信模塊電路。最后給出某智能現(xiàn)場儀表基于a5191hrt和ad421型電流環(huán)數(shù)，模轉(zhuǎn)換器的hart協(xié)議通信模塊設(shè)計(jì)。

    關(guān)鍵詞：hart協(xié)議；串行通信；頻移鍵控；調(diào)制解調(diào)器

    1 引言

    20世紀(jì)70年代中期，工業(yè)控制儀表發(fā)展為統(tǒng)一的二線制4 ma~20 ma電流環(huán)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)體制。80年代后，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展使大量智能控制儀表采用了微控制器(mcu)，儀表與控制設(shè)備之間傳輸?shù)男畔⒘吭黾�，迫切需要一種全數(shù)字雙向通信規(guī)范。美國rose—mount公司制定的hart協(xié)議是兼容現(xiàn)行4 ma一20 ma模擬系統(tǒng)的過渡性現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，得到了非常廣泛的應(yīng)用，成為智能工業(yè)控制領(lǐng)域事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。

    ami semiconductor公司的a5191hrt型hart調(diào)制解調(diào)器用于構(gòu)建智能現(xiàn)場儀表的hart協(xié)議通信模塊，具有外圍電路簡單和工作可靠性高等特點(diǎn)。

    2 hart協(xié)議

    hart(highway addressable remote transducer)協(xié)議是美國rose—mount公司于20世紀(jì)80年代中期推出的，主要用于現(xiàn)場智能儀表和控制系統(tǒng)間的數(shù)字通信。hart協(xié)議在低頻的4 ma，20 ma模擬信號(hào)上疊加音頻數(shù)字信號(hào)，進(jìn)行雙向數(shù)字通信．具有同時(shí)進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)4 ma～20 ma模擬和數(shù)字通信、多站通信方式、多種信息傳輸、開放的體系結(jié)構(gòu)可免費(fèi)獲得等優(yōu)點(diǎn)。

    hart協(xié)議參考iso／osi模型(開放系統(tǒng)互聯(lián)模型)，采用簡化的3層模型結(jié)構(gòu)，即第一層物理層、第二層數(shù)據(jù)鏈路層和第七層應(yīng)用層。物理層規(guī)定信號(hào)的傳輸方法，采用基于bell202標(biāo)準(zhǔn)的fsk頻移鍵控信號(hào)，在低頻4 ma一20 ma模擬信號(hào)上疊加音頻數(shù)字信號(hào)進(jìn)行雙向通信，數(shù)字信號(hào)幅度為0．5 ma，數(shù)據(jù)率達(dá)1200 b／s，以1200 hz代表邏輯…1’，2200 hz代表邏輯…0’。fsk頻移鍵控信號(hào)波形如圖1(a)所示。

    數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)定hart協(xié)議幀格式．實(shí)現(xiàn)建立、維護(hù)、終結(jié)鏈路通訊的功能。應(yīng)用層為hart協(xié)議命令集，用于實(shí)現(xiàn)hart指令。

    hart協(xié)議的fsk頻移鍵控信號(hào)和4 ma～20ma電流環(huán)模擬信號(hào)疊加后同時(shí)傳輸?shù)氖疽鈭D如圖1(b)所示。由于fsk信號(hào)的平均值為0，所以不影響傳送給控制系統(tǒng)的4 ma一20 ma電流環(huán)模擬信號(hào)的大�。ＷC了與現(xiàn)有模擬系統(tǒng)的兼容性。

    3 a5191hrt的工作原理

    3．1 asl91hrt的性能與引腳功能

    a5191hrt是應(yīng)用于haftt現(xiàn)場儀表的單片cmos調(diào)制解調(diào)器，其主要性能如下：

    (1)單片、半雙工1200 b／s速率的頻移鍵控(fsk)調(diào)制解調(diào)器，可替代sym20c15；

    (2)bell202標(biāo)準(zhǔn)的fsk頻移鍵控信號(hào)，載波為1200hz和2200 hz；

    (3)內(nèi)部集成了接收帶通濾波器電路和發(fā)送信號(hào)波形整形電路：

    (4)外接460．8 khz晶體或陶瓷濾波器內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器或者使用外部輸入時(shí)鐘；

    (5)工作溫度范圍為一40℃~+85℃；

    (6)電源電壓為3．o v～5．0 v；

    (7)滿足haftr協(xié)議物理層的要求；

    (8)功耗低。

    另外，為了節(jié)省功耗，a5191hrt在進(jìn)行發(fā)送操作時(shí)可將接收電路關(guān)閉，進(jìn)行接收操作時(shí)也可將發(fā)送電路關(guān)閉．這種工作方式適合于hart協(xié)議的半雙工通信方式。

    a5191hrt采用28引腳plcc和32引腳lqfp封裝，引腳排列如圖2所示。

    主要引腳的功能如表1所示。

    3．2 a5191hrt的內(nèi)