昶 來源：《單片機與嵌入式系統(tǒng)應用》

     摘要：敘述智能節(jié)點在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的重要性，提出擴展智能節(jié)點i/o點數(shù)的方法和電路原理圖，并給出采用該智能節(jié)點組建的基于lonworks技術的現(xiàn)場總線控制設備的應用實例。

     關鍵詞：lonworks

     智能節(jié)點 i/o擴展

     隨著控制、計算機、通信、網絡等技術的發(fā)展，現(xiàn)場總線已成為當今工業(yè)控制領域技術發(fā)展的熱點之一。lonworks現(xiàn)場總線由美國echelon公司于1993年推出后，由于其開放的網絡操作系統(tǒng)、標準的網絡通信協(xié)議、豐富的介質接口模板、支持多種介質之間相互通信等特點，在工業(yè)控制領域得到了廣泛應用。目前，已有多種支持lonworks技術的芯片。echelon公司的神經元芯片neuronc3150（簡稱3150）是一種集3個8位cpu及網絡通信協(xié)議（lontalk協(xié)議）為一體的芯片。采用該芯片構成的智能節(jié)點在lonworks現(xiàn)場總線控制網絡中起著舉足輕重的作用，能使現(xiàn)場設備之間相互通信，快速地交換信息，以滿足系統(tǒng)實時監(jiān)控的要求。但是，由于3150神經元芯片只提供了11個通用i/o口，這對于采集量和控制量要求較多的現(xiàn)場設備并不能滿足要求，因此研究和開發(fā)基于神經元芯片的多點i/o智能節(jié)點，是一項有意義的工作。本文提出了擴展智能節(jié)點i/o數(shù)量的設計方法，并給出采用該智能節(jié)點組建基于lonworks現(xiàn)場總線控制設備的應用實例。

     1 neur onc3150神經元芯片的特點

     neuronc芯片既是lonworks技術的核心也是智能節(jié)點的核心，目前由toshiba和motorola兩家公司生產，主要包括neuronc3150和neuronc3120兩種系列。3150芯片中包括e2prom、ram存儲器，同3120芯片的區(qū)別在于它無內部rom，但具有訪問外部存儲器的接口，尋址空間可達64

     kb。從這一點來說，3150比3120在節(jié)點開發(fā)上具有更好的靈活性。3150芯片內部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制，1個用于網絡層的控制，1個用于執(zhí)行用戶的應用程序。該芯片還包含11個i/o口和完整的lontalk通信協(xié)議，同時具有通信和控制功能。

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     基于神經元芯片智能節(jié)點的開發(fā)方法

     基于補經元芯片開發(fā)的智能節(jié)點具有結構簡單、成本低等優(yōu)勢，其開發(fā)方法可分為兩種。①基于控制模塊的硬件設計方法。采用這一方法的優(yōu)勢是可縮短產品的開發(fā)周期，因為控制模塊通常都集成了補經元芯片、；flash程序存儲器、收發(fā)器以及ram等，用戶只需設計自己的應用電路即可完成節(jié)點開發(fā)。②其于收發(fā)器的硬件電路設計方法。采用這一方法可以降低節(jié)點成本，提高節(jié)點的市場競爭力，但是這需要在考慮應用電路設計的同時考慮神經元芯片與flash存儲器及ram的接口電路。這對于電路板的設計加工及生產工藝的要求都較高。

     3 智能節(jié)點的電路設計

     節(jié)點采用主、背板結構。主板上集成有控制電路、通信電路和其它附加電路。智能節(jié)點主板結構如圖1所示；背板設計為兩種多點i/o模塊（包括多點數(shù)字i/o模塊和多點模擬i/o模塊）；主、背板之間采用統(tǒng)一標準的20針接口。采用主、背板結構設計法，使得此智能節(jié)點的應用領域更為廣泛，適用性、通用性和功能都大大增強，對于節(jié)點應用程序的開發(fā)也更為靈活。

     3.1 主板電路設計

     3.1.1 控制電路

     控制電路主要由神經元芯片、片外存儲器和主背板接口電路等組成。各元器件功能如下。

     ①神經元芯片。采用toshiba公司生產的3150芯片，主要用于提供對節(jié)點的控制，實施與lon網的通信，支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應用服務。

     ②片外存儲器。采用atmel公司生產的at29c256（flash存儲器）。at29c256共有32kb的地址空間，其中低16kb空間用來存放神經元芯片的固件（包括lontalk協(xié)議等）。高16kb空間作為節(jié)點應用程序的存儲區(qū)。采用issi公司生產的is61c256作為神經元芯片