基于MSP430下A5191HRT和AD421的HART协议的设计

iii 稠 ； -： ： 。。 。 。 。 。 ．。 。 。． 基于 M SP430下 A5 1 9 1 HR T和 AD42 1的 HA R T 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的设计 任 红星 (陕西国防工业职业技术学院 陕西西安 71 0300) T技 术 摘 要：叙述HART协议的通信结构和层次结构，主要完成~MSP430为主控制嚣，基于HART调制拜调器A5191HRT和 电漉环数模转换嚣 AD421的HART协议通信物理层设计。 关键词：HART协议 串行通信 频移键控 中图分类号：TN914．3 文献标识码：A 文章编号 ：1674--098X(2009)06(a)-0026-02 1引言 HART(Highway AddressableRemote Transducer，可寻址远程传感器高速通道) 通信协议由美国Rosemount公司于20世纪8O 年代中期推 出，之后 又进 行了修订 和增补 ， 作为开放标准由HART 通信基金会HcF 向全世界发 布 ，主要用于现 场智能 仪 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 和 控制室 系统 间进行数字 通信 。由于 兼容传 统的4～20mA模拟系统的HART 通信协议 具 有诸 多优点 ，发展至今，它已被世界上三 分 之二以上 的现场设备 所采用 ，成 为智能 工业控制领域事实上的国际标准。 2 HAR丁通信协议简介 HART协议参考ISO／OSI模型(开放系 统互联模型)，采用简化的3层模型结构，即 +o．5mA O - 0．5mA 第一层物 理层 、第 二层数 据链路 层和第七 层应用层。物理 层规 定信号 的传输 方法 ，采 用基 于 Bell202标 准 使 用频 移 键 控FsK (Frequency Shift Keying)技术将数字信号 变换为音频信号 叠加在低频4～20 mA模 拟信 号上 叠加 音 频数 字信 号 进行 双 向通 信 ，数字信号幅度为0．5 mA，协议规定的 信号频率(1 200 Hz代表1，2200 Hz代表O)和 传输速率(1200 bit／s)。如 图l所示 ，图2为 HART协议的数字信号和模拟信号叠加 后 传输 图。这些音频正弦波的平均值为零 ，所 以在现存的模拟信号中不增加直流成分 ， 因此在二根线上可以同时传送互不影响的 模 拟和 数字信 号。正是 由于HART协议 的 这种优点 ，使它成为工业现场广泛应用的、 事 实上的工业标 准 。 厂^、 电流／mA 20 锺 善 蕙 0’ 最照 4 2200Hz O” 图1 HART拚议通信的FSK信号 { 壹 ℃字 信 }、 、 酗 A 气 ”1” ‘’l” “O” ”I” 0” O” i“ 。‘ 《摺 信 } 桓 } 『 时间 图2 HART数字通信信号叠加在 电流环上 一 j ＼ ’＼ 一 图3 调制过程波形 26 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 3 HART协议物理层设计 ’ 根据HART协议物理 层的设计要求，设 计 了物 理层 电路 。其中MSP430为控 制器 (CPU)，A5l9lHRT是美国AMI公司专为实 现 HART协议而设计的调制解调器芯片它 内部 包括 发送 数据 调制 器 与波形 整 形 电 路 、载 波检 测 电路 、接 收滤 波器 与解调 电 路 、控 制 逻 辑 和 时 钟 振 荡 器 电 路 ． A519lHRT的ORXD和ITXD分别和MSP430 的异步串行通信口的接收端P3．5、P3．4口 连接 ，INRTS和OCD分别接P2．6、P2．7口， 当主设备从 串行通信 口发送命令时电流环 上的HART信号送到A519l的接 收滤波器 进 行 滤 波 和 解 调 为 ⋯0 1”数 字 信 号 ， MSP430接收到有效的HART通信信号后进 行 命令分 析 ，然后将返 回相应的通信 信号 给A5l 91进行调制和波形整形后 ，通过 Chl9加到AD42l的C3引脚。OCD端为载波 检测输 出 ，当IRXAC检测到有效的输 入时 0CD端 变为 高 ，所以 CPU可 以通过 检测 OCD脚来进入接收状态。INRsT为发送请 求 引脚 ，当为低 电平 时 ，调制器工作 ，解调 器关 闭。调制器模块接收 由ITXD引脚输入 的不归零制(NRz)数字信号，生成FSK调制 信号 由0TxA引脚输 出。 AD42l是美国模拟器件公司生产的l6 位数模转换器，可将输入锁存器的数字信 号转换为4～20mA的电流信号。AD421和 MSP4 30的 串行 SPI口相 连 ，即 数 据 线 (DATA)--P5．1(MIsO)、时钟线(cLK)一一 P5．3(UCLK1)、锁 存线(LATCH)一P5．2 (M0SI)，AD42 1在时钟的控制下，输入移位 寄存器的把DATA引脚上的信号按位依次 读入，LATCH锁存脉冲把数据锁存到DAC 中 ，转换位 相应的 电流然后经过 三级阻容 电路进行滤波 。(三个电阻在AD421的芯片 内，三只电容必须外接在Cl、c2、c3引脚 上)，为满足HART的信号频率 Ch4、Ch5、 Ch6分别取0．0luF、0．5uF、0．16uF。 HART输 出在 电流环路上的 电流蜂峰 值应为 1mA可通过 Ch4上的施加 电压来实 现 ，为 了实现HART的模 拟和数字通信而 且要确保注入 电流环路上不干扰模拟 电流 值 ，Ch4$NChl9将A5191HRT送来 的信号 进行衰减以确保HART传来的信号为lmA 的峰峰值 。根据AD42l的 内部 电路C3引脚 上的信号为20mA才能在环路上产生lmA 的 电流 。根据A5l9l的调 制输 出幅度可的 Chl9为6．2nF。 4调试过程 当INRTS引脚为低 电平时 ，调 制器工 T技 术 Q：! Science and Technology Innovetion Herald 图4 发送数据波形 V口 V嘲 躺 心、＼＼ ＼ ＼ — — — — — — — ～ { { { ‘。‘ 嘞 一～ 一 — r ■稚 俄 藿∞ 朝婚 图5 为解调过程波形 作 ，解调 器关闭 。调制 器模块 接收 由ITXD 引脚输入的不归零~tiI(NRZ)数字信号，生成 FSK调制信号 由OTXA引脚输 出。波形如图 3N示 。 当ITXD引脚 为高 电平 时 ，OTXA引脚 输出l200Hz的梯形波 IITXD引脚为低电平 时 ，0TXA引脚输 出2200Hz的梯 形 波 ， OTXA输出通常需要和放大器或缓冲器进 行交流耦合。OTxA的输 出电压幅度由 IAREF引脚上 的参考 电压决定 ，其波形示 意 图见图4。图4中VQ为OTXA上 的静 态电 压(非调制状态)，VREF为IAREF引脚上的 参考电压 。VREF为 1．235V时，VQ为O．5V， 信号 电压 为0．25V到0．75V，这正 好满 足 HART主设备连接 到网络上 的电压要 求。 但 由于OTXA没有足够的驱动能力直接接 入HART网络，所以需要连接一个缓冲放 大 器。在 工业 现场 仪表 的 应用 中 ，通 常将 0TXA上的0．5V峰峰 电压输出转换为 lmA 峰峰 电流输 出。 图5为解调过程波形当INRTs引脚为高 电平时 ，解调 器工作 ，调制 器关 闭。接收到 的信号 需经过一 个带通滤 波器 。这 个滤波 器的一部分被集成到A519lHRT内部，其余 元件外接 用以降低 电源变化带 来的影响 。 整个带 通滤 波器由一个单 极点低通滤波 器 和 一 个 四 极 点 高 通 滤 波 器 构 成 。 A5l9lHRT需要IAREF和ICDREF两个电压 参考源，IAREF为芯片内部的放大器和比 较 器 提 供 电压 基 准 ，通 常 为 1．2 3 5 V。 ICDREF用于载 波检测 ，应比IAREF低 0． O8V。 载波检测 ： 当IRXAC引脚上的 电压小于ICDREF 引脚上的电压时，AD42l中的比较器输出 逻辑 低电平 。这 个输 出被 引入一个 载波检 测模块 ，当INRTS为高且有 四个连 续脉冲 到达时 ，OCD置高 ，下一个有效脉冲必须在 2．5ms内被接收才能使OcD保持高电平。 HART时钟模块 ： HART芯片正常工作需要460．8 KHz 的时钟信号 ，可在引脚0XTL和IXTL间连接 一 个晶体或 陶瓷谐振 器，或在引脚OXTL上 连接外部时钟同时将引脚IXTL接地。本电 路中主要由MSP430产生一个460．8 KHz的 时钟信号 。 5结语 本文HART协议通信协议物理层设计 主要用于流量计 、变送器等设备 。经过实验 和调试 以及现场运 行证 明是 可行的 。而且 方便可靠 实用性好 。 (上接25页) 由于页面缓存的原因而仅读取本地内容)， 并将其赋值给url变量 ，这是一个普通的 URL串 ，同时 传 递 了两 个 变 量 ，分 别是 timestamp和xd。其 中后面的xd值是我们所 需要的 。 ~IHttp om-eadystatechange h~dleSelNj： 的含义是当调用返回时(IpxmlHttp对象状 态改变时)执行handleSelNj函数过程 。 xmlHttp open( get ur1 false)： xmlHttp．send(r 1)： l 该两 行的做 用是具 体 的执行 动作 ，即 根据url所指定的地址 ，进行url访问 ，并传 递相关的参数 ，其传递 方法是get方法(相应 地数据获取要用request．querystring方法)， false值指示 当url中的代码文件指行时 ，可 以进行异步处理(即产生零等待的效果)。 url中所指示的文件selnj．asp，其代码如 下 ： C1 a；~Info wht⋯ 扛 ：越⋯ ＆ nj ’ ^nI 茸 。 l n， 第一行是数据库读写文件，此处略。第 三行是获 取前面传递过 来的变量xd，即获 取要查询年级所在的学段，然后根据xd值 来读取数据库中的相应的年级，即第4—11 行 ，然后在第1 2行，进行输出如下的结果 (Select控件中的Option选项)： -- 正 <／option> 三 年<／option>一年 <／option> 第 l2行是一 个很关 键的行 ，这里是 调 用response对象的write方法 ，其中比较特别 的是escape函数，该函数的作用是对其中的 字 符 串进 行 编 码 ，防 止 其 中 含有 中文 时 response．write输出会产生乱码的问题 。 接 下来会 触发 xmlHttp OXt~eadystatechange：hand1eSe1Nj 墓 n ： 。 ii：；： 。nseText))- 藿 aui,se tNj(v)鬟 学 择”提示项 。然后在第61行 中将该内容连 同 构造的Select控件 ，一同放到id= tdnj”的单 元格中。该单元格的定义如下 ： zelect><，td> 运行 后 即可发现 ，级联菜 单如 桌面应 用一样，没有等待延时。 以上 为选 择年级 的过程 ，班级部 分 的 选择过程与年级大同小异，大家可以参考 年级部队分 自行 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 。 通过 以上讲解 ，总 结一下Ajax技术 的 应用 步骤 新产品开发流程的步骤课题研究的五个步骤成本核算步骤微型课题研究步骤数控铣床操作步骤 如 下 ： 先 由一个事 件来 触发一 个过程 ，该过 程 中首先生成xmlHttp对象 ，然后构造可传 递 参数的字 符 串，并根据 字符 串内容来异 步(同步)调用服务端相应的代码 ，经过在服 务端处理后 ，生 成可以 在客户端直 接显示 的字符 串，然后返 回给客户端来 ，由客 户端 的相应过程 来决 定字符 串的最终的显示方 式 与位置 ，以完成整个 过程的调用 。 这里 比较重 要的部分一个是xmlHttp 对象 ，一个是 对ID参数的定义与调用 。 通过以上应用可以看出，Ajax方法编 程 ，可以解决因Submit动作所产生的页面 刷新与等待，给人以桌面程序的感受。 参考文献 [1】 Ajax基础教程 ．人民邮电出版社． [2】Ajax实战：实例详解．人民邮电出版社．． 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald 27 。 m 呲 嚣 一 m 矗 “ ^ 扣 一 h n 耻