現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的軟硬件設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1、現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的最小系統(tǒng)
現(xiàn)場(chǎng)總線適配器的最小系統(tǒng)包括以下幾個(gè)部分（CPU、uP監(jiān)控復(fù)位、RAM和非易失性串行EEPROM）：

ATMEL公司的89C51，它是適配器的信息中央處理單元，在軟件的支持下執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)命令、數(shù)據(jù)的接收、處理并發(fā)送出相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)命令和數(shù)據(jù)，發(fā)揮總線適配器在現(xiàn)場(chǎng)局部網(wǎng)絡(luò)中的作用。

Maxim公司的MAX824，具有高、低復(fù)位電平輸出，集強(qiáng)大功能（上電復(fù)位、欠電壓復(fù)位、“看門狗”等和微小封裝（SOT23-5）于一身，是uP監(jiān)控復(fù)位電路的理想選擇。

RAM62256(256kbit)，用于通訊過(guò)程中各網(wǎng)絡(luò)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)及CPU數(shù)據(jù)處理緩沖。

EEPROM 93C46（512kbit），用以存放網(wǎng)絡(luò)配置，包括網(wǎng)絡(luò)種類、各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目及地址信息等。

其電路原理圖如圖1所示。

圖1 總線適配器小系統(tǒng)原理圖

2、RS-232接口部分
由于本現(xiàn)場(chǎng)總線適配器包括RS-232和RS-422/485兩個(gè)獨(dú)立的接口，勢(shì)比需要二個(gè)異步串行口（UART），而CPU89C51只帶有一個(gè)（UART），顯然本系統(tǒng)中需要外擴(kuò)一個(gè)UART。鑒于體積、功耗和性能價(jià)格比上的考慮，傳統(tǒng)的UART控制器如8250等已難以滿足要求，令人鼓舞的是Maxim公司推出不久的SPI接口的UART控制器正好滿足要求，其主要性能為：SPI/Microwire兼容的uP接口，8字節(jié)接收FIFO，9位地址識(shí)別中斷、IrDA SIR時(shí)序兼容、RTS輸出和CTS輸入最高波特率230k、工作電壓+2.7V至+5.5V、工作電流僅0.5mA、DIP14或QSOP16封裝。MAX3100優(yōu)良的性能，更適合在本系統(tǒng)中使用。

RS-232通訊接口部分包括UART控制器和RS-232/TTL電平轉(zhuǎn)換IC。UART采用了MAX3100，而接口芯片采用了單+5V供電的MAX202（傳統(tǒng)上采用±12 或±15V供電的MC1488和MC1489兩片方案）完成電平的相互轉(zhuǎn)換。采用上述方案，使我們大大地簡(jiǎn)化了電路和電源設(shè)計(jì)、減小體積、降低功耗和成本。此部分的電路原理如圖2所示。

3、RS-422/485接口部分

圖3所示的RS-422/485接口部分原理圖是典型的RS-422/485通訊接口電路，即適用于全雙工的RS-422（所有的RS-422/485 選擇開關(guān)斷開），也適用于半雙工的RS-485（所有的選擇開關(guān)閉合）。89C51提供UART控制器，其中P1.5控制發(fā)送使能端Tx-EN。 接口芯片采用的是MAX1482（傳統(tǒng)上采用75174和75175或MC3486和MC3487兩片方案）實(shí)現(xiàn)TTL/RS-422電平的相互轉(zhuǎn)換，除了縮小體積、降低功耗外，還具有最多256個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的收發(fā)能力。

圖3 RS-422/485接口部分原理圖

4、CAN總線接口部分
CAN總線之所以在國(guó)內(nèi)乃至全球范圍內(nèi)一直保持高速發(fā)展，這完全取決于其卓越的性能。最早CAN總線主要應(yīng)用在汽車領(lǐng)域，隨著集成工藝的發(fā)展和成本的降低，被越來(lái)越多的控制領(lǐng)域內(nèi)的軟硬件工程師所接受，廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的控制局域網(wǎng)中。應(yīng)該說(shuō)，F(xiàn)F、Lonworks 或CEbus 與國(guó)內(nèi)的技術(shù)狀況和承受能力有一段距離，CAN總線可能更適合我國(guó)國(guó)情。其主要性能指標(biāo)為：多主站仲裁結(jié)構(gòu)（分地址優(yōu)先級(jí)，非破壞方式仲裁）；支持主從或廣播方式；不加任何擴(kuò)展最多110個(gè)節(jié)點(diǎn)；最高通訊速率1Msps；最遠(yuǎn)通訊距離5kM；通常CAN控制器內(nèi)部設(shè)有接收和發(fā)送緩沖區(qū)，通訊以幀為單位，最多8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，硬件自動(dòng)進(jìn)行16位CRC校驗(yàn)，而且具有極強(qiáng)的總線和通訊錯(cuò)誤的管理能力。