DS8500 HART調制解調器

　引言

　　本應用筆記介紹了用于HART®通信的DS8500單芯片調制解調器，本文應與DS8500數據資料配合使用。不同應用可能要求不同的參數指標，本文介紹的參考設計只是用于過(guò)程控制電路的一個(gè)基本例子。

　　HART概述

　　高速可尋址遠程傳感器(HART)通信廣泛用于數字信號傳輸，疊加在4–20mA電流環(huán)的模擬信號上。HART協(xié)議基于相位連續的頻移鍵控(FSK)技術(shù)。比特0調制在2200Hz正弦信號，比特1調制在1200Hz正弦信號，波特率為1200bps。這兩個(gè)頻率可以非常容易地疊加到模擬電流環(huán)信號上，模擬信號范圍為：直流至10Hz，不會(huì )影響其它信號。HART協(xié)議的獨特優(yōu)勢使其能夠在同一線(xiàn)路傳輸模擬和數字信號。

　　DS8500 HART調制解調器

　　DS8500是一款用于過(guò)程控制的HART調制解調器，提供連續相位的FSK調制和解調。這款具有豐富功能的低功耗調制解調器完全滿(mǎn)足HART通信基金會(huì )設定的物理層規范。DS8500具有諸多功能，使用戶(hù)能夠方便、高效地設計具備HART調制解調功能的過(guò)程控制系統。

　　可靠的信號偵測

　　極少的外部元件

　　正弦輸出信號

　　低功耗

　　標準的3.6864MHz晶體

　　內置數字信號處理技術(shù)支持可靠的FSK_IN信號偵測;極少的外部元件用于將HART信號從噪聲中提取出來(lái)。FSK_OUT為正弦信號，在系統中產(chǎn)生最低的諧波失真。

　　圖1所示為DS8500在智能變送器應用中的頂層原理框圖。設計突出展示了HART調制解調器及其外圍IC之間的接口。

　　圖1. 智能變送器通過(guò)DS8500 HART調制解調器與系統微控制器通信

　　DS8500的基本工作原理

　　時(shí)鐘

　　DS8500需要一個(gè)精度為±1%的3.6864MHz時(shí)鐘作為輸入源，以確保系統正常工作。圖2給出了一個(gè)典型的時(shí)鐘電路。當XCEN置為高電平時(shí)，用戶(hù)可將外部時(shí)鐘直接接到XTAL1引腳。如果需要外部連接3.6864MHz晶體，XCEN應該置為低電平，并將晶體連接到XTAL1和XTAL2之間。

　　圖2. 晶體與DS8500的連接

　　微控制器接口

　　HART協(xié)議要求信號通過(guò)指定的11位UART格式進(jìn)行通信：一個(gè)起始位、8個(gè)數據位、一個(gè)校驗位和一個(gè)停止位。DS8500的調制和解調電路需要與微控制器的UART接口連接，以滿(mǎn)足協(xié)議要求。

　　解調模式下，DS8500需要一個(gè)有效的UART起始信號，用于同步數字通信。HART調制解調器和微控制器之間的接口如圖1所示。按照圖1所示框圖，微控制器必須包含支持HART通信的軟件協(xié)議棧。D_IN為DS8500的數字信號數據輸入，調制后通過(guò)FSK_OUT輸出。DS8500輸出的數字信號數據通過(guò)D_OUT輸出，該數據已經(jīng)從FSK_IN信號進(jìn)行解調。RST接收微控制器的請求信號，啟動(dòng)調制解調器的解調(Rx)或調制(Tx)模式。

　　/RST為DS8500提供復位信號，確保所有內部寄存器和濾波器從已知的默認狀態(tài)開(kāi)啟。OCD為載波檢測信號，確定解調器輸入端是否具有幅度有效的FSK信號。OCD為邏輯高電平時(shí)，說(shuō)明FSK_IN信號幅度大于120mV;邏輯低電平則說(shuō)明FSK_IN輸入信號的幅度小于80mV或沒(méi)有載波信號。也可以利用微控制器為DS8500提供3.6864MHz時(shí)鐘。

　　調制波形

　　圖3所示為調制模式下的DS8500，D_IN為調制解調器輸入，FSK_OUT為調制信號輸出。數據以11位UART格式提供。

　　圖3. 調制波形