現場(chǎng)總線(xiàn)適配器的軟硬件設計和現場(chǎng)應用

1、現場(chǎng)總線(xiàn)適配器的最小系統
現場(chǎng)總線(xiàn)適配器的最小系統包括以下幾個(gè)部分（CPU、uP監控復位、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，在軟件的支持下執行網(wǎng)絡(luò )命令、數據的接收、處理并發(fā)送出相應的網(wǎng)絡(luò )命令和數據，發(fā)揮總線(xiàn)適配器在現場(chǎng)局部網(wǎng)絡(luò )中的作用。

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

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、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的接收和發(fā)送緩沖區及CPU數據處理緩沖。

EEPROM 93C46（512kbit），用以存放網(wǎng)絡(luò )配置，包括網(wǎng)絡(luò )種類(lèi)、各網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數目及地址信息等。

其電路原理圖如圖1所示。

圖1 總線(xiàn)適配器小系統原理圖

2、RS-232接口部分
由于本現場(chǎng)總線(xiàn)適配器包括RS-232和RS-422/485兩個(gè)獨立的接口，勢比需要二個(gè)異步串行口（UART），而CPU89C51只帶有一個(gè)（UART），顯然本系統中需要外擴一個(gè)UART。鑒于體積、功耗和性能價(jià)格比上的考慮，傳統的UART控制器如8250等已難以滿(mǎn)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(mǎn)足要求，其主要性能為：SPI/Microwire兼容的uP接口，8字節接收FIFO，9位地址識別中斷、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，更適合在本系統中使用。

RS-232通訊接口部分包括UART控制器和RS-232/TTL電平轉換IC。UART采用了MAX3100，而接口芯片采用了單+5V供電的MAX202（傳統上采用±12 或±15V供電的MC1488和MC1489兩片方案）完成電平的相互轉換。采用上述方案，使我們大大地簡(jiǎn)化了電路和電源設計、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(kāi)關(guān)斷開(kāi)），也適用于半雙工的RS-485（所有的選擇開(kāi)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（傳統上采用75174和75175或MC3486和MC3487兩片方案）實(shí)現TTL/RS-422電平的相互轉換，除了縮小體積、降低功耗外，還具有最多256個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的收發(fā)能力。

圖3 RS-422/485接口部分原理圖

4、CAN總線(xiàn)接口部分
CAN總線(xiàn)之所以在國內乃至全球范圍內一直保持高速發(fā)展，這完全取決于其卓越的性能。最早CAN總線(xiàn)主要應用在汽車(chē)領(lǐng)域，隨著(zhù)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)域內的軟硬件工程師所接受，廣泛地應用于各行各業(yè)的控制局域網(wǎng)中。應該說(shuō)，FF、Lonworks 或CEbus 與國內的技術(shù)狀況和承受能力有一段距離，CAN總線(xiàn)可能更適合我國國情。其主要性能指標為：多主站仲裁結構（分地址優(yōu)先級，非破壞方式仲裁）；支持主從或廣播方式；不加任何擴展最多110個(gè)節點(diǎn)；最高通訊速率1Msps；最遠通訊距離5kM；通常CAN控制器內部設有接收和發(fā)送緩沖區，通訊以幀為單位，最多8個(gè)字節的數據，硬件自動(dòng)進(jìn)行16位CRC校驗，而且具有極強的總線(xiàn)和通訊錯誤的管理能力。