如何设计EIA RS-232-C/RS-485信号LonWorks节点
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:1062
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摘要：针对工业现场常见的eiars-232-c/rs-485信号设计了一类基于neuron芯片的lonworks节点，该节点构成了eiars-232-c/rs-485标准与lon的通讯协议之间的网关．
关键词：lonneuron芯片；eiars-232-c/rs-485标准；节点
分类号：tp 393.03
从80年代末开始现场总线(fieldbus)成为工业控制领域的热点，至今已出现多种现场总线标准，较为著名的有ff，can和lon等[1]．
以neuron芯片为核心，辅以lonworks收发器、现场信号的前置调理等电路即可构成lon的组成单元——典型节点．节点的作用是将工业现场的传感器或执行器的信号转换为包含lontalk协议的数据，从而与现场的其他节点直接进行通讯，最终使得测量和控制等功能全部下放到现场级设备[2]．
eiars-232-c/rs-485地标准广泛为工业现场设备所采用，是一种常见的电气和通讯接口，如plc、智能仪器和调制解调器等设备均采用232或485标准．因此，将现场设备的232/485信号转换为包含lontalk协议的信息，从而与现场的其他lon节点以及lon网络管理设备实现通讯，具有实际应用和拓宽lon应用范围的意义．
neuron芯片的11个i/o有34种可选工作模式，其中包括串行i/o方式．该方式的数据格式为1位起始位、8位数据位和1位停止位，数据速率可由软件设置为600，1200，2 400 和4 800 bps，且其工作方式为半双工．从数据速率和工作方式来看，neuron芯片自身所提供的串行接口有很大的局限性，例如当数据速率要求大于4 800 bps或要求全双工方式工作等情况下均无法实现．鉴于此，根据现场具体应用的要求，本文设计了最大数据传输速率为115,200 bps、全双工的工作方式(不包括485信号)的lonworks节点．该节点实际是rs-232-c/rs-485标准与lontalk协议之间的网关．
1 节点硬件设计
1.1 lonworks节点硬件结构框图
该节点的框图如图1所示．
该节点的工作原理如下：采用适当的接口芯片将现场信号电平转换为ttl兼容电平；采用硬件uart将串行信号转换为并行信号从而与neuron芯片接口；neuron芯片将输入数据处理为网络变量或其他包含lontalk协议的数据并输出；采用lonworks收发器将neuron芯片的输出数据发送至lon的网络介质．
该节点既可与进行测量的现场仪表相连，也可与执行控制功能的设备相连．也就是说，该节点可处理双向信号，而这是通过软件设计来实现的．
1.2 节点的硬件电路设计
该节点中，neuron芯片选用motorola公司生产的mc143150．3150片内存储器的地址范围是e800hhmfffh，包括2 kb的sram和512b的eeprom．3150可以外接存储器，如ram、rom、eeprom或flash，其地址范围是0000hhl7ffh．根据一般应用的性能和成本要求，该节点的外部存储器采用eprom和ram．eprom选用27c256 120，ram选用hy62256－10．27c256的地址范围由neuron芯片的地址线和控制线e来确定．62256的地址范围通过可编程逻辑阵列(gal)根据neuron芯片的地址线和控制线e来确定．另外，当节点采用rs-485方式时，gal通过来自uart的rts信号对485接口处于发送还是接收状态进行控制．232信号的调理电路选用sn75lbc187，它将??12v的232电平转换为＋5v电平，然后送至uart．选用max485芯片将485差分信号转换为单端信号．
为提高节点所能处理的信号的数据速率，该节点采用异步串行通讯器件uart来实现信号与neuron芯片i/o的接口．uart选用ns公司的pc16550d．16550d可将来自外设的串行信号转换为并行信号，或将来自cpu的并行信号转换为串行信号．通过对16550d内部寄存器进行编程，即可建立异步串行通信协议(数据传输速率、数据格式等)以及uart的操作方式(查询i/o或中断i/o)．为了同uart的并行信号接口，将neuron芯片的8个i/o进行地址、数据复用，其余3个i/o作为读写uart的控制信号通道．此处采用地址数据分离器件74hct573进行地址的锁存，实现地址和数据的分离．
neuron芯片与lon的网络介质的接口采用一种lonworks收发器h鬃杂赏仄诵褪辗⑵鱢tt-10a．ftt-10a是一种变压器耦合收发器，可提供一个与双绞线的无极性接口，且支持网络的自由拓扑结构．网络通讯介质采用最常用的双绞线．
1.3 节点的抗干扰设计
工业现场的环境一般来说较为恶劣，存在多种干扰．为保证通讯的准确无误，延长硬件使用寿命，该节点除采用通常的供电和接地抗干扰措施外，主要是要避免和消除来自网络介质的静电泄放(esd)和电磁干扰(emi)，即主要针对ftt-10a来设计抗干扰电路．
对于esd，在印刷电路板(pcb)设计中应提供一个导入大地的通道，还要不致引起整个pcb电压的升降，具体采用火花放电隙和箝位二极管来实现．对于emi，因
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摘要：针对工业现场常见的eiars-232-c/rs-485信号设计了一类基于neuron芯片的lonworks节点，该节点构成了eiars-232-c/rs-485标准与lon的通讯协议之间的网关．
关键词：lonneuron芯片；eiars-232-c/rs-485标准；节点
分类号：tp 393.03
从80年代末开始现场总线(fieldbus)成为工业控制领域的热点，至今已出现多种现场总线标准，较为著名的有ff，can和lon等[1]．
以neuron芯片为核心，辅以lonworks收发器、现场信号的前置调理等电路即可构成lon的组成单元——典型节点．节点的作用是将工业现场的传感器或执行器的信号转换为包含lontalk协议的数据，从而与现场的其他节点直接进行通讯，最终使得测量和控制等功能全部下放到现场级设备[2]．
eiars-232-c/rs-485地标准广泛为工业现场设备所采用，是一种常见的电气和通讯接口，如plc、智能仪器和调制解调器等设备均采用232或485标准．因此，将现场设备的232/485信号转换为包含lontalk协议的信息，从而与现场的其他lon节点以及lon网络管理设备实现通讯，具有实际应用和拓宽lon应用范围的意义．
neuron芯片的11个i/o有34种可选工作模式，其中包括串行i/o方式．该方式的数据格式为1位起始位、8位数据位和1位停止位，数据速率可由软件设置为600，1200，2 400 和4 800 bps，且其工作方式为半双工．从数据速率和工作方式来看，neuron芯片自身所提供的串行接口有很大的局限性，例如当数据速率要求大于4 800 bps或要求全双工方式工作等情况下均无法实现．鉴于此，根据现场具体应用的要求，本文设计了最大数据传输速率为115,200 bps、全双工的工作方式(不包括485信号)的lonworks节点．该节点实际是rs-232-c/rs-485标准与lontalk协议之间的网关．
1 节点硬件设计
1.1 lonworks节点硬件结构框图
该节点的框图如图1所示．
该节点的工作原理如下：采用适当的接口芯片将现场信号电平转换为ttl兼容电平；采用硬件uart将串行信号转换为并行信号从而与neuron芯片接口；neuron芯片将输入数据处理为网络变量或其他包含lontalk协议的数据并输出；采用lonworks收发器将neuron芯片的输出数据发送至lon的网络介质．
该节点既可与进行测量的现场仪表相连，也可与执行控制功能的设备相连．也就是说，该节点可处理双向信号，而这是通过软件设计来实现的．
1.2 节点的硬件电路设计
该节点中，neuron芯片选用motorola公司生产的mc143150．3150片内存储器的地址范围是e800hhmfffh，包括2 kb的sram和512b的eeprom．3150可以外接存储器，如ram、rom、eeprom或flash，其地址范围是0000hhl7ffh．根据一般应用的性能和成本要求，该节点的外部存储器采用eprom和ram．eprom选用27c256 120，ram选用hy62256－10．27c256的地址范围由neuron芯片的地址线和控制线e来确定．62256的地址范围通过可编程逻辑阵列(gal)根据neuron芯片的地址线和控制线e来确定．另外，当节点采用rs-485方式时，gal通过来自uart的rts信号对485接口处于发送还是接收状态进行控制．232信号的调理电路选用sn75lbc187，它将??12v的232电平转换为＋5v电平，然后送至uart．选用max485芯片将485差分信号转换为单端信号．
为提高节点所能处理的信号的数据速率，该节点采用异步串行通讯器件uart来实现信号与neuron芯片i/o的接口．uart选用ns公司的pc16550d．16550d可将来自外设的串行信号转换为并行信号，或将来自cpu的并行信号转换为串行信号．通过对16550d内部寄存器进行编程，即可建立异步串行通信协议(数据传输速率、数据格式等)以及uart的操作方式(查询i/o或中断i/o)．为了同uart的并行信号接口，将neuron芯片的8个i/o进行地址、数据复用，其余3个i/o作为读写uart的控制信号通道．此处采用地址数据分离器件74hct573进行地址的锁存，实现地址和数据的分离．
neuron芯片与lon的网络介质的接口采用一种lonworks收发器h鬃杂赏仄诵褪辗⑵鱢tt-10a．ftt-10a是一种变压器耦合收发器，可提供一个与双绞线的无极性接口，且支持网络的自由拓扑结构．网络通讯介质采用最常用的双绞线．
1.3 节点的抗干扰设计
工业现场的环境一般来说较为恶劣，存在多种干扰．为保证通讯的准确无误，延长硬件使用寿命，该节点除采用通常的供电和接地抗干扰措施外，主要是要避免和消除来自网络介质的静电泄放(esd)和电磁干扰(emi)，即主要针对ftt-10a来设计抗干扰电路．
对于esd，在印刷电路板(pcb)设计中应提供一个导入大地的通道，还要不致引起整个pcb电压的升降，具体采用火花放电隙和箝位二极管来实现．对于emi，因
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