用于HART通信的DS8500單芯片調(diào)制解調(diào)器參考設(shè)計(jì)

摘要：本應(yīng)用筆記介紹了如何在過(guò)程控制中使用DS8500 HART調(diào)制解調(diào)器。本文討論了DS8500與微控制器和4–20mA電流環(huán)的連接，以確保正確的HART通信。

　　引言

　　本應(yīng)用筆記介紹了用于HART?通信的DS8500單芯片調(diào)制解調(diào)器，本文應(yīng)與DS8500數(shù)據(jù)資料配合使用。不同應(yīng)用可能要求不同的參數(shù)指標(biāo)，本文介紹的參考設(shè)計(jì)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(yuǎn)程傳感器(HART)通信廣泛用于數(shù)字信號(hào)傳輸，疊加在4–20mA電流環(huán)的模擬信號(hào)上。HART協(xié)議基于相位連續(xù)的頻移鍵控(FSK)技術(shù)。比特0調(diào)制在2200Hz正弦信號(hào)，比特1調(diào)制在1200Hz正弦信號(hào)，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(hào)上，模擬信號(hào)范圍為：直流至10Hz，不會(huì)影響其它信號(hào)。HART協(xié)議的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其能夠在同一線路傳輸模擬和數(shù)字信號(hào)。

　　DS8500 HART調(diào)制解調(diào)器

　　DS8500是一款用于過(guò)程控制的HART調(diào)制解調(diào)器，提供連續(xù)相位的FSK調(diào)制和解調(diào)。這款具有豐富功能的低功耗調(diào)制解調(diào)器完全滿足HART通信基金會(huì)設(shè)定的物理層規(guī)范。DS8500具有諸多功能，使用戶能夠方便、高效地設(shè)計(jì)具備HART調(diào)制解調(diào)功能的過(guò)程控制系統(tǒng)。

　　·可靠的信號(hào)偵測(cè)

　　·極少的外部元件

　　·正弦輸出信號(hào)

　　·低功耗

　　·標(biāo)準(zhǔn)的3.6864MHz晶體

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

　　圖1所示為DS8500在智能變送器應(yīng)用中的頂層原理框圖。設(shè)計(jì)突出展示了HART調(diào)制解調(diào)器及其外圍IC之間的接口。

　　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(tǒng)正常工作。圖2給出了一個(gè)典型的時(shí)鐘電路。當(dāng)XCEN置為高電平時(shí)，用戶可將外部時(shí)鐘直接接到XTAL1引腳。如果需要外部連接3.6864MHz晶體，XCEN應(yīng)該置為低電平，并將晶體連接到XTAL1和XTAL2之間。

　　微控制器接口

　　HART協(xié)議要求信號(hào)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(shù)據(jù)位、一個(gè)校驗(yàn)位和一個(gè)停止位。DS8500的調(diào)制和解調(diào)電路需要與微控制器的UART接口連接，以滿足協(xié)議要求。

　　解調(diào)模式下，DS8500需要一個(gè)有效的UART起始信號(hào)，用于同步數(shù)字通信。HART調(diào)制解調(diào)器和微控制器之間的接口如圖1所示。按照?qǐng)D1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(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)輸入，調(diào)制后通過(guò)FSK_OUT輸出。DS8500輸出的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)D_OUT輸出，該數(shù)據(jù)已經(jīng)從FSK_IN信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。RST接收微控制器的請(qǐng)求信號(hào)，啟動(dòng)調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)(Rx)或調(diào)制(Tx)模式。

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