现场总线适配器的软硬件设计和现场应用

1、现场总线适配器的最小系统
现场总线适配器的最小系统包括以下几个部分（CPU、uP监控复位、RAM和非易失性串行EEPROM）：

ATMEL公司的89C51，它是适配器的信息中央处理单元，在软件的支持下执行网络命令、数据的接收、处理并发送出相应的网络命令和数据，发挥总线适配器在现场局部网络中的作用。

Maxim公司的MAX824，具有高、低复位电平输出，集强大功能（上电复位、欠电压复位、“看门狗”等和微小封装（SOT23-5）于一身，是uP监控复位电路的理想选择。

RAM62256(256kbit)，用于通讯过程中各网络的接收和发送缓冲区、网络节点的接收和发送缓冲区及CPU数据处理缓冲。

EEPROM 93C46（512kbit），用以存放网络配置，包括网络种类、各网络节点数目及地址信息等。

其电路原理图如图1所示。

图1 总线适配器小系统原理图

2、RS-232接口部分
由于本现场总线适配器包括RS-232和RS-422/485两个独立的接口，势比需要二个异步串行口（UART），而CPU89C51只带有一个（UART），显然本系统中需要外扩一个UART。鉴于体积、功耗和性能价格比上的考虑，传统的UART控制器如8250等已难以满足要求，令人鼓舞的是Maxim公司推出不久的SPI接口的UART控制器正好满足要求，其主要性能为：SPI/Microwire兼容的uP接口，8字节接收FIFO，9位地址识别中断、IrDA SIR时序兼容、RTS输出和CTS输入最高波特率230k、工作电压+2.7V至+5.5V、工作电流仅0.5mA、DIP14或QSOP16封装。MAX3100优良的性能，更适合在本系统中使用。

RS-232通讯接口部分包括UART控制器和RS-232/TTL电平转换IC。UART采用了MAX3100，而接口芯片采用了单+5V供电的MAX202（传统上采用±12 或±15V供电的MC1488和MC1489两片方案）完成电平的相互转换。采用上述方案，使我们大大地简化了电路和电源设计、减小体积、降低功耗和成本。此部分的电路原理如图2所示。

3、RS-422/485接口部分

图3所示的RS-422/485接口部分原理图是典型的RS-422/485通讯接口电路，即适用于全双工的RS-422（所有的RS-422/485 选择开关断开），也适用于半双工的RS-485（所有的选择开关闭合）。89C51提供UART控制器，其中P1.5控制发送使能端Tx-EN。 接口芯片采用的是MAX1482（传统上采用75174和75175或MC3486和MC3487两片方案）实现TTL/RS-422电平的相互转换，除了缩小体积、降低功耗外，还具有最多256个网络节点的收发能力。

图3 RS-422/485接口部分原理图

4、CAN总线接口部分
CAN总线之所以在国内乃至全球范围内一直保持高速发展，这完全取决于其卓越的性能。最早CAN总线主要应用在汽车领域，随着集成工艺的发展和成本的降低，被越来越多的控制领域内的软硬件工程师所接受，广泛地应用于各行各业的控制局域网中。应该说，FF、Lonworks 或CEbus 与国内的技术状况和承受能力有一段距离，CAN总线可能更适合我国国情。其主要性能指标为：多主站仲裁结构（分地址优先级，非破坏方式仲裁）；支持主从或广播方式；不加任何扩展最多110个节点；最高通讯速率1Msps；最远通讯距离5kM；通常CAN控制器内部设有接收和发送缓冲区，通讯以帧为单位，最多8个字节的数据，硬件自动进行16位CRC校验，而且具有极强的总线和通讯错误的管理能力。