作者：武漢大學(xué) 黃天戌 祁 昶 來源：《單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用》 摘要：敘述智能節(jié)點(diǎn)在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的重要性，提出擴(kuò)展智能節(jié)點(diǎn)i/o點(diǎn)數(shù)的方法和電路原理圖，并給出采用該智能節(jié)點(diǎn)組建的基于lonworks技術(shù)的現(xiàn)場總線控制設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例。 關(guān)鍵詞：lonworks 智能節(jié)點(diǎn) i/o擴(kuò)展 隨著控制、計(jì)算機(jī)、通信、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線已成為當(dāng)今工業(yè)控制領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一。lonworks現(xiàn)場總線由美國echelon公司于1993年推出后，由于其開放的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、豐富的介質(zhì)接口模板、支持多種介質(zhì)之間相互通信等特點(diǎn)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。目前，已有多種支持lonworks技術(shù)的芯片。echelon公司的神經(jīng)元芯片neuronc3150（簡稱3150）是一種集3個(gè)8位cpu及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（lontalk協(xié)議）為一體的芯片。采用該芯片構(gòu)成的智能節(jié)點(diǎn)在lonworks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡(luò)中起著舉足輕重的作用，能使現(xiàn)場設(shè)備之間相互通信，快速地交換信息，以滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。但是，由于3150神經(jīng)元芯片只提供了11個(gè)通用i/o口，這對于采集量和控制量要求較多的現(xiàn)場設(shè)備并不能滿足要求，因此研究和開發(fā)基于神經(jīng)元芯片的多點(diǎn)i/o智能節(jié)點(diǎn)，是一項(xiàng)有意義的工作。本文提出了擴(kuò)展智能節(jié)點(diǎn)i/o數(shù)量的設(shè)計(jì)方法，并給出采用該智能節(jié)點(diǎn)組建基于lonworks現(xiàn)場總線控制設(shè)備的應(yīng)用實(shí)例。 1 neur onc3150神經(jīng)元芯片的特點(diǎn) neuronc芯片既是lonworks技術(shù)的核心也是智能節(jié)點(diǎn)的核心，目前由toshiba和motorola兩家公司生產(chǎn)，主要包括neuronc3150和neuronc3120兩種系列。3150芯片中包括e2prom、ram存儲(chǔ)器，同3120芯片的區(qū)別在于它無內(nèi)部rom，但具有訪問外部存儲(chǔ)器的接口，尋址空間可達(dá)64 kb。從這一點(diǎn)來說，3150比3120在節(jié)點(diǎn)開發(fā)上具有更好的靈活性。3150芯片內(nèi)部帶有3個(gè)8位微處理器：1個(gè)用于鏈路層的控制，1個(gè)用于網(wǎng)絡(luò)層的控制，1個(gè)用于執(zhí)行用戶的應(yīng)用程序。該芯片還包含11個(gè)i/o口和完整的lontalk通信協(xié)議，同時(shí)具有通信和控制功能。 2 基于神經(jīng)元芯片智能節(jié)點(diǎn)的開發(fā)方法 基于補(bǔ)經(jīng)元芯片開發(fā)的智能節(jié)點(diǎn)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低等優(yōu)勢，其開發(fā)方法可分為兩種。①基于控制模塊的硬件設(shè)計(jì)方法。采用這一方法的優(yōu)勢是可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因?yàn)榭刂颇K通常都集成了補(bǔ)經(jīng)元芯片、；flash程序存儲(chǔ)器、收發(fā)器以及ram等，用戶只需設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用電路即可完成節(jié)點(diǎn)開發(fā)。②其于收發(fā)器的硬件電路設(shè)計(jì)方法。采用這一方法可以降低節(jié)點(diǎn)成本，提高節(jié)點(diǎn)的市場競爭力，但是這需要在考慮應(yīng)用電路設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮神經(jīng)元芯片與flash存儲(chǔ)器及ram的接口電路。這對于電路板的設(shè)計(jì)加工及生產(chǎn)工藝的要求都較高。 3 智能節(jié)點(diǎn)的電路設(shè)計(jì) 節(jié)點(diǎn)采用主、背板結(jié)構(gòu)。主板上集成有控制電路、通信電路和其它附加電路。智能節(jié)點(diǎn)主板結(jié)構(gòu)如圖1所示；背板設(shè)計(jì)為兩種多點(diǎn)i/o模塊（包括多點(diǎn)數(shù)字i/o模塊和多點(diǎn)模擬i/o模塊）；主、背板之間采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的20針接口。采用主、背板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法，使得此智能節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，適用性、通用性和功能都大大增強(qiáng)，對于節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的開發(fā)也更為靈活。 3.1 主板電路設(shè)計(jì) 3.1.1 控制電路 控制電路主要由神經(jīng)元芯片、片外存儲(chǔ)器和主背板接口電路等組成。各元器件功能如下。 ①神經(jīng)元芯片。采用toshiba公司生產(chǎn)的3150芯片，主要用于提供對節(jié)點(diǎn)的控制，實(shí)施與lon網(wǎng)的通信，支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應(yīng)用服務(wù)。 ②片外存儲(chǔ)器。采用atmel公司生產(chǎn)的at29c256（flash存儲(chǔ)器）。at29c256共有32kb的地址空間，其中低16kb空間用來存放神經(jīng)元芯片的固件（包括lontalk協(xié)議等）。高16kb空間作為節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序的存儲(chǔ)區(qū)。采用issi公司生產(chǎn)的is61c256作為神經(jīng)元芯片