作者：武漢大學 黃天戌 祁 昶 來源：《單片機與嵌入式系統(tǒng)應用》 摘要：敘述智能節(jié)點在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)中的重要性，提出擴展智能節(jié)點i/o點數(shù)的方法和電路原理圖，并給出采用該智能節(jié)點組建的基于lonworks技術(shù)的現(xiàn)場總線控制設備的應用實例。 關鍵詞：lonworks 智能節(jié)點 i/o擴展 隨著控制、計算機、通信、網(wǎng)絡等技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場總線已成為當今工業(yè)控制領域技術(shù)發(fā)展的熱點之一。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)絡操作系統(tǒng)、標準的網(wǎng)絡通信協(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，在工業(yè)控制領域得到了廣泛應用。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8位cpu及網(wǎng)絡通信協(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)點在lonworks現(xiàn)場總線控制網(wǎng)絡中起著舉足輕重的作用，能使現(xiàn)場設備之間相互通信，快速地交換信息，以滿足系統(tǒng)實時監(jiān)控的要求。但是，由于3150神經(jīng)元芯片只提供了11個通用i/o口，這對于采集量和控制量要求較多的現(xiàn)場設備并不能滿足要求，因此研究和開發(fā)基于神經(jīng)元芯片的多點i/o智能節(jié)點，是一項有意義的工作。本文提出了擴展智能節(jié)點i/o數(shù)量的設計方法，并給出采用該智能節(jié)點組建基于lonworks現(xiàn)場總線控制設備的應用實例。 1 neur onc3150神經(jīng)元芯片的特點 neuronc芯片既是lonworks技術(shù)的核心也是智能節(jié)點的核心，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器的接口，尋址空間可達64 kb。從這一點來說，3150比3120在節(jié)點開發(fā)上具有更好的靈活性。3150芯片內(nèi)部帶有3個8位微處理器：1個用于鏈路層的控制，1個用于網(wǎng)絡層的控制，1個用于執(zhí)行用戶的應用程序。該芯片還包含11個i/o口和完整的lontalk通信協(xié)議，同時具有通信和控制功能。 2 基于神經(jīng)元芯片智能節(jié)點的開發(fā)方法 基于補經(jīng)元芯片開發(fā)的智能節(jié)點具有結(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計方法。采用這一方法的優(yōu)勢是可縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，因為控制模塊通常都集成了補經(jīng)元芯片、；flash程序存儲器、收發(fā)器以及ram等，用戶只需設計自己的應用電路即可完成節(jié)點開發(fā)。②其于收發(fā)器的硬件電路設計方法。采用這一方法可以降低節(jié)點成本，提高節(jié)點的市場競爭力，但是這需要在考慮應用電路設計的同時考慮神經(jīng)元芯片與flash存儲器及ram的接口電路。這對于電路板的設計加工及生產(chǎn)工藝的要求都較高。 3 智能節(jié)點的電路設計 節(jié)點采用主、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)點主板結(jié)構(gòu)如圖1所示；背板設計為兩種多點i/o模塊（包括多點數(shù)字i/o模塊和多點模擬i/o模塊）；主、背板之間采用統(tǒng)一標準的20針接口。采用主、背板結(jié)構(gòu)設計法，使得此智能節(jié)點的應用領域更為廣泛，適用性、通用性和功能都大大增強，對于節(jié)點應用程序的開發(fā)也更為靈活。 3.1 主板電路設計 3.1.1 控制電路 控制電路主要由神經(jīng)元芯片、片外存儲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)點的控制，實施與lon網(wǎng)的通信，支持對現(xiàn)場信息的輸入輸出等應用服務。 ②片外存儲器。采用atmel公司生產(chǎn)的at29c256（flash存儲器）。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)點應用程序的存儲區(qū)。采用issi公司生產(chǎn)的is61c256作為神經(jīng)元芯片