來源：世界電子元器件 作者：北京理工大學電子工程系 顧偉 周建明

    摘 要：首先介紹a5191hrt型hart調制解調器的原理。a5191hrt內部集成了符合bell202標準的較完整的調制解調電路，與微處理器接口方便，便于構建智能現場儀表的hart協議通信模塊電路。最后給出某智能現場儀表基于a5191hrt和ad421型電流環數，模轉換器的hart協議通信模塊設計。

    關鍵詞：hart協議；串行通信；頻移鍵控；調制解調器

    1 引言

    20世紀70年代中期，工業控制儀表發展為統一的二線制4 ma~20 ma電流環標準模擬信號體制。80年代后，數字技術的發展使大量智能控制儀表采用了微控制器(mcu)，儀表與控制設備之間傳輸的信息量增加，迫切需要一種全數字雙向通信規范。美國rose—mount公司制定的hart協議是兼容現行4 ma一20 ma模擬系統的過渡性現場總線標準，得到了非常廣泛的應用，成為智能工業控制領域事實上的國際標準。

    ami semiconductor公司的a5191hrt型hart調制解調器用于構建智能現場儀表的hart協議通信模塊，具有外圍電路簡單和工作可靠性高等特點。

    2 hart協議

    hart(highway addressable remote transducer)協議是美國rose—mount公司于20世紀80年代中期推出的，主要用于現場智能儀表和控制系統間的數字通信。hart協議在低頻的4 ma，20 ma模擬信號上疊加音頻數字信號，進行雙向數字通信．具有同時進行點對點4 ma～20 ma模擬和數字通信、多站通信方式、多種信息傳輸、開放的體系結構可免費獲得等優點。

    hart協議參考iso／osi模型(開放系統互聯模型)，采用簡化的3層模型結構，即第一層物理層、第二層數據鏈路層和第七層應用層。物理層規定信號的傳輸方法，采用基于bell202標準的fsk頻移鍵控信號，在低頻4 ma一20 ma模擬信號上疊加音頻數字信號進行雙向通信，數字信號幅度為0．5 ma，數據率達1200 b／s，以1200 hz代表邏輯…1’，2200 hz代表邏輯…0’。fsk頻移鍵控信號波形如圖1(a)所示。

    數據鏈路層規定hart協議幀格式．實現建立、維護、終結鏈路通訊的功能。應用層為hart協議命令集，用于實現hart指令。

    hart協議的fsk頻移鍵控信號和4 ma～20ma電流環模擬信號疊加后同時傳輸的示意圖如圖1(b)所示。由于fsk信號的平均值為0，所以不影響傳送給控制系統的4 ma一20 ma電流環模擬信號的大小．保證了與現有模擬系統的兼容性。

    3 a5191hrt的工作原理

    3．1 asl91hrt的性能與引腳功能

    a5191hrt是應用于haftt現場儀表的單片cmos調制解調器，其主要性能如下：

    (1)單片、半雙工1200 b／s速率的頻移鍵控(fsk)調制解調器，可替代sym20c15；

    (2)bell202標準的fsk頻移鍵控信號，載波為1200hz和2200 hz；

    (3)內部集成了接收帶通濾波器電路和發送信號波形整形電路：

    (4)外接460．8 khz晶體或陶瓷濾波器內部時鐘振蕩器或者使用外部輸入時鐘；

    (5)工作溫度范圍為一40℃~+85℃；

    (6)電源電壓為3．o v～5．0 v；

    (7)滿足haftr協議物理層的要求；

    (8)功耗低。

    另外，為了節省功耗，a5191hrt在進行發送操作時可將接收電路關閉，進行接收操作時也可將發送電路關閉．這種工作方式適合于hart協議的半雙工通信方式。

    a5191hrt采用28引腳plcc和32引腳lqfp封裝，引腳排列如圖2所示。

    主要引腳的功能如表1所示。

    3．2 a5191hrt的內