单片机与Lonworks节点通信的电路设计.

1、单片机与 Lonworks 节点通信的电路设计摘要： 目前 Lonworks 现场总线已普遍应用于自动化控制的各个 领域，现设计一种通过神经元芯片与单片机构建的适配器来完成现场总线与 PC 机之间通信的方法。主要介绍硬件电路设计部分。关键词： Lonworks ；神经元芯片；电路中图分类号： TN 文献标识码： A 文章编号： 16717597（2011）0310007 01Lonworks 现场总线在智能建筑的应用中，实时现场控制尤为重要。 Lonworks 系统由以下部件组成：神经元芯片、收发器、现场总线设备以及网络 设备。实现现场控制的关键是直接通过 PC机与现场总线上各个节点信号相互通

2、 信。本设计有两个重点，其一是现场总线的节点通过收发器以及神经元芯片与 单片机实现通信，其二是单片机运用 RS-232标准实现网络协议的转换与PC机 实现串口通信。1 工作原理 现场总线节点通过收发器及神经元芯片与单片机实现通信。单片机（主 机）和神经元芯片（从机）为核心，为了便于控制引脚和编程，二者之间通过 双口 RAM!接实现数据缓存共享，MAX23芯片完成单片机与PC的通信，实现 PC对网络的控制。2 主要元器件简介2.1单片机。单片机选用ATME公司的AT89C51是一种低功耗、高性能 的芯片，内含有4KB快闪可编程/擦除只读存储器的8位CMO微控制器，使用 高密度、非易失存储技术制造

3、，与 8051 系列引脚和指令系统完全兼容。2.2 MAX232。MAX23芯片是包含两路接收器和驱动器的IC芯片，适用于 各种 EIA-232C 和 V.28/V.24 的通信端口。芯片内部有一个电源电压转换器，可 以把输入的+5V电源电压转换成RS-232C输出电平所需要的土 10V电压。2.3 神经元芯片。神经元芯片是智能节点的核心，它提供通信、控制、介 质访问、 I/O 接口、 I/O 应用库、 Lontalk 协议、操作系统等软、硬件功能模 块，并通过收发器实现与外部的通信。本设计中选用 TMPN3150B1AF系列芯片。为实现神经元芯片与 I/O 设备之间的通信， 芯片的 11 个

4、引脚可定义为 34 种 I/O 对象，包括并行、串行 I/O 对象、直接 I/O 对象、定时计数器输入对 象等。为解决芯片处理速度与大量信息转移的矛盾，通常采用双口RAM来完成与外界主机的通信。数据缓存，存储共享及可同读性大大地缓解了其压力。2.4双端口 RAM本设计使用的RAM芯片是CY7C130双端口 RAM使用两 路独立的地址、数据及控制信号来完成对一个通常的RAM数据存储阵列的读、写操作，它允许两个互不干涉的设备对同一处存储单元同时进行操作，从而使 两个设备之间能够进行数据交换。2.5双绞线收发器TPT/XF-1250。双绞线收发器模块由变压器、差分曼切 斯特编码通信收发器、电源连接器

5、、神经元芯片通信端口（CF）以及双绞线网 络数据线组成。工作在神经元芯片通信端口（ CP的单端模式下。3 硬件连接图3.1 总结构框图。现场总线智能节点以神经元处理器芯片为核心，其硬件 电路还包括收发器、双口 RAM译码电路等。以神经元芯片构成网络接口，由 它通过Lon Talk协议与网上的其它智能节点通信，并通过双口RAM的访问实现与其它网络系统的数据交换。节点中用双口RAM充当不同网络通信过程中现场信息的接收、发送缓冲区，完成最近发送到达的交换数据的存储转发功能，缓 解和避免系统缓存紧张和瓶颈的产生。用非易失性存储器EEPR 0存放Lon Talk网络协议固件、多任务调度程序、网络适配器通

6、信管理程序以及网络配置信息 等。硬件组成结构如图 1 所示：设计的基本结构可分为两部分：以神经元芯片为主构成的现场总线一侧， 其基本功能是实现LON网络上的智能节点功能；另一侧是由单片机系统构成的 串行通信接口，其功能是实现 RS-232-C标准的串行通信。在这两部分间米用了 双口 RAM芯片作为数据共享区。在本电路设计中，只考虑主要电路，外围接口 等电路省略。3.2双机通信接口。RAMS信接口电路的左端口与神经元芯片连接，右端 口与8051单片机系统连接。双口 RAM勺两端都有独立的数据线、地址线和控制 线，两端都可对RAM勺任意单元进行操作。只要两端不同时对同一地址单元进 行操作就不会发生

7、冲突。BUSY显示本端口想要存取的地址正在被另一个端口操 作，发生硬件冲突时，后操作一端的 BUSY言号有效。在应用中分别对双口 RAM 1KB勺存储空间进行定义，即同一存储单元对于 神经元芯片及 8051 单片机系统各有一个地址，这样两个系统均能对其进行存取 操作。在该智能节点中，神经元芯片对 1KB空间的地址定义为D000H-D3FFH 8051单片机系统对它的定义为 0000H-03FFH值得注意的是，RAMS片的3FFH 和3FEH两个单元被用作固定用途：当左端神经元芯片向3FFH单元写入数据时，将产生中断信号；同理，当INTR右端8051单片机向3FEH单元写入INTL 数据时，将产

8、生中断信号。利用这两个信号，可以将系统设置为中断工作方 式，达到节省通信时间的目的。由于双向数据信息的交换，可以这样来划分双 口 RAM存储区间：000H-01FFH单元存入神经元芯片向8051传送的信息，而 200H-3FFH单元存放由8051向神经元芯片发送的信息，并将同类但不同次的信 息放在固定的存储单元，每次都以新的数据覆盖上次的数据。这样就不必进行 标志的判断，只需要固定单元取数据就可以进行处理，既节省时间，又安全可 靠。3.3 同步复位电路和晶振电路。适配器设计中，神经元芯片的晶振是 10MHZ 89C51单片机的晶振是22.1184MHZ为使得二者能够同步工作，需加入 简单的同步

9、复位电路。因神经元芯片和 89C51 单片机的晶振不一样，神经元芯 片的晶振是10MHZ而89C51单片机的晶振是22.1184MHZ需加入晶振电路使 之匹配。3.4 MAX232电路。设计中用MAX23茨成单片机和PC机的连接，通过单片 机的串行通信连接来实现。4 结论 现代自动化控制的发展趋势是以现场总线控制为基础的网络控制。本设计 通过双口 RAM来实现单片机与神经元芯片之间的通信，有效接收和转发上下行 数据指令，单片机为完成与上行 PC的通信，实时将数据转换为 RS-232格式。者集成起来就可以使PC机直接的控制现场总线网络。由神经元芯片组成的 Lonworks 控制模块，加上神经元芯片和单片机组成的数据 交换模块，以及RS-232通信协议转换模块，从而良好地实现现场总线与PC机之间的通信。参考文献：1 NeuronChip TMPN3150 DataBo