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1、(10)申请公布号 CN 103529810 A (43)申请公布日 2014.01.22 C N 1 0 3 5 2 9 8 1 0 A (21)申请号 201310516427.2 (22)申请日 2013.10.28 G05B 19/418(2006.01) G06F 13/38(2006.01) (71)申请人陕西高新实业有限公司 地址 710000 陕西省西安市高新开发区高新 路枫叶大厦C502 (72)发明人王耀斌 (74)专利代理机构西安亿诺专利代理有限公司 61220 代理人刘斌 (54) 发明名称 基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能 从站系统 (57) 摘要 一种基。
2、于多通道可编程A/D转换芯片总线智 能从站系统，包括与PROFIBUS现场总线连接的数 据采集单元，还包括与PROFIBUS现场总线连接的 接口单元以及MAX197。本发明仅需单一+5V供 电，且外围电路简单，可简化电路设计；MAXI97的 并行接口易于与微处理器连接，占有较少的CPU 资源；MAXI97单个芯片可构成完整的数据采集系 统，非常适用于工业控制、自动测试、仪器仪表、远 程通讯等领域的数据传输。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 1。
3、03529810 A CN 103529810 A 1/1页 2 1.一种基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，包括与PROFIBUS现场 总线连接的数据采集单元，其特征在于：还包括与PROFIBUS现场总线连接的接口单元以及 MAX197。 2.根据权利要求1所述基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，其特征 在于：所述数据采集单元为协议芯片SPC3，使数据能传到作为主站的处理中心。 3.根据权利要求1所述基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，其特征 在于：所述接口单元用80C32 作为处理器单元管理通信事务，协议芯片SPC3 完成关键的 时间帧。
4、部分。 4.根据权利要求1所述基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，其特征 在于：所述80C32 完成对协议芯片的初始化、数据采集，数据的发送和控制信号的接收。 5.根据权利要求4所述基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，其特征 在于：所述80C32 与SPC3 通过双口RAM 交换数据，SPC3 的双口RAM 应在80C32 地址空 间中统一分配地址；所述80C32 将SPC3 的双口RAM 作为自己的外部RAM。 权 利 要 求 书CN 103529810 A 1/3页 3 基于多通道可编程 A / D 转换芯片总线智能从站系统 技术领域 0001 本发明涉。
5、及一种总线智能从站系统，具体涉及一种基于多通道可编程A / D 转换 芯片总线智能从站系统。 背景技术 0002 现场总线技术是一种先进的现场工业控制技术，FCS 的技术基础是智能仪表技 术，目前现场总线标准的多样性和现场总线智能仪表发展的相对落后，使得FCS 未能大规 模的应用于大型的工业控制系统中。在今后较长的一段时间内，对网络化的智能仪器仪表 的研究开发将成为控制领域中一个重要的研究方向，而网络化智能仪表的技术核心是对现 场总线接口的研究。 发明内容 0003 本发明提供一种基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，其仅需 单一+ 5V供电，且外围电路简单，可简化电路设计；M。
6、AXI97 的并行接口易于与微处理器连 接，占有较少的CPU 资源；MAXI97 单个芯片可构成完整的数据采集系统，非常适用于工业 控制、自动测试、仪器仪表、远程通讯等领域的数据传输。 0004 本发明的技术解决方案是： 一种基于多通道可编程A / D 转换芯片总线智能从站系统，包括与PROFIBUS现场总线 连接的数据采集单元，其特殊之处在于：还包括与PROFIBUS现场总线连接的接口单元以及 MAX197。 0005 上述数据采集单元为协议芯片SPC3，使数据能传到作为主站的处理中心。 0006 上述接口单元用80C32 作为处理器单元管理通信事务，协议芯片SPC3 完成关键 的时间帧部分。
7、。 0007 上述80C32 完成对协议芯片的初始化、数据采集，数据的发送和控制信号的接收。 0008 上述80C32 与SPC3 通过双口RAM 交换数据，SPC3 的双口RAM 应在80C32 地址 空间中统一分配地址；所述80C32 将SPC3 的双口RAM 作为自己的外部RAM。 0009 本发明的优点在于：仅需单一+ 5V供电，且外围电路简单，可简化电路设计； MAXI97 的并行接口易于与微处理器连接，占有较少的CPU 资源；MAXI97 单个芯片可构成 完整的数据采集系统，非常适用于工业控制、自动测试、仪器仪表、远程通讯等领域的数据 传输。 附图说明 0010 图1为本发明结构原。
8、理框图。 具体实施方式 0011 系统整体设计 说 明 书CN 103529810 A 2/3页 4 参见图1，该系统的从站接口单元的主要功能是利用协议芯片SPC3 使作为从站的数 据采集单元与PROFIBUS现场总线连接，从而使数据能传到作为主站的处理中心。接口单元 用80C32 作为处理器单元管理通信事务，协议芯片SPC3 完成关键的时间帧部分。80C32 通过与SPC3 的接口可以很方便地实现与主站的数据通信，80C32 通过与MAX197 的接口 可以很方便地实现数据采集。80C32 完成对协议芯片的初始化、数据采集，数据的发送和控 制信号的接收；80C32 与SPC3 通过双口RAM。
9、 交换数据，SPC3 的双口RAM 应在80C32 地址 空间中统一分配地址。80C32 将SPC3 的双口RAM 作为自己的外部RAM，访问简单高效。 0012 SPC3 是西门子的ASIC 系列芯片，它的主要性能是：在PROFIBUS 上自动检测波 特率，自9.6K 至12M 波特率RS - 485 传输，完整的PROFIBUS - DP协议集成于芯片中， 集成的监视定时器，用于48Mhz石英振荡器的外部石英振荡器端口。方式寄存器（Mode Register）在SPC3 启动后，加载过程指定参数（例如从站地址、缓冲器地址、控制位信息 等）。过程指定参数和数据缓冲器都存放在RAM 中，RAM。
10、 和RAM 控制器组成双口RAM（Duai Port RAM）。状态寄存器（Status Register）存放从站的状态信息，以便在任何时间能扫描 总线的介质访问子层（MAC）。串行通讯接口（UART）把并行数据流转换为串行数据模拟量输 入外围接口设计MAXI97 芯片是美国MAXIM 公司近年的新产品，是多量程（ 1 IOV，1 5V，O IOV，O 5V）、8 通道、I2 位高精度的A/ D 转换器。它采用逐次逼近工作方式，有标准 的微机接口。三态数据I / O 口用做8位数据总线，数据总线的时序与绝大多数通用的微 处理器兼容。全部逻辑输入和输出与TTL / CMOS 电平兼容。 001。
11、3 新型A/ D 转换器芯片MAXI97 与一般A/ D转换器芯片相比，具有极好的性能价 格比，仅需单一+ 5V 供电，且外围电路简单，可简化电路设计。该系统由MAXI97 控制字的 PDI，PDO 这二位选择时钟和低功耗模式。ACOMODO 为内部控制采集，I 为外部控制采集， RNG 选择输入端的满量程电压范围，BIP 选择单极性，双极性转换模式A2，AI，AO这3 位是 用于选择多路输入通道的地址。采用内部采集控制模式，在WR 的上升沿T / H 进入跟踪 模式，当内部定时采集过程结束时进入保持模式。 0014 通过对芯片进行写操作可把控制字节存入芯片。输出数据在单极性模式下是二进 制格。
12、式。MAXI97 可以以内部或外部时钟模式工作。一旦选择了所要求的时钟模式，改变这 些位编程选择低功耗模式时，不会影响时钟模式。刚上电时，选择外部时钟模式。在CLK 脚 和地之间接一个1OOpF 的电容，可产生1.56MHz 频率的内部时钟。外部时钟要求1OO kHz 2 MHz 之间。当开始写操作时，转换就开始了。写操作将选择多路通道，并确定MAXI97 的输入范围是单极性还是双极性。一个写脉冲（WR + CS）可以开始一次采集，或者对采样 进行初始化并开始转换。输入控制字节的ACOMOD 位对于采集方式提供二种选择：内部或 外部。对任何时钟模式和采集模式，转换间隔都延时I2 个时钟周期。若。
13、在转换周期写一个 新的控制字节将使转换失效，并启动一次新的采集过程。外部采集模式采用外部采集方式 可以更精确地控制采样间隔和转换。在这种方式下，用户通过2个写脉冲控制采集和启动 转换。在第一个写脉冲中，要使ACOMOD 位= I，它将启动一次采集开始。在第二个写脉冲 中，要使ACOMOD 位= O，在WR 的上升沿开始转换并结束采集。在发第一和第二个写脉冲 时，多路输入通道的地址位值必须一样。在第二个写脉冲中，低功耗模式位（PDO、PDI）可以 设一个新值。当转换结束产生一个正确的结果时，芯片发出一个标准的中断信号INT（识别 信号）给处理器。在第一个读周期或者写一个新控制字节时，INT就变为。
14、高电平。硬件接口 说 明 书CN 103529810 A 3/3页 5 电路MAXI97 是一种通用A/ D 芯片_可以和多种微机接口，在此选用S0C32 单片机与其 联接。使S0C32 的P0. 0 P0. 7 与MAXI97 的D0 D7 相连。以用户接口中XCS2 作片 选信号，因而MAXI97 的地址为3000H。选择MAXI97 为软件设置低功耗工作方式，所以置 SHDN 脚为高电平，本例采用内部基准电压，所以REF、REFDJ 均通过电容接地。用PI.5 脚 用做判读高、低位数据的选择线，直接与HBEN 脚相连。MAXI97 的INT 脚与用户接口中的 XINT 相连，作为转换识别。
15、信号。 0015 A/ D 转换软件设计 在系统中MAXI97 采用内部时钟方式：选择内部时钟方式使微处理器能免除提供SAR 变换时钟的负担。在CLK 引脚和地之间接一个I00 pF 的电容将把此频率设置到I.56 MHZ 的额定值。使用内部基准：内部经过微调的2.50V 基准通过REFADJ缓冲放大以便在REF 端 提供4.096V 的电压。用一个4.7uF 的电容把REF 引脚旁路到AGND 并用0.0IuF 的电容 器把REFADJ 引脚旁路到AGND。为了省电，在转换时设置芯片为低电流工作模式。在低功 耗方式下，接口都有效，可以读转换结果，并且输入过压保护也都有效。在写操作时，器件返 。
16、回正常工作状态。SHDN 脚接低电平时，是硬件控制的低功耗方式，此时器件停止转换。在 STBYPD 低功耗模式下，基准缓冲器保持有效，在REF 脚的4.7uF 电容可维持电压。因此在 这种方式下，可以采用任何采样速率而不必考虑启动延迟。电源复位上电时，置INT 为高 电平，并置器件为外部时钟模式。MAXI97 的A/ D 转换由写操作启动。它选择多路转换器 通道，并把MAXI97 输入范围设置为单极性或双极性。写脉冲（WR + CS）或者开始一个采集 周期，或者启动一个采集与变换的组合。采样信号发生在采集时间的末尾。在变换期间写 一个新的控制字节将使变换终止并开始一次新的采集周期。采用外部采集定时方式。芯片 地址定为3000H，输入量程选为0 5V。由于MAXI97 的时钟范围在0 2 MHZ，采用内部 时钟工作，选用内部基准电压，内部采集方式；选择STBYPD 低功耗工作方式。编程要求将 S 路模拟输入信号依次采集一遍，在此采用等待查询方式，adsignaI为A/ D 转换完毕标志 位，为I 转换完毕。软件充分考虑MAXI97 的工作时序，需要考虑采集时间和变换时间及各 控制信号之间的时序关系。 说 明 书CN 103529810 A 1/1页 6 图1 说 明 书 附 图CN 103529810 A 。