1、 引言

在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器與控制器之間總是以4～20mA的直流電流或1-5V的直流電壓來(lái)傳遞信息的。隨著工業(yè)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化和開放化的方向發(fā)展。因此，模擬傳輸漸漸被數(shù)字傳輸所取代。而現(xiàn)場(chǎng)總線（FieldBus）則可以很好地適應(yīng)工業(yè)控制技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，是對(duì)成熟控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的根本變革。LonWorks總線是美國(guó)Echelon公司于1991年提出的一種現(xiàn)場(chǎng)總線，它采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，通過網(wǎng)絡(luò)變量把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為參數(shù)設(shè)置。LonWorks技術(shù)的核心是神經(jīng)元（Neuron）芯片，這個(gè)神經(jīng)元片中有三個(gè)8位的CPU，它們不僅可以用作LonWorks總線的通信處理器，而且還可以用作采集和控制的通用處理器。本文介紹具有串行口的A/D芯片TLC0832與作為通用處理器的神經(jīng)元芯片的兩種接口實(shí)現(xiàn)方法。

2、 Neuron芯片和TLC0832的基本特性

2.1 Neuron芯片的基本特性

LonWorks網(wǎng)絡(luò)是由節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，每個(gè)節(jié)點(diǎn)包括一片Neuron芯片、傳感和控制設(shè)備、收發(fā)器和電源。其中，Neuron芯片是節(jié)點(diǎn)的核心，它具有3個(gè)CPU：CPU-1是介質(zhì)訪問處理器，CPU-2是網(wǎng)絡(luò)處理器，CPU-3是應(yīng)用處理器。Neuron芯片家族中的最初成員是Neuron 3120xx和Neuron 3150芯片。3120xx芯片中包括EEPROM、RAM、ROM存儲(chǔ)器，而3150芯無(wú)內(nèi)部ROM，但擁有訪問外部存儲(chǔ)器的接口，其尋址空間可達(dá)64kB，可用于開發(fā)更為復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)。

Neuron芯片通過11個(gè)引腳（IO-0～I(xiàn)O-10）與外部硬件相連。這11個(gè)引腳可定義34種I/O對(duì)象，用戶可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要在應(yīng)用程序中定義不同的I/O對(duì)象，如直接的I/O對(duì)象、并行I/O對(duì)象、串行I/O對(duì)象和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入/輸出對(duì)象等。

2.2 TLC0832的基本特性

TLC0832是八位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它有兩個(gè)可選擇的輸入通道。TLC0832的特點(diǎn)如下：

*8位分辨率；

*可和微處理器接口或獨(dú)立使用；

*可滿量程工作或使用5V基準(zhǔn)電源；

*具有單通道或多路器選擇的雙通道，并可選擇單端或差分輸入；

*采用單5V供電，輸入范圍為0～5V；

*輸入和輸出與TTL和CMOS兼容；

TLC0832處于工作狀態(tài)時(shí)，置CS端方可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，并使所有的邏輯電路使能。CS在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中必須置為低電平，接著從處理器接受一個(gè)時(shí)鐘。當(dāng)一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔被自動(dòng)插入后，可以使多種轉(zhuǎn)換器選定的通道穩(wěn)定。而當(dāng)DO脫離高阻狀態(tài)時(shí)，可提供一個(gè)時(shí)鐘的時(shí)間間隔的前導(dǎo)低電平，以使多路器穩(wěn)定。SAR比較器用于對(duì)電阻梯形網(wǎng)絡(luò)輸出的逐次信號(hào)和輸入模擬信號(hào)進(jìn)行比較，比較器輸出則用于表示劉大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡(luò)的輸出。在轉(zhuǎn)換過程中，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)同時(shí)從DO端輸出，并以最高位（MSB）開頭。在經(jīng)過8個(gè)時(shí)鐘后，轉(zhuǎn)換完成，CS變高，內(nèi)部所有寄存器清零，此時(shí)，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。如果希望開始另一個(gè)轉(zhuǎn)換，CS必須有一個(gè)從高到低的跳變，且后面應(yīng)緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。TLC0832的輸入配置可在多路器尋址時(shí)序中進(jìn)行，多路器地址通過DI端移入寄存器。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表1所列，其工作時(shí)序圖如圖1所示。

3、 Neuron和TLC083的兩種接口方法

3.1 基于Neuron芯片Neurowire I/O模式方案

如上所述，Neuron芯片TMPN3150的11個(gè)I/O腳有多種I/O模式，這里用的是Neurowire模式。這種方式把TMPN3150的I/O腳定義為Neurowire I/O對(duì)象，即同步全雙工串行通信模式，它每次最多可傳送255比特的數(shù)據(jù)流。Neurowire I/O對(duì)象可配置為主控方式和被控方式。當(dāng)為主控方式時(shí)，IO8為移位時(shí)鐘信號(hào)輸出端，IO9為串行數(shù)據(jù)輸出端，IO10為串行數(shù)據(jù)輸入端，IO0～I(xiàn)O7可任選一個(gè)作為片選信號(hào)線。若Neuron芯片的輸入時(shí)鐘為10MHz時(shí)，則IO8的輸出時(shí)鐘頻率可選為1、10或20kb/s；當(dāng)為被控方式時(shí)，IO8為移位時(shí)鐘信號(hào)輸入端，IO0～I(xiàn)O7可任選一個(gè)作為時(shí)間溢出信號(hào)引腳。

a. 方法1的硬件實(shí)現(xiàn)

基于Neuron芯片的Neurowire I/O模式的硬件電路如圖2所示。圖中，IO0輸出片選信號(hào)。圖1中的輸入只畫了一路CH0，另一路CH1與CH0相同。當(dāng)輸入為電壓信號(hào)時(shí)，J斷開；輸入為電流信號(hào)時(shí)，J連通。

b. 方法1的軟件實(shí)現(xiàn)

神經(jīng)元芯片的編程是采用Neuron C語(yǔ)言來(lái)完成的。Neuron C是專門為Neuron芯片設(shè)計(jì)的編程語(yǔ)言，它有著豐富的函數(shù)庫(kù)，可直接完成許多復(fù)雜的任務(wù)。

基于Neuron芯片的Neurowire I/O模式的A/D接口程序如下：

//////// IO Objection ////////

//定義為Neurowire主模式，A/D芯片的主選信號(hào)由IO0輸出初始化為1

IO-8 neurowire master select （IO-0） ioA2D；；

IO-0 output bit ioA2Dselect =1；

IO-1 input bit start_adc;

# pragma ignore_notused ioA2Dselect

//////// function declare////////

unsigned long adc（unsigned long analog_addr）;

////////function definition////////

//A/D轉(zhuǎn)子函數(shù)

unsigned long adc（unsigned long analog-addr）

//形參analog_addr傳遞要選擇的通道，選擇CH0時(shí)，analog_addr=0x06，選擇CH1時(shí)，analog_addr=0x07

{

unsigned long adc_info；

unsigned long digital_out;

adc_info = （analog_addr 《《 13）；

io_in（ioA2D，&adc_info，16）; //選擇通道，同時(shí)接收轉(zhuǎn)換的結(jié)果

digital_out=adc_info & 0x0ff0；

digital_out=digital_out 》》4；

return digital_out；

}

由于eurowire I/O對(duì)象是雙向的，即輸入、輸出同時(shí)進(jìn)行。因此，調(diào)用io_in（ioA2D，&adc_info，16）時(shí)啟動(dòng)了16位的雙向數(shù)據(jù)傳輸，該命令可將adc_info中的數(shù)以比特流的形式從IO-9輸送到TLC0832，同可時(shí)通過IO10從TLC0832的DO腳讀入16位數(shù)并放入adc_info。由TLC0832的工作時(shí)序圖（圖1）可以看出，接收到的16位數(shù)中的第5位到第12位就是轉(zhuǎn)換結(jié)果，所以做了后面的處理。

3.2 基于Neuron芯片的比特I/O模式方案

TMPN3150和TLC0832的第二種接口實(shí)現(xiàn)方法是把TMPN3150的I/O腳定義為比特I/O對(duì)象，它可用以監(jiān)控與Neuron芯片相連的I/O設(shè)備中某個(gè)引腳上的邏輯狀態(tài)，其中“0”為低電平，“1”為高電平。

a. 方法2的硬件實(shí)現(xiàn)

方法2的硬件電路如圖3所示。圖中，輸入通道只畫了一路CH0，另一路CH1與CH0相同。當(dāng)輸入為1-5V的電壓信號(hào)時(shí)，J斷開;當(dāng)輸入與4-20mA的電流信號(hào)時(shí)，J連通。

b. 方法2的軟件實(shí)現(xiàn)

Neuron C語(yǔ)言是從ANSI C中派生出來(lái)的，相對(duì)于ANSI C而言，它進(jìn)一步擴(kuò)展了用以支持由Neuron芯片中的固件提供的各種運(yùn)行特性。

方法2的A/D接口程序如下：

////////IO Objection////////

//將IO腳定義為比特IO對(duì)象，

IO-2 input bit io-do;

IO-0 output bit cs;

IO-3 output bit di;

IO-1 output bit clk；

////////function declare////////

int adc（int adc-addr）；

///////function definition//////

//A/D轉(zhuǎn)換子函數(shù)

int adc（int adc_addr）

//形參analog_addr傳遞要選擇的通道，選擇CH0時(shí)，adc_addr=0x60；選擇CH1時(shí)，adc_addr=0x70//

{

int adc_inbit，digital_out=0;

io_out（cs，0）;

io_out（di，0）;

for（i=0;i《3;i++）//選擇通道

{

io_out（clk，0）;

adc_addr=adc_addr《《1;

if（adc_inf0 &0x80）==0x80

io_out（di，1）;

else

io_out（di，0）;

io_out（clk，1）;

}

io_out（clk，0）; //一個(gè)時(shí)鐘的間隔

io_out（clk，1）; //以使多路器穩(wěn)定

for（i=0;i《8;i++） //接收轉(zhuǎn)換結(jié)果

{

io_out（clk，0）;

if（io_in（io_do）= =1）

{

adc_inbit=1;

adc_inbit=adc_inbit《《（7-i）;

digital_out=digital_out+adc_inbit;

}

io_out（clk，1）;

}

io_out（cs，1）

return digital_out；

}

4、結(jié)束語(yǔ)

Neuron芯片不同于普通的微處理器，本文介紹的神經(jīng)元芯片與A/D芯片TLC0832的兩種接口實(shí)現(xiàn)方法各有利弊，具體表現(xiàn)如下：

（1）方法1是Neuron芯片所特有的，而方法2較通用，它不僅適用于Neuron芯片，而且適用于各種有I/O腳的微處理芯片；

（2）方法1的硬件要求比較嚴(yán)格，可選的I/O腳只有一個(gè)，即片選信號(hào)輸出腳，而方法2腳把幾個(gè)與TLC0832相連的I/O腳視為普通的I/O腳，隨便哪個(gè)I/O腳都可與TLC0832相連（如果Neuron芯片的IO8、IO9或IO10已用，那只能選方法2了）；

（3）方法1編程較短，但不但于調(diào)試，而方法2則編程較長(zhǎng)，但較為直觀，而且便于調(diào)試；

（4）方法1的CLK占空比和時(shí)鐘速率較為穩(wěn)定，而方法2的CLK占空比與指令執(zhí)行時(shí)間有關(guān)。對(duì)于常用單片機(jī)的人來(lái)說(shuō)，方法2較易上手，則方法1則更專業(yè)；方法2的硬件接法更靈活，但編程較長(zhǎng)……總之，使用這兩種方法應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活地作出選擇

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