摘 要：本文采用基金會現場總線通信控制芯片FB3050作為通信控制器進行PC機與基金會現場總線智能壓力變送器進行通信的系統設計，實現上位機與現場總線上的符合FF協議的壓力變送器的自主通信。 關鍵詞：FF總線，通信，FB3050，MSC1210 Abstract: A system of pressure measurement which is designed of using FB3050 as communication controller between PC and smart pressure transmitter with FF Bus communication function is introduced in this paper. It makes that PC communicate with the transmitter freely. Keywords: FF Bus，Communication，FB3050，MSC1210 1、 引言 　　基金會現場總線（FF）系統是把具備通信能力，同時具有控制、測量等功能的現場設備作為節點，通過總線把它們互聯為網絡。通過各節點儀器儀表間的操作參數與數據調用，實現信息共享和系統的各項自動化功能，形成網絡集成自動化系統。FF總線作為控制現場的最底層通信網絡可以通過符合FF總線協議的通訊接口卡將其與工廠管理層的網絡掛接，實現生產現場的運行和控制信息與控制室、辦公室的管理指揮信息的溝通和一體化，構成一套完整的工業控制信息網絡系統。 2、 FF壓力測量系統的總體設計 　　本文設計的是一套完整的FF壓力測量系統。它不僅設計了符合FF協議的智能壓力變送器，而且設計了用來實現FF總線智能壓力變送器與上位機通訊的FF總線PC接口卡，由系統中的FF總線連接，形成了一套完整的FF總線壓力測量系統。具體的系統框圖如圖1所示： [align=center] 圖1 FF壓力測量系統的總體框圖[/align] 　　本系統的工作原理如下：FF總線智能壓力變送器將測得的壓力信號轉化為符合基金會現場總線數字信號傳送到FF總線上，通過FF總線信號被FF總線PC接口卡接收，FF總線PC接口卡將接收到的信號轉化為符合PC_ISA總線的信號，然后通過PC_ISA總線傳送到 　　上位PC機;相對應，上位PC機的控制信號則是通過對稱的方式傳送到FF智能壓力變送器來實現對變送器的操作。 3、 FF總線智能壓力變送器的設計 　　FF總線智能壓力變送器主要由傳感器與輸入電路、通信接口和媒體訪問單元三部分構成，其中的通信接口的設計是重點方面。本部分設計采用美國德州儀器公司（TI）的集成多路24位A/D轉換器的MSC1210微處理器和SMAR公司的基金會現場總線通信控制芯片FB3050來研制FF智能壓力變送器，完成對液體或氣體壓力參數的高精度數據采集、處理，并通過FF總線進行可靠的全數字數據通信。 [align=center] 圖2 FF總線智能壓力變送器的原理簡圖[/align] 　　本部分的具體構成及連接方式如圖2所示。下面簡單介紹一下這部分的工作原理，首先壓力傳感器在恒流源的驅動下采集壓力信號并將采集到的mv信號通過由MSC1210模擬輸入通道AIN0和AIN1組成的差分輸入通道傳送給微處理器進行處理，經過MSC1210處理之后的信號再通過FB3050和MAU進行與總線通信。通信接口設計是本部分的重點和難點所在，具體的設計方法如下：由于FB3050的接口設計上已經充分考慮了與Intel系列CPU接口問題，因此MSC1210的數據地址總線可以直接與FB3050的數據地址總線相連接，但必須輸出一個高電平信號到PI_MODE，表示選用的是Intel系列CPU。MSC1210具有數據/地址復用端口P0，同時FB3050也支持數據/地址復用，所以無需外接地址鎖存器電路。具體的連接方法是：MSC1210的P0.0～P0.7與FB3050的8位CPU數據總線PB_CDATA[0:7]對應相連接，同時輸出一個高電平給FB3050的PI_MUXON表示使用的是地址/數據復合總線，并且將MSC1210的地址鎖存信號輸出腳ALE與FB3050的地址鎖存信號輸入腳PI_CAS相連接。MSC1210地址總線的高8位輸出P2端口與FB3050的16位CPU地址總線PI_ADDR的15～8腳對應相連。由于使用了地址/數據復用總線，因此FB3050的16位CPU總線的7～0腳需要與地相連接。FB3050的中斷輸出、MSC1210的外部中斷輸入均為低電平有效，所以直接相連即可完成中斷請求的要求。MSC1210的時鐘輸出信號直接可以作為FB3050的系統時鐘輸入。具體的連接如圖2所示，這樣MSC1210與FB3050之間的數據和控制信息的通信就得到了解決，也就完成了通信接口的設計。 4、 FF總線PC接口卡的設計 　　上位PC機與FF現場總線無法直接相連而實現它們之間的信息交換，所以必須設計FF總線PC接口卡來滿足它們之間互相通信的要求。圖3即為本部分的設計簡圖，它主要由雙口RAM芯片IDT7142、單片機INTEL80188、通信控制芯片FB3050和媒體訪問子層四個 [align=center] 圖3 FF總線PC接口卡設計簡圖[/align] 　　部分構成。本部分設計采用嵌入式控制中最常見的INTEL80188CPU作為接口卡上的CPU，INTEL80188提供20條地址總線，存儲器尋址空間為1MB，I/O最大尋址空間為64KB（16位地址線），片內還集成了一套中斷控制器、兩路DMA控制器、三個16位定時器、六條可編程的存儲器片選線、七條可編程的I/O接口片選線，對嵌入式控制線路的設計非常方便。在接口卡CPU與PC機CPU通信方面采用的是雙口RAM方式，因為這種方式可使兩邊的CPU在數據塊級同步。 5、媒體訪問單元的設計 　　媒體訪問單元（MAU）是FF智能壓力變送器和上位PC機能否實現正常通信的重要組成部分，它的功能是發送和接收符合FF規范的物理信號。其中FF總線信號的接收部分工作原理為：FF總線信號經過三繞組變壓器傳送給由運放OP439構成10～40KHZ的帶通濾波器進行濾波處理，然后處理過后的信號傳送給由運放OP942構成的電壓比較器來完成信號整形，比較器整形后輸出一個比較干凈的數字信號給FB3050的PI_PHPDU引腳，這樣就完成了對FF總線信號的接收。而需要發送的信號則是通過由四個74HC126差分驅動器構成的總線驅動發送到FF總線上去的。四個74HC126分成兩組，每組內的兩個74HC126的輸入端連接在一起，然后兩組的輸入端由反向器相連接后接FB3050的PO_PHPDU引腳，而四個74HC126的允許端全部連接在一起后接FB3050的控制信號PO_TACT信號。還有，圖4中的電容C1和C2是為了隔直而使用的，R1和C3構成終端匹配器，R9、R10是限流電阻。 [align=center] 圖4 MAU簡圖[/align] 6、 系統軟件設計 　　本系統的軟件設計主要由相同設計思想的兩個部分組成：上位PC機與基金會現場總線之間通信系統軟件設計和FF智能壓力變送器與基金會現場總線之間通信系統軟件設計。在這里我就以上位PC機與基金會現場總線之間通信系統軟件設計為例說明此系統的軟件設計。本部分設計的主要思路是：當現場總線上有信號時，信號先通過媒體訪問單元由FB3050接收并傳送給PC接口卡上的接收緩沖區，然后通過INTEL80188進行選擇后再通過PC_ISA總線接口傳送給PC機應用程序處理;反之，上位PC機需要發送控制信息時則是通過相反的方式進行發送。具體的軟件設計簡圖如圖5。 [align=center] 圖5 PC機與FF通信軟件設計圖[/align] 7、 結束語 　　隨著各種現場總線技術的越來越成熟，它們的應用也越來越廣泛，而現在所使用的DCS也將逐步為FCS所替代。作為幾種比較有影響力總線協議的FF總線更是凸現它的優勢,所以基于FF總線技術的測量系統也將越來越被人們所青睞，這個方面研究也就非常有價值。 　　本文作者創新點在于將FF現場總線協議規范融合到儀器儀表的設計中，實現了總線上的壓力變送器與上位控制計算機之間的全數字通信，代替了其他一些總線中模擬信號的存在，降低了受干擾的幾率，大大提高了總線上傳輸的可靠性，讓整套壓力測量系統適應更加惡劣的測量環境，具有很大的現實意義。 參考文獻： 　　[1] 唐慧強. 精密壓力變送器的研制.測控技術，1999，6-18:63-64。 　　[2] 孫占輝、張培仁等.CAN總線在現場總線控制系統中的應用.微計算機信息,2002，7:7-8。 　　[3] 陽憲惠. 現場總線技術及其應用，第1版，北京：清華大學出版社，1999：138～141 　　[4] 鄧宏彬. MSC121X系統級單片機原理與應用.第1版，北京：機械工業出版社，2004，1～6