PROFIBUS從站智能协议芯片DPC31与模数转换器AD7705接口设计.docVIP

PROFIBUS从站智能协议芯片DPC31与AD7705接口设计 Interface Design of PROFIBUS Intelligent Slave ASIC DPC31 and AD7705 作者：徐秀杰 张永德 （北京化工大学信息学院 北京 100029） 摘要：PROFIBUS现场总线技术已广泛应用于各个领域。为开发PROFIBUS-PA智能仪表，讲述了DPC31的SSC接口和基于Σ－Δ16位A/D转换芯片AD7705的原理，给出了一种用AD7705、DPC31实现的符合PA行规“模拟量输入”功能块的三线串行接口模型。 关键字：低功耗 模数转换 Σ－Δ分类号：TP2　instruments. This paper introduces the principle of SSC interface in DPC31 and the 16 bits ADC AD7705 based on the technology of Σ－ΔDPC31 complying with PA profile on “analogue input” function block. Key words: low-power analog-to-digital conversion technology of sigma-delta 0. 引言 如何将现实的模拟世界和电子的数字世界相连接起来是关键所在AD转换器的任务是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便于数字系统进行处理、存储、控制和显示 图1.在PROFIBUS-PA行规中的参数图例（压力变送器） Fig. 1: Example diagram of PROFIBUS-PA profile parameter(pressure transmitter) PA仪表多用于防爆场合，采用总线供电方式，整个仪表的功耗不得超过250mW，因此要求所选器件功耗尽可能降低。在对PROFIBUS协议的实现部分，可以采用西门子提供的PROFIBUS协议专用ASICs芯片。DPC31是一种用于DP或PA从站的智能通信协议芯片，其中集成了C31内核，由于该芯片具有低功耗管理系统，因此特别适合用于本质安全场合。另外，DPC31还集成了一个通用的同步串行（SSC）接口模块，并有对应控制寄存器，可直接与具有SPI接口的A/D转换器或E2PROM相连。 由于对低功耗的要求，传统的A/D转换器无法满足要求。美国AD公司推出的AD7705适用于低频测量仪器的AD转换器它能直接将从传感器接收到的很弱的输入信号直接转换成串行数字信号输出，而无需外部仪表放大器。它具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点，可以消除零点误差、满量程误差及温度漂移的影响该器件适用于便携式工业仪表，便携式重量计和压力传感器。0020h：SPI接口的接收缓冲区。 地址 0021h：SPI接口的状态寄存器。包括接收缓冲区满标志、发送缓冲区空标志及错误信息等。 地址 0022h：SPI接口的控制寄存器1。接收发送的数据控制、数据锁存控制及奇偶校验控制。 地址地址 0023h：SPI接口的控制寄存器2。控制每次传送数据的位数。 （2）两个只写寄存器： 地址 0024h：SPI接口的中断使能寄存器。包括接收和发送中断、奇偶校验错误中断使及其它接收错误中断的使能。 地址 0025h：SPI接口的波特率寄存器。 2.2 工作原理 SSC模块包括一个接收通道和一个发送通道，每个通道包括一个9位的移位寄存器和一个8位缓冲区。 在发送数据时，如果数据已经送出即发送缓冲区为空，状态寄存器中的位“Transmit Buffer Empty”被激活置1，如果中断使能寄存器中相应的中断使能被允许，就会激发DPC31的中断寄存器中SSC接口中断。当用户向发送缓冲区写入数据时，状态寄存器中的位“Transmit Buffer Empty”为0，等到发送移位寄存器空时，发送缓冲区的数据送入，时钟信号SSCLK只有在移位过程中才会产生。 在接收数据时，收到的位数据流进入接收移位寄存器，当收到一个字节的数据位时，送入接收缓冲区，状态寄存器中的位“Receive Buffer Full”被激活置1。如果中断使能寄存器中相应的中断使能被允许，就会激发DPC31的中断寄存器中SSC接口中断。 当出现奇偶校验错误、接收缓冲区溢出或总线忙时，也会激活状态寄存器中的相应位，如果中断使能位允许，产生SSC接口中断。 如果所有的中断使能都不允许，也可通过循环查询状态寄存器中相应位分别处理数据的发送和接收。 3. AD7705结构及工作原理[2] [3] 3.1 内部结构 AD7705内部包括多路模拟开关、模拟输入缓冲器Σ-ΔADC调制器、