来源：世界电子元器件 作者：北京理工大学电子工程系 顾伟 周建明

    摘 要：首先介绍a5191hrt型hart调制解调器的原理。a5191hrt内部集成了符合bell202标准的较完整的调制解调电路，与微处理器接口方便，便于构建智能现场仪表的hart协议通信模块电路。最后给出某智能现场仪表基于a5191hrt和ad421型电流环数，模转换器的hart协议通信模块设计。

    关键词：hart协议；串行通信；频移键控；调制解调器

    1 引言

    20世纪70年代中期，工业控制仪表发展为统一的二线制4 ma~20 ma电流环标准模拟信号体制。80年代后，数字技术的发展使大量智能控制仪表采用了微控制器(mcu)，仪表与控制设备之间传输的信息量增加，迫切需要一种全数字双向通信规范。美国rose—mount公司制定的hart协议是兼容现行4 ma一20 ma模拟系统的过渡性现场总线标准，得到了非常广泛的应用，成为智能工业控制领域事实上的国际标准。

    ami semiconductor公司的a5191hrt型hart调制解调器用于构建智能现场仪表的hart协议通信模块，具有外围电路简单和工作可靠性高等特点。

    2 hart协议

    hart(highway addressable remote transducer)协议是美国rose—mount公司于20世纪80年代中期推出的，主要用于现场智能仪表和控制系统间的数字通信。hart协议在低频的4 ma，20 ma模拟信号上叠加音频数字信号，进行双向数字通信．具有同时进行点对点4 ma～20 ma模拟和数字通信、多站通信方式、多种信息传输、开放的体系结构可免费获得等优点。

    hart协议参考iso／osi模型(开放系统互联模型)，采用简化的3层模型结构，即第一层物理层、第二层数据链路层和第七层应用层。物理层规定信号的传输方法，采用基于bell202标准的fsk频移键控信号，在低频4 ma一20 ma模拟信号上叠加音频数字信号进行双向通信，数字信号幅度为0．5 ma，数据率达1200 b／s，以1200 hz代表逻辑…1’，2200 hz代表逻辑…0’。fsk频移键控信号波形如图1(a)所示。

    数据链路层规定hart协议帧格式．实现建立、维护、终结链路通讯的功能。应用层为hart协议命令集，用于实现hart指令。

    hart协议的fsk频移键控信号和4 ma～20ma电流环模拟信号叠加后同时传输的示意图如图1(b)所示。由于fsk信号的平均值为0，所以不影响传送给控制系统的4 ma一20 ma电流环模拟信号的大小．保证了与现有模拟系统的兼容性。

    3 a5191hrt的工作原理

    3．1 asl91hrt的性能与引脚功能

    a5191hrt是应用于haftt现场仪表的单片cmos调制解调器，其主要性能如下：

    (1)单片、半双工1200 b／s速率的频移键控(fsk)调制解调器，可替代sym20c15；

    (2)bell202标准的fsk频移键控信号，载波为1200hz和2200 hz；

    (3)内部集成了接收带通滤波器电路和发送信号波形整形电路：

    (4)外接460．8 khz晶体或陶瓷滤波器内部时钟振荡器或者使用外部输入时钟；

    (5)工作温度范围为一40℃~+85℃；

    (6)电源电压为3．o v～5．0 v；

    (7)满足haftr协议物理层的要求；

    (8)功耗低。

    另外，为了节省功耗，a5191hrt在进行发送操作时可将接收电路关闭，进行接收操作时也可将发送电路关闭．这种工作方式适合于hart协议的半双工通信方式。

    a5191hrt采用28引脚plcc和32引脚lqfp封装，引脚排列如图2所示。

    主要引脚的功能如表1所示。

    3．2 a5191hrt的内