基于LonWorks现场总线技术的智能节点设计

它主要由行驱动器/列驱动器及128×64全点阵液晶显示器组成，与CPU接口采用8位数据总线并行输入输出。

单片机与液晶控制模块之间通过扩展一个锁存器74LS373的访问方式，使STC89C516RD+利用数据总线与控制信号控制GDM12864液晶显示模块。其中，数据口P0与液晶显示模块的数据口通过锁存器相连，单片机的R/W作为液晶显示模块的读、写控制信号，液晶模块的/RST与外部复位电路的复位端相连，液晶模块的/CE信号端由P2.6进行片选控制，RS信号由单片机I/O口控制，高电平时为指令口地址，低电平时为数据口地址。电位器RW1用来调节显示屏的亮度。液晶模块与STC89C516RD+的电路连接如图10所示。

单片机与神经元芯片通信电路设计

图10 液晶模块与STC89C516RD+电路连接图

主副控制器之间采用并行I/O方式，STC89C516RD+利用数据总线和控制信号与LonWorks控制模块进行通信，并根据控制模块接口J2的引脚定义来设计相互之间的连接。单字节并行通信接口模块由两块74HC574和一块74HC74芯片组成，74HC574是带三态输出控制的8D触发器，数据的输入由CLK脚上升沿控制，数据的输出由OC脚低电平选通。74HC74是带预置端和清除端的双D触发器，接口电路中由于它的数据输入端D接地、输出清除端CD接正电源，所以其数据输出端Q由CLK脚上升沿置低、由SD脚低电平置高。并行通信接口通过其对称的两个接口分别与要进行数据交换的A机(主控制模块)和B机(LonWorks控制模块)相连。主副控制器通信接口电路如图11所示。

(a)主控制器J2接口电路

(b)LonWorks控制模块J2接口电路

图11 主副控制器通信接口电路图

A机向B机发送单个数据的工作原理为：

①A机把数据输出到数据总线D0~D7上;

②控制写信号(WR)，即上升沿，把D0~D7上数据选通到U5中锁存，同时使INTS变低，请求B机接收数据;

③B机收到INTS低电平请求信号后，控制IORS产生低电平，把U5中锁存的数据选通输出到数据总线BD0~BD7上，同时使INTS置高，释放数据总线BD0~BD7;

④B机控制IOWS产生上升沿，使INTM变低，通知A机可以继续发送数据;

⑤A机收到INTM低电平后，把RD置低，使INTM变高，消除请求信号;

⑥A机把RD置高，释放数据总线D0~D7。

重复上述步骤，就能实现A机到B机的多个数据传送。B机到A机的数据传送的工作原理同上。

外围设备接口电路设计

本节点设备端使用GPIB专用芯片TNT4882实现GPIB接口功能，TNT4882是美国NI公司的一款单芯片、高速、听/讲功能兼备的GPIB接口专用芯片。TNT4882芯片使用简单灵活，可方便地连接各种8位和16位处理器，除了40MHz的时钟外不需要其他任何外围芯片即能直接与GPIB总线相连。TNT4882有三种不同的硬件接口模式：单片模式、Turbor+7210模式以及Turbor+9914模式，本设计采用单片模式。GPIB实现的硬件连接如图12所示。

图12 GPIB实现的硬件连接图

智能节点的软件设计

软件的主要功能是通过单片机从GPIB总线获取数据，并将数据送到LON网络上相应节点，或将LON网络传送过来的数据发给单片机，经转换后发送至GPIB总线。本节点中Neuron芯片需要完成与单片机之间的通信，同时作为与LonWorks网络的通信处理器还需实现与底层各节点的数据交换。而主控制器单片机则主要完成与LonWorks控制模块的并行通信、控制TNT4882芯片获取GPIB总线上仪器仪表设备的数据以及外围电路的驱动。在此主要介绍单片机与GPIB接口的软件设计。

GPIB系统中各设备的工作速度可能相差悬殊，为了保证多线消息能双向、异步、准确可靠地传递，GPIB母线中设置了三条握手线(DAV、NRFD和NDAC)。源方和受方之间利用三线握手技术以异步方式来进行数据传送。由于本节点采用TNT4882实现GPIB数据的收发，因此对GPIB总线的控制只要对TNT4882进行控制即可，数据传送过程可通过TNT4882芯片自行完成。单片机控制TNT4882对GPIB数据的收发有中断方式、查询方式和DMA方式。本文采用查询方式来控制TNT4882实现对GPIB总线的控制，其工作流程如图13所示。当初始化完成后，程序不断地读取TNT4882的状态位判断当前TNT4882所处的状态，如果为听者状态，单片机接收数据，如果为讲者状态，单片机发送数据。

图13 单片机控制TNT4882工作流程图

结束语

本文以含GPIB接口总线的仪器仪表设备为例，设计了将GPIB总线上的仪器仪表设备接入LonWorks现场总线网络的智能节点，给出了智能节点的总体设计方案;并对智能控制节点进行了详细的硬软件设计，给出了设计电路。