profibus从站智能协议芯片dpc31与模数转换器ad7705接口设计

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1、PROFIBUS从站智能协议芯片DPC31与AD7705接口设计InterfaceDesignofPROFIBUSIntelligentSlaveASICDPC31andAD7705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－Δ技术的16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：

2、低功耗模数转换Σ－Δ技术中图分类号：TP2　Abstract:PROFIBUSfieldbussystemshavebeenappliedinmanyareas.FordevelopingintelligentPROFIBUS-PAinstruments.ThispaperintroducestheprincipleofSSCinterfaceinDPC31andthe16bitsADCAD7705basedonthetechnologyofΣ－Δandprovidesathreelinesserialinterfa

3、cemodelwithAD7705andDPC31complyingwithPAprofileon“analogueinput”functionblock.Keywords:low-poweranalog-to-digitalconversiontechnologyofsigma-delta0.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智能化仪器仪表的关键所在。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。在PROFIBUS-PA总线系统中，由于其应用

4、环境的特殊性，对现场仪表所需器件也更为严格的要求。1.PA仪表PROFIBUS-PA总线系统将过程控制系统与现场设备(如压力、温度和液位变送器等)连接起来，代替了4-20Ma模拟信号传输技术。它通过数据导线向现场仪表供电，可在防爆区域中应用。应用于流程控制的PA仪表是FCS中的关键设备，有着很大的市场需求。PA行规支持不同制造商生产的PA现场设备的可互换性和可互操作性，采用国际公认的功能块模型来描述设备功能和参数。这些功能块表示不同的用户功能。例如符合PA行规的压力变送器，它就是用“模拟量输入”功能块来描述的，如图1

5、所示。图1.在PROFIBUS-PA行规中的参数图例（压力变送器）Fig.1:ExamplediagramofPROFIBUS-PAprofileparameter(pressuretransmitter)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

6、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

7、式重量计和压力传感器。具有三线串行SPI接口，是PA产品的理想选择。2.DPC31的SSC接口模块[1]2.1专用寄存器在DPC31的SSC接口模块中，包括六个专用寄存器单元，用户可对其直接寻址。通过对这些寄存器的读写，实现与AD7705通讯及控制。（1）四个既可读又可写的寄存器：地址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

8、：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