基于A5191HRT和AD421的HART协议通信模块的设计与实现

　　---其中，与MCU的通用串行收发模块UART的接口信号包括载波检测OCD、HART解调输出ORXD、来自UART的HART调制输入ITXD和请求发送INRTS；Loop+为4～20mA环路输入，经过外部电阻电容和A5191HRT内部电路完成接收信号的带通滤波和放大，用于解调；调制好的数据经过内部整形电路处理后由管脚OTXA输出，通过电容耦合到AD421内部，然后叠加到环路上传输；HART调制解调的时钟信号源于外接的460.8kHz晶体产生的振荡。AD421及其外围电路设计的原理图见图5所示。 

　　---其中Loop+和Loop-分别是电流环路的两个端口；从MCU输入DAC的数字码是通过三线接口实现的，分别是时钟线CLOCK、数据线DATA和锁存线LATCH。

　　HART协议通信模块的软件设计 

　　---HART协议通信模块的软件设计包括AD421的控制和HART通信协议的软件程序设计。前者较为简单，后者包括HART协议数据链路层和应用层的软件设计，是整个模块软件设计的主体和关键。 

　　---HART协议通信模块的通信过程首先由主机(上位机)发送命令帧发起，现场仪表作为从设备使用中断调用子程序的方法完成接收和应答。现场仪表在上电或看门狗复位后，主程序首先对HART协议通信模块进行初始化，例如设定UART的工作方式、串行通信波特率、数据帧格式、清通信缓冲区、开中断等，之后将其设置为等待状态。上位机发送命令时，A5191HRT的载波检测输出OCD变为低电平，触发UART中断，程序进入接收过程。MCU完成主机命令的接收、解释并执行相应的操作后，按一定格式生成应答帧并送入发送缓冲区，完成发送后再次将HART协议通信模块设置为等待状态。图6为HART协议通信模块接收主机帧、回复应答帧的程序流程图。 

　　---HART协议通信模块通过上图所示的中断调用子程序的方法，完成现场仪表和主机之间的通信，可以使主机完成对现场仪表的工作参数设置、测量结果读取、仪表检测等工作。

　　结论 

　　---实践证明，上述的HART协议通信模块的实现方法切实可行，具有电路设计简单、工作可靠性高的优点，具有很好的参考价值和实用性。HART技术在国外已经很成熟，并以其自身突出的优点而成为智能控制领域中应用最广泛的现场通信协议，在今后的很长一段时期内，HART技术将在我国现场仪表的智能化改造和研制中发挥重要的作用。