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1、引言
在傳統(tǒng)的工業(yè)控制中，現(xiàn)場的傳感器與控制器之間總是以 4～20mA 的直流電流或 1-5V 的直流電壓來傳遞信息的。隨著工業(yè)控制技術的不斷發(fā)展，工業(yè)控制系統(tǒng)正向著數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡化和開放化的方向發(fā)展。因此，模擬傳輸漸漸被數(shù)字傳輸所取代。而現(xiàn)場總線（FieldBus）則可以很好地適應工業(yè)控制技術發(fā)展的趨勢，是對成熟控制系統(tǒng)結構的根本變革。LonWorks 總線是美國 Echelon 公司于 1991 年提出的一種現(xiàn)場總線，它采用面向對象的設計方法，通過網(wǎng)絡變量把網(wǎng)絡通信設計簡化為參數(shù)設置。LonWorks 技術的核心是神經元（Neuron）芯片，這個神經元片中有三個 8 位的 CPU，它們不僅可以用作 LonWorks 總線的通信處理器，而且還可以用作采集和控制的通用處理器。本文介紹具有串行口的 A/D 芯片 TLC0832 與作為通用處理器的神經元芯片的兩種接口實現(xiàn)方法。
2、 Neuron 芯片和 TLC0832 的基本特性
2.1 Neuron 芯片的基本特性
LonWorks 網(wǎng)絡是由節(jié)點構成的，每個節(jié)點包括一片 Neuron 芯片、傳感和控制設備、收發(fā)器和電源。其中，Neuron 芯片是節(jié)點的核心，它具有 3 個 CPU：CPU-1 是介質訪問處理器，CPU-2 是網(wǎng)絡處理器，CPU-3 是應用處理器。Neuron 芯片家族中的最初成員是 Neuron 3120xx 和 Neuron 3150 芯片。3120xx 芯片中包括 EEPROM、RAM、ROM 存儲器，而 3150 芯無內部 ROM，但擁有訪問外部存儲器的接口，其尋址空間可達 64kB，可用于開發(fā)更為復雜的應用系統(tǒng)。
Neuron 芯片通過 11 個引腳（IO-0～IO-10）與外部硬件相連。這 11 個引腳可定義 34 種 I/O 對象，用戶可根據(jù)實際應用需要在應用程序中定義不同的 I/O 對象，如直接的 I/O 對象、并行 I/O 對象、串行 I/O 對象和定時器 / 計數(shù)器輸入 / 輸出對象等。
2.2 TLC0832 的基本特性
TLC0832 是八位逐次逼近模數(shù)轉換器，它有兩個可選擇的輸入通道。TLC0832 的特點如下：
*8 位分辨率；
*可和微處理器接口或獨立使用；
*可滿量程工作或使用 5V 基準電源；
*具有單通道或多路器選擇的雙通道，并可選擇單端或差分輸入；
*采用單 5V 供電，輸入范圍為 0～5V；
*輸入和輸出與 TTL 和 CMOS 兼容；
TLC0832 處于工作狀態(tài)時，置 CS 端方可啟動轉換，并使所有的邏輯電路使能。CS 在整個轉換過程中必須置為低電平，接著從處理器接受一個時鐘。當一個時鐘的時間間隔被自動插入后，可以使多種轉換器選定的通道穩(wěn)定。而當 DO 脫離高阻狀態(tài)時，可提供一個時鐘的時間間隔的前導低電平，以使多路器穩(wěn)定。SAR 比較器用于對電阻梯形網(wǎng)絡輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比較，比較器輸出則用于表示劉大于還是小于電阻梯形網(wǎng)絡的輸出。在轉換過程中，轉換的數(shù)據(jù)同時從 DO 端輸出，并以最高位（MSB）開頭。在經過 8 個時鐘后，轉換完成，CS 變高，內部所有寄存器清零，此時，輸出電路變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。如果希望開始另一個轉換，CS 必須有一個從高到低的跳變，且后面應緊跟著輸入地址數(shù)據(jù)。TLC0832 的輸入配置可在多路器尋址時序中進行，多路器地址通過 DI 端移入寄存器。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表 1 所列，其工作時序圖如圖 1 所示。
3、 Neuron 和 TLC083 的兩種接口方法
3.1 基于 Neuron 芯片 Neurowire I/O 模式方案
如上所述，Neuron 芯片 TMPN3150 的 11 個 I/O 腳有多種 I/O 模式，這里用的是 Neurowire 模式。這種方式把 TMPN3150 的 I/O 腳定義為 Neurowire I/O 對象，即同步全雙工串行通信模式，它每次最多可傳送 255 比特的數(shù)據(jù)流。Neurowire I/O 對象可配置為主控方式和被控方式。當為主控方式時，IO8 為移位時鐘信號輸出端，IO9 為串行數(shù)據(jù)輸出端，IO10 為串行數(shù)據(jù)輸入端，IO0～IO7 可任選一個作為片選信號線。若 Neuron 芯片的輸入時鐘為 10MHz 時，則 IO8 的輸出時鐘頻率可選為 1、10 或 20kb/s；當為被控方式時，IO8 為移位時鐘信號輸入端，IO0～IO7 可任選一個作為時間溢出信號引腳。
a. 方法 1 的硬件實現(xiàn)
基于 Neuron 芯片的 Neurowire I/O 模式的硬件電路如圖 2 所示。圖中，IO0 輸出片選信號。圖 1 中的輸入只畫了一路 CH0，另一路 CH1 與 CH0 相同。當輸入為電壓信號時，J 斷開；輸入為電流信號時，J 連通。
b. 方法 1 的軟件實現(xiàn)
神經元芯片的編程是采用 Neuron C 語言來完成的。Neuron C 是專門為 Neuron 芯片設計的編程語言，它有著豐富的函數(shù)庫，可直接完成許多復雜的任務。
基于 Neuron 芯片的 Neurowire I/O 模式的 A/D 接口程序如下：
//////// IO Objection ////////
// 定義為 Neurowire 主模式，A/D 芯片的主選信號由 IO0 輸出初始化為 1
IO-8 neurowire master select （IO-0） ioA2D；；
IO-0 output bit ioA2Dselect =1；
IO-1 input bit start_adc;
# pragma ignore_notused ioA2Dselect
//////// funcTIon declare////////
unsigned long adc（unsigned long analog_addr）;
////////funcTIon definiTIon////////
//A/D 轉子函數(shù)
unsigned long adc（unsigned long analog-addr）
// 形參 analog_addr 傳遞要選擇的通道，選擇 CH0 時，analog_addr=0x06，選擇 CH1 時，analog_addr=0x07
{
unsigned long adc_info；
unsigned long digital_out;
adc_info = （analog_addr 《《 13）；
io_in（ioA2D，&adc_info，16）; // 選擇通道，同時接收轉換的結果
digital_out=adc_info & 0x0ff0；
digital_out=digital_out 》》4；
return digital_out；
}
由于 eurowire I/O 對象是雙向的，即輸入、輸出同時進行。因此，調用 io_in（ioA2D，&adc_info，16）時啟動了 16 位的雙向數(shù)據(jù)傳輸，該命令可將 adc_info 中的數(shù)以比特流的形式從 IO-9 輸送到 TLC0832，同可時通過 IO10 從 TLC0832 的 DO 腳讀入 16 位數(shù)并放入 adc_info。由 TLC0832 的工作時序圖（圖 1）可以看出，接收到的 16 位數(shù)中的第 5 位到第 12 位就是轉換結果，所以做了后面的處理。
3.2 基于 Neuron 芯片的比特 I/O 模式方案
TMPN3150 和 TLC0832 的第二種接口實現(xiàn)方法是把 TMPN3150 的 I/O 腳定義為比特 I/O 對象，它可用以監(jiān)控與 Neuron 芯片相連的 I/O 設備中某個引腳上的邏輯狀態(tài)，其中“0”為低電平，“1”為高電平。
a. 方法 2 的硬件實現(xiàn)
方法 2 的硬件電路如圖 3 所示。圖中，輸入通道只畫了一路 CH0，另一路 CH1 與 CH0 相同。當輸入為 1-5V 的電壓信號時，J 斷開;當輸入與 4-20mA 的電流信號時，J 連通。
b. 方法 2 的軟件實現(xiàn)
Neuron C 語言是從 ANSI C 中派生出來的，相對于 ANSI C 而言，它進一步擴展了用以支持由 Neuron 芯片中的固件提供的各種運行特性。
方法 2 的 A/D 接口程序如下：
////////IO ObjecTIon////////
// 將 IO 腳定義為比特 IO 對象，
IO-2 input bit io-do;
IO-0 output bit cs;
IO-3 output bit di;
IO-1 output bit clk；
////////function declare////////
int adc（int adc-addr）；
///////function definition//////
//A/D 轉換子函數(shù)
int adc（int adc_addr）
// 形參 analog_addr 傳遞要選擇的通道，選擇 CH0 時，adc_addr=0x60；選擇 CH1 時，adc_addr=0x70//
{
int adc_inbit，digital_out=0;
io_out（cs，0）;
io_out（di，0）;
for（i=0;i《3;i++）// 選擇通道
{
io_out（clk，0）;
adc_addr=adc_addr《《1;
if（adc_inf0 &0x80）==0x80
io_out（di，1）;
else
io_out（di，0）;
io_out（clk，1）;
}
io_out（clk，0）; // 一個時鐘的間隔
io_out（clk，1）; // 以使多路器穩(wěn)定
for（i=0;i《8;i++） // 接收轉換結果
{
io_out（clk，0）;
if（io_in（io_do）= =1）
{
adc_inbit=1;
adc_inbit=adc_inbit《《（7-i）;
digital_out=digital_out+adc_inbit;
}
io_out（clk，1）;
}
io_out（cs，1）
return digital_out；
}
4、結束語
Neuron 芯片不同于普通的微處理器，本文介紹的神經元芯片與 A/D 芯片 TLC0832 的兩種接口實現(xiàn)方法各有利弊，具體表現(xiàn)如下：
（1）方法 1 是 Neuron 芯片所特有的，而方法 2 較通用，它不僅適用于 Neuron 芯片，而且適用于各種有 I/O 腳的微處理芯片；
（2）方法 1 的硬件要求比較嚴格，可選的 I/O 腳只有一個，即片選信號輸出腳，而方法 2 腳把幾個與 TLC0832 相連的 I/O 腳視為普通的 I/O 腳，隨便哪個 I/O 腳都可與 TLC0832 相連（如果 Neuron 芯片的 IO8、IO9 或 IO10 已用，那只能選方法 2 了）；
（3）方法 1 編程較短，但不但于調試，而方法 2 則編程較長，但較為直觀，而且便于調試；
（4）方法 1 的 CLK 占空比和時鐘速率較為穩(wěn)定，而方法 2 的 CLK 占空比與指令執(zhí)行時間有關。對于常用單片機的人來說，方法 2 較易上手，則方法 1 則更專業(yè)；方法 2 的硬件接法更靈活，但編程較長……總之，使用這兩種方法應根據(jù)實際情況靈活地作出選擇
工商網(wǎng)監(jiān)
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