[发明专利]带有频移键控调制解调器的微控制器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2007年12月28日提交的美国临时申请No.61/017466的利益，该美国临时申请的全部内容通过引用被包括在此。

背景技术

可编程逻辑控制器(PLC)是一种数字计算机，通常被配置成使诸如在工厂装配线上的机器的控制、游乐设施的控制或照明灯具的控制之类的机电过程自动化。本领域的技术人员和其他人员将认识到PLC可以用于许多不同的产业和机器，诸如封装和半导体机器。与通用计算机不同，PLC被设计用于多个输入和输出的配置、扩展的温度范围、抗电噪声、抗振动和冲击。控制机器操作的程序通常存储在有电池作为后备电源的或者非易失的存储器内。PLC是实时系统的一个实例，因为输出结果根据在有限时间内的输入状况产生，否则将导致非预期的操作。

图1例示了一个使用一些连接到PLC上的FSK(频移键控)调制解调器的示范性系统环境10。诸如台式计算机之类的系统服务器20通过网络40与多个PLC 30连接。网络40可以是任何类型的已知网络，诸如因特网、LAN、WAN或者本领域中已知的其他类型的网络。每个PLC 30可以与多个现场设备50连接，每个现场设备提供与特定的生产过程或动作有关的模拟数据。现场设备50可以是：例如，测量油罐内压力并向PLC提供压力数据的压力传感器；测量特定物质的温度的温度传感器等等。而PLC 30可以向现场设备提供指令，作为响应从现场设备接收到的数据的自动反馈。系统服务器20通常对整个自动化过程进行控制。

现场设备可以以各种通信格式，诸如利用频移键控(FSK)技术的格式，向PLC提供数据。FSK是一种调频方案，通过载波的不连续的频率改变来传送数字信息。最简单的FSK是二进制FSK(BFSK)，利用多个不连续的频率传送二进制(0和1)信息。采用这个方案，将“1”称为传号频率，而将“0”称为空号频率。可寻址远程传感器高速通道(HART)协议是一种FSK，将在下面更为详细地予以说明。

为了便于PLC与现场设备之间的数据交换，在PLC系统内使用了一些FSK调制解调器。典型的是，在这样的系统内使用的FSK调制解调器引入HART协议。HART向基于微处理器的(智能)模拟过程控制仪器提供数字通信。HART调制解调器是一种FSK调制解调器，其中与调制解调器之间消息传送的协议一起对频率、比特格式或帧、前置码和其他物理参数作了规定。在PLC内引入FSK调制解调器以利用HART通过用来发送和接收其他模拟信息的输入和输出端发送信息。一个实例是一个PLC的输出端向另一个PLC的输入端发送电压，这两个PLC都含有允许HART的FSK调制解调器。除了电压信号之外，还可以将一个由用来指示其他重要的品质数据的串行字符组成的数据信号叠加在电压测量结果上。品质数据的例子包括例如机器或操作的ID之类。为了方便起见，“FSK”和“HART”在本申请中可互换使用。

PLC模块可以使用包括物理层和可能还有多个协议层的HART通信链路与诸如传感器或传动器之类的现场设备通信。通常，HART的物理层基于使用1200Hz或2200Hz连续相音来表示“1”和“0”，这是一种如上所述的FSK。这些音通过电流或电压环路发送和接收，调制音的幅度，一般为500mV左右。

典型的是，PLC内FSK调制解调器功能用成品HART调制解调器来实现，诸如AMI Semiconductors的A5191HRT调制解调器、Smar Research的HT2015或Symbios Logic的SYM20C15。

现有的成品调制解调器的一个缺点是它们需要接到通用异步接收器/发送器(UART)上。在这方面，UART是在微控制器内在并行与串行形式之间转换数据的单独的一个计算机硬件。这可能需要至少一个附加的专用于调制解调器的微控制器，从而增加了成本和PLC内的耗电，或者需要一些附加的UART，这也增加了成本和所需空间。

现有调制解调器所产生的输出音的质量差，有时只是勉强符合HART规范。此外，现有的成品系统的另一个缺点是不能增加设计元素以改善FSK调制解调器操作的质量。改善FSK调制解调器操作的设计元素可以包括但不局限于电子和软件滤波器、自适应控制算法之类。