基于hart协议智能压力变送器的硬件设计本文基于hart协议开发了适用于半导体压力传感器的智能变送器，该变送器的硬件部分主要包括以下几个模块：mcu模块、lcd显示模块、hart通信模块、传感器模块和供电模块等。系统硬件框图如图3所示。智能压力变送器的供电电压选为3.3v，由稳压电源模块max6129aeuk33-t提供。
传感器模块主要包括传感器桥路，如图4所示，其中，电阻r20的温度系数应不大于50ppm／℃。
mcu模块主要由微处理器xe88lc0和非易失性存储器eeprom93aa76c组成，其中，xe8a8lc0内置12位a/d转换器和10位d/a转换器。传感器模块输出的压力和温度信号经整形和带通滤波电路后，分别接至微处理器内置的a/d转换器的两个通道，并且使用传感器电桥供电电压作为a/d转换器的参考电压，以排除电桥不稳定所造成的误差。在进行a/d转换后，再由cpu进行线性化处理、量程转换、阻尼处理等运算，zui后通过微处理器内置的d/a转换器把数字信号转换成电流信号输出。eeprom用来保存所有组态、特征化和数字微调数据。
hart通信模块即为hart协议物理层的硬件实现。它采用微集成电路ht2012作为hart调制解调器。ht2012的工作频率为460.8khz，由独立的微功耗震荡器ht7210提供。从hart总线接收到的hart信号经过放大、滤波、比较后送到ht2012，被解调成逻辑1或逻辑o的数字信号传送给微处理器。同样，微处理器送出的数字信号由调制解调器调制成相应的1200hz或2200hz的fsk频移键控信号后叠加在环路发送到hart总线上。hart通信方式为半双工方式。
lcd显示模块通过htl620芯片驱动和控制有关数据的显示。由于采用了电容型偏置电压充电泵，htl620的操作电流非常小，能够满足本系统低功耗的要求。
智能变送器设计的关键在于如何实现低功耗。由于接入hart总线4～20ma环路中的智能变送器是从hart总线4~20ma电流环路上吸收直流且还要对网络提供工作电源的a类设备，因此意味着智能仪表供电的电流不能超过4ma。在实际应用中，为了兼容数字和模拟两种信号，通常将数字信号通过v/i转换电路转换成幅度为±o.5ma的音频数字信号（1200hz表示“1”，2200hz表示“o”），叠加在4~20ma电流环上。由于对称性，此信号的平均值为o，因此模拟和数字信号互不干扰。但是，环路上的zui大电流瞬时值imax=4.5ma，zui小值imin=3.5ma，如果向变送器供电过多（超过3.5ma），将导致数字信号负半周失真，考虑一定的余量，要求对变送器的供电电流不超过3.4ma。所以在元器件的选择上要充分考虑如何降低功?摹?lt;br>
本方案中．由于大量选用低功耗器件，比较好地解决了这个问题。数字电路工作在3.3v，在此条件下，xe88lc0在12位的adc和10位的dac同时工作并且保证cpu达到每秒二百万条指令的处理量的情况下，其工作电流为670μa，ht2012的典型工作电流为40μa，93aa76c的读电流为500μa，ht7210在输出为1mhz的情况下工作电流也不过130μa，而htl620的工作电流小于3μa，另外整形电路、带通滤波及其他模拟部分电路的电流不大于1.2ma。因此整个电路的总工作电流不大于2.1ma，远小于3.4ma。这样变送器可以给传感器模块提供的zui大电流为1.3ma，这对许多传感器来说已经足够了。