專利名稱：具有數據總線通信協議的外業儀器的制作方法
技術領域：
本發明涉及過程控制儀器領域。更具體地說，本發明涉及一種新的數據總線系統以及在過程控制儀器內的依據標準摩托羅拉TMSPI協議動作的外圍設備和主控節點間的通信協議。
背景技術：
過程控制儀器，如變送器和控制器，用于監視和/或控制工業過程。在最近的一些設計中，這些過程控制儀器包括一些內部設備或部件，如起主節點作用的微處理器，還包括一些起子節點作用的外圍電子設備。這些外國電子設備由幾部分部件組成，如用于測量過程壓力的壓力傳感器，用于測量過程溫度的溫度傳感器，用于過程的閥門，用于轉換在模擬設備和數字設備間傳送的數據的數字-模擬轉換器以及模擬-數字轉換器，用于發送和接收通過一個雙線過程控制循環線路進行信息傳遞的交換中繼線路，用于存放指令或監控過程結果的存儲設備，以及一些用于提供與過程有關的信息的圖文說明的顯示器。一般地說，所有這些設備都是本儀器的內部設備，或者都是本儀器的鄰近設備。儀器可能包括以上所提的子節點(即外圍設備)的任意一種組合。過程控制儀器中的這些不同的子節點通過一個把主節點和任一外圍設備連接起來的數據總線相互傳遞信息。
一個過程控制儀器中的主節點常常是一個摩托羅拉或兼容微處理器或微控制器。例如，一些過程控制儀器常常采用摩托羅拉68HCO5和68HC11微控制器作為主節點。根據設計原理，這些以及其他的微控制器依據標準串行外圍接口(SPI)總線通信協議進行運作。這個協議在摩托羅拉M68HC11參考手冊中作出了規定，我們的參考也因此加以吸收。盡管在許多情況下使用依據SPI協議運作的微處理器和微控制器是有優點的，但SPI協議本身具有一些不利的數據總線要求，有諸多缺陷。例如，在過程控制儀器中，設備的大小至關重要。因此，在過程控制儀器內部，一般都采用小型的印刷電路板(PCB)。但是，根據SPI協議，和主節點相聯的每一個外圍設備必須有一條單獨的電路選擇(CS)數據總線。除了要為這些附加的CS總線線路留出更多的PCB空間外，標準SPI協議的這個條件還要求在主節點芯片上要有更多的插腳。SPI協議的另一個缺點是很難再對立節點或子節點進行添加或改變。通常每一個在過程控制儀器的數據總線上進行信息傳遞的設備都有一個預定的地址。對節點的添加、卸除或互變都要求總線和/或尋址方式做相應的改制以適應這種變化。
正向以上所示，很明顯，SPI協議有一系列的缺點，尤其是在過程控制儀器內的數據總線中。我們的發明克服了標準SPI交流協議的這些及其他的一些缺陷。
發明的概要本發明是一個過程控制儀器，它具有改進的數據總線協議使內部的主節點或微處理器與內部的子節點或外圍設備間的通信更加方便。這個過程控制儀器包括至少一個根據標準SPI協議運作的微處理器，第一和第二外圍設備以及一條與微處理器和第一、第二外圍設備相聯的數據總線。在這個過程控制儀器中采用的經改進的數據總線協議具有多個優點，如印刷線路板空間要求縮小，外圍設備和主節點部件之間的互換性增強。
在本發明一些過程控制儀器的實施例中，經改進的數據總線有單芯片選擇(CS)數據總線路，它與在每一個主節點和子節點上的CS連接部相聯。而在另一些實施例中，CS線路被全部地除去。在其他實施例中的，過程控制儀器有一條雙向的主進子出(MISO)線路的數據總線，這條MISO線路用于促進從外圍設備到微處理器和在外圍設備之間進行的串行信息傳遞。還有在本發明的另一些實施例的過程控制儀器中，數據總線的物理互聯和協議適用于使外圍設備能被動態分配地址，以實現數據總線上的信息傳送。
附圖的簡要說明
圖1是具有本發明的一過程控制儀、過程管線及用于監控一過程的遙控裝置的一個過程控制系統的部分示意圖。
圖2是本發明的一個過程控制儀的最佳實施例的方塊圖。它包括依據SPI協議運作的主節點，外圍設備子節點以及一條聯通主節點與子節點的數據總線。
圖3是說明本發明的過程控制儀中使用的數據總線協議的時序圖。
圖4是本發明的主節點和子節點的指令字節結構示意圖。
最佳實施例的詳細說明本發明包括一個基于摩托羅拉TM串行外圍界面(SPI)用于過程控制儀的改進的內部數據總線通信協議。本發明可用于連接在儀器上的一條數據總線上的各個設備與部件間的通信。一般地說，這條數據總線是儀器的內部總線。常規或標準SPI協議支持一個主節點與多個子節點間用于同步雙向串行通信。標準SPI協議要求每一個子節點有一個分離的芯片選擇(CS)數據總線。在本發明的過程控制儀器所使用的數據總線協議，由一條單獨的CS線路去控制多個子節點，通過提供一種存取判優機構以使多個子節點能自主地存取數據總線以及通過增加對等式以及傳輸能力，增強了標準SPI協議。
圖1說明的是一個過程控制系統的部分示意圖。這個過程控制系統擁有一個控制室90，它與一個控制或監視一個過程的過程控制儀100相聯。控制室90作為一個與電阻94串聯的電壓源92模式，在圖中說明的工業過程應用中，流體102經過管道104。過程控制儀100通過雙線過程控制回路或有回路電流IL的電路106與其他的過程控制儀或一個主控單元進行通信，監視或控制遙控設備108(例如，一個電機或開關)，這種監視和控制過程是通過聯線107實現的，以此來監視或控制過程。例如，搖控設備108可以包含一個閥門，而過程控制儀100則包括一個作為外圍設備的閥門定位器。此外，搖控裝置108可以包含一個壓力傳感器，一個溫度傳感器或是在過程控制技術領域中所知的許多其他搖控裝置中的任何一種。通常，多過程控制儀100是與雙線控制回路106連接用于控制或監視過程的各個方面。
圖2是本發明最佳實施例的表示各種裝置連接在一數據總線100上的一個過程控制儀的方塊圖，正如所示，過程控制儀100包括第一微處理器200和第二微處器202，正如所說明的過程控制儀100具有兩個微處理器，但它在其他的實施例中可能會有多于或少于兩個的微處理器。微處理器200和202最好是摩托羅拉或兼容微處理器或被設計成在商業市場有效型式的或采用具有標準SPI協議的控制器。通常情況下，微處理器200和202中的一個在系統中起主節點的作用。另一個則被作為外圍設備或子節點。
過程控制儀100同樣包括一個或多個子節點或外圍設備204、206、208、210和212。過程控制儀100的子節點通常是外圍集成芯片或設備，它們執行一系列涉及控制和監視此過程所必須的功能。例如，外圍設備204是一個通過過程控制循環線路106傳送或接收信息和指令通信鏈路或線路。另外，盡管過程控制儀100的設備裝置能從專用電源214獲取電源，但在有些實現例中，過程控制儀100的節點通過通信鏈路204在雙線回路106上接收電源。
外圍設備206可以包括一個集成芯片存儲器，用于存儲主節點和子節點所用的程序指令，或用于存儲過程狀態所指示的信息。外圍裝置208可以包含一個模擬一數字(A/D)轉換器，用于轉換在一個設備(如傳感器206)和其他主或子節點間傳送的信息。外圍設備210可以包括一個數字一模擬轉換器(D/A)，用于轉換數字信息或指令，使得它們能被一個模擬設備例如一個閥門定位器(控制器)218使用，該閥門定位器控制閥門(圖1)的位置去控制過程。傳感器216能探測到任何系統或過程變量，以及定位器218可以是用于控制過程的任意一種遙控設備。例如，外圍設備212可以是一個顯示器裝置，如一個CRT、LED或LCG，用于提供有關過程的圖文性和可視性的信息。
過程控制儀100中的每一個子節點一般都要包括一個中斷輸出插針或連結線，用于產生一中斷信號，一個CS針或接線用于接收CS信號，一個用于接收同步時鐘信號的移位時鐘插(SCK)針或接線一個主出子進(MOSI)插針或連接線用于接收從主節點發來的串行數據，一個用于串行地傳送與接收數據的雙向主進子出(MISO)插針和連結線，以及一個子中斷輸入(SLINT)插針或接線用于接收中斷信號。每一個子節點上的雙向MISO接線最好采用從子節點到主節點或其他子節點串行地傳送數據，并能接收從其他子節點的MISO接線傳來的數據。在本發明的實施例中，過程控制儀100沒有包括一主節點或微處理器，子節點上的MOSI結線則可去掉。
過程控制儀100的主節點最好包括一個中斷SLINT輸入或接線，用于接收中斷信號，一個CS輸出對應于用于產生CS信號的子節點的CS輸入，一個SCK輸出對應于一個用于產生SCK信號的子節點的SCK輸入，一個用于傳送串行數據至子節點的MOSI輸入的MOSI輸出，以及一個MISO輸入用于接收從子節點MISO輸出接線傳來的數據。另一種選擇是微處理202(或200)可以包括一個INT輸出使得它能作為一個子節點工作。如圖2所示，微處理器200構成主節點。因此，微處理器202在有些實施例中不含有CS，MOSI和SCK接線，微處理202被構造成為一個監視器模式。
過程控制儀100還包括接不同的主節點與子節點之間連接的數據總線220，以促進節點之間的信息交換，數據總線220因此包括一條INT線路，聯至每一微處理器200和202的SLINT接線以及最低優先級別子節點204的INT接線。其余的子節點上的INT和SLINT接線被鏈接起來，從一個子節點的INT輸出結線連至相鄰的子節點上的SLINT輸入接線。最后子節點(即所注明的子節點212)它的SLINT輸入總是低連接或不活躍的，它是最高優先級別的子節點，如果一個子節點正在產生一個中斷或者它的SLINT輸出正處于活躍狀態(這表明一個更高優先級的子節點正在產生一個中斷)，那么這個子節點的INT輸出就處于活躍狀態。這種方式減少了用于調解從多子節點設備產生的中斷的作為互聯的附加電路的需求。
數據總線220也包含一條聯接主節點微處理器200的CS輸出和每一個子節點CS輸入的CS線。CS數據總線上的CS信號由一個主節點產生，它的產生表明數據總線處理活躍狀態。它可以作為信息間的定界符，或如果主節點控制多數據總線，它可以指示哪個數據總線是活躍的，換句話說它可以永久地被束于活躍狀態或被消去。
數據總線220還包括一條聯接主節點SCK輸出和每一個子節點的SCK輸入，用以在主節點和子節點間傳送同步時鐘信號。由于本發明所具有的以下討論的一些尋址和數據總線協議優點，可以采用一條CS數線總線線路，或整條CS線路可以被消去。這樣，PCB的空間就縮小了。
數據總線220還包括一條MOSI線連接主微處理器的MOSI輸出連線和每一個子節點的MOSI輸入接線，用于傳送從微處理器到子節點的串行數據。如果過程控制儀100不包括主節點或微處理器，只要求具有同等優先級的通信(即子了點間通信)，那么，數據總線220的MOSI線路則為不必要的。
最后，數據總線220包括一條聯接每一個子節點的MISO輸入/輸出連線和每一個微處理器的MISO輸入的雙向MISO線路，用于傳送從子節點到微處理器的串行數據以及/或者傳送子節點之間的串行數據。請注意由于每一個子節點上的MISO連接都是雙向的，所以子節點MISO接線最好為三態設備。換句話說，除非當一個子節點獲取了對MISO數據總線路的控制權，否則子節點上的MISO連接都在高阻抗狀態中。
具有最高中斷優先權和子節點首先獲取對MISO數據總線的控制權。產生中斷并且有不活躍SLINT輸入的具有最高優先權的節點具有中斷優先權。在圖2中，當子節點212在INT輸出產生中斷時，它就最先獲取對MISO數據總線的控制權。如果子節點210在INT輸出產生中斷，而且子節點212沒產生的話，那么子節點210就最先獲取對MISO數據總線的控制權。總之，如果一個子節點正在產生中斷，而以前的所有在中斷鏈中的節點不產生中斷，那么，這個子節點就會獲取MISO數據總線的控制權。同樣，對MISO數據總線的控制權會因為通過總線傳送的指令而發生改變。本項發明通過取代標準SPI協議單向數據總線結構，采用了雙向的MISO數據總線結構，使得外圍設備之間的同等地位通信成為可能而又不增加數據總線線路和物理接線的個數。上述的判優方法同樣有利雙向通信。
如果過程控制儀包括了一個主節點，那么數據總線的控制通常由主節點來完成。如果過程控制儀只包括外圍設備(即，子節點或具有同等地位的節點)，那么數據總線的控制功能則由子節點之一來提供或由多個子節點共享。例如，在信息開頭具有中斷優先權的子節點能夠承擔對信息的數據總線控制責任。
圖3是本發明的一個過程控制設備最佳實施例使用的信息格式或協議的時序圖。在MOSI或MISO數據總線線路上傳送的信息和由一個子節點產生(并通過中斷鏈接傳播到INT數據總線線路)的中斷信號(INT)以及由一個主節點激活的CS線路都是以一個SCK信號周期一比特的方式傳遞的。如圖3中的時序圖所示，MOSI或MISO數據線路上的信息的首字節是指令。第二個字節可以是一個或多個可擴展地址字節EXTADR，它表明信息的目的地是哪一個節點。在需要時首擴展地址字節后會跟有多個擴展地址字節。這些字節后跟有零或更多數據字節。如果一個或多個地址字節擴展被采用，則指令字節的碼元5會被定邏輯電平1。如果地址完全包括在指令字節中，則碼元5會被設定為0，且數據字節會跟在指令字節后。沒有字節計數，因為信息長度一直在指令字節中。
圖3中所示的MOSI或MISO信息的指令字節的結構在圖4中有更詳細的說明。碼元6和7表示命令，其中00代表一個傳播BRCST命令，01代表狀態條件STCND命令，10代表讀命令，11代表寫命令；讀命令是對另一個節點中的目標內容的請求，寫命令則是對另一個節點中目標內容進行改變的請求。傳播命令把一個目標的值傳送到所有節點，這個命令是由包含這個目標的裝置發出的，狀態命令把一個節點的狀態條件傳送給所有其他節點。
如果地址擴展AE位(碼元5)被設置為邏輯1值，則表明在一個信息中任何數據字節被傳送之前指令字節后令跟有一個或多個擴展地址字節EXTADR。如果AE位被設置為邏輯1，表明下一個字節是一個地址，擴展地址字節的碼元7表明其后是否仍跟有另一個擴展地址字節。如果擴展地址字節的碼元7被設置為邏輯值1，那么被傳送的信息的下一字節也一定是一個擴展地址字節。如果擴展地址字節的第7位被置為邏輯值0，則信息的下一字節是一個數據字節。這樣，任何字節數的地址長度都可以在不修改數據總線、部件及編程方式的情況下加以采用。本發明的這種特點使得各節點能被很容易地添加或互換。指令字節的碼元0至4是節點/目標地址。十六進制指令00(8個0)被保留并定義為一個中斷確認或一個空操作指示符。
本發明的不同種實施例中包括三種地址分配機制之一用于為各節點在數據總線上交換信息分配地址。在本發明的應用中，這三種地址分配機制分別是靜態地址分配，主動狀態地址分配和自動同等地址分配。這三種分配方式的任何一種都可以被采用，任何采用這種方法之一的子節點都可以混合在數據總線上。但是，在所有情況下，節點必須預先知道地址分配方式或者每一個節點在啟動時都必須傳播它的地址。每一個過程控制儀的節點在啟動時都應把它的地址(無論是靜態還是動態)連同一個表明它屬于何種類型節點的標識符傳送給過程控制儀中的所有其他節點。
在靜態地址分配方式中，每一個節點都有一個外部的硬線地址。包含指向一個特定節點的地址的指令字節結果存放于接收相應信息的字節中。一個節點可以有多個獨立的可尋址目標。如果對所有目標和節點尋址需要五個以上的碼元則可以采用以上所述的擴展地址字節。地址和擴展地址狀態能按要求在節點地址和目的地址間分配。
主動態和自動態同等地地址分配機制都是動態方式，這就提供了一種優勢，使得無需再次分配物理地址或變更系統軟件就能使過程控制儀節點更新升級和互換。在主動態地址分配方式中，重啟時總線上的所有子節點/目標都在地址零進行初始化，所有的子節點都產生一個中斷。主節點或微處理器將會給每一個節點/目標按照從最高優先級節點/目標到最低優先級節點/目標的順序分配一個非零地址。一般地說，主節點會產生一系列非零地址并把這些地址通過數據總線分配給各節點。例如，從主節點發出的初始中斷確認可以包含地址，這個地址包含在信息的一個數據段內，而這條信息則是以最高的優先級分配給節點的。由于每一個節點/目標都被分配了一個地址，它們就不再留有中斷請求。這必須在數據總線上進行任何操作前完成。這種特點使得場儀器的不同模塊的互換性增強，例如添加一個傳感器模塊或對一個現有傳感器模塊進行替換。
在自動同等地址分配方式中，初始化時有中斷權的子節點給自己分配第一個地址。已經給自己分配了第一個地址的具有最高中斷優先級的節點在信息指令字節中采用傳播BRCST命令通知其他所有節點第一個地址已被分配。第二個沒有地址的節點，即具有第二最高中斷優先級的節點給自己分配第二個地址。同樣，它會傳播信息給其余所有節點第二個地址已被分配。總之，具有最高中斷優先權的未被分配地址的節點給它自己分配下面的地址，然后傳播信息給其他所有節點，通知它們新地址已被分配。存儲在子節點206或其他存儲器中的最后一次使用的地址在啟動時被初始化為零值。
在本發明過程控制設備的最佳實施例中，任何一個節點可以在指令字節字和任意擴展地址字節指示的目標地址中通過發出讀和寫命令信息從一個目標(即內存地址，外設，等等)讀取信息或向它寫入信息。同樣，任何節點可以通過發出一條STCND命令說明狀態條件的存在，其中指令字節地址段表示具有該狀態的存在，其中指令字節的地址段表示具有該狀態條件的目標，或者，這STCND命令中有一個數據字節，其中存有目標值。狀態條件可以包括現有數據、數據溢出、數據緩沖置空或軟、硬件錯誤。一個節點還可以隨同包含一個BRCST命令、在其指令字節中包含目標地址的信息傳播它的目標值，目標值存在信息數據字節中，在指令字節的后面。
主節點或微處理器利用數據總線的MOSI線路向子節點傳送命令。子節點在數據總線的雙向MISO線路上向主節點和其他子節點傳送命令。這樣，子節點可以在數據總線MOSI線路上和MISO線路上接收命令和信息。任一子節點的主動脫機都會使數據總線上的MISO線關閉。如果一個子節點需要在數據總線上進行交換，它會在它的INT插腳或接線上產生一個中斷。如果沒有子節點在產生中斷，那么子節點的所有MISO輸出接線都處于高阻抗狀態，這表明沒有信息從子節點發出。
主節點能夠在數據總線上傳遞信息至少有兩個條件。第一，主節點能夠對從一個子節點發出的中斷信號所出反應并在數據總線上傳送信息。第二，主節點可以自主地傳送信息。當一個子節點產生一個中斷時，主節點將在數據總線的MOSI線路上發出一個響應命令。由于主節點正在數據總線的MOSI線路上傳送響應信息，所以具有最高優先權的中斷子節點能在數據總線的MISO線路上傳送信息。如果主節點的響應信息包含一個中斷確認，該中斷節點可以在數據總線的MISO線路上繼續傳送信息。如果主節點在數據總線的MOSI線路上的響應信息是一個命令而不是一個中斷確認，那么從節點發出的信息會被中止，直至下一信息序列。
在本發明的一些實施例中，過程控制儀不包括主節點，這樣，MOSI數據總線線路可以被除去或使之處于不活躍狀態(那把它縛于一低邏輯電平狀態)，且所有的信息都會被象包含一個中斷確認那樣處理。在這種情況下，SCK信號必須由一個設備或節點產生而不是由主節點產生。而且，如果要求的話，若沒有主節點存在，則在CS數據總線線路上的CS信號也必須由另一個設備產生。
本發明有許多其他具有主節點依據標準SPI協議工作和使用一條標準數據總線結構的過程控制儀所沒有的優點。本發明的一些優選實施例中的一個優越特征就是子節點可以在MISO數據總線線路上接收從其他同等地位子節點傳來的信息。物理層通信被轉化為一種交換數據總線方案，它可進行主和/或子節點傳播型、主到子型、子到主型通信以及子節點平等交換。利用更改的數據總線特征和物理連接，依照標準SPI協議工作的主節點就可以對只有一條CS數據總線路的多個節點進行尋址。如果數據總線上的所有節點都采用此更改的協議，那么CS線路都可以被認作總是活躍的，因此可以完全被取消。
本發明還包括一個判優技術，它采用物理互聯和/或指令解釋來決定多個子節點中的哪一個具有優先權，可以控制數據總線。而且，本發明中經過改進的過程控制儀所采用的動態尋址技術使得節點能方便地互換或更替，并使軟件更加獨立于硬件構造。還有，本發明的雙向MISO數據總線線路提供了子節點間的同等通信。在一些專用同等通信的過程控制儀器中，MOSI數據總線線路可以被完全取消。本發明的改進型SPI協議和數據總線結構的其他好處包括集成芯片插針數量減少；PCB互聯使成本降低，體積減小；能夠利用現存的依據標準SPI協議運行的微處理器；以及微處理器裝載可以通過傳播的可接受性和同等地位節點通信能力被減少，從而使子節點之間的交流不必通過微處理器尋址而實現。
盡管本發明以結合優選實施例作了討論，但熟悉此項技術的技術人員會意識到對本發明在形式和細節上做出的變動，并沒有脫離本發明的實質和范圍。可以想象，本發明將會在任何一種過程控制儀器上得以實施。而且，還可以通過使用適當的硬件、軟件、固件技術或這些技術的組合來實施不同的功能塊。其他的一些小變動也有可能。例如，在一些使用微處理器200作為主節點的設計實施例中，通過第二個微處理器(即微處理器202)進行的通信可以多種途徑得以實現。附加的微處理可以被作為一個外圍設備，在這種情況下，它包括一個INT輸出且和其他子節點鏈接起來。那么，附加的微處理器就通過雙向MISO線路進行信息交換。另一種方法就是每一個微處理器的MOSI輸出可以附加三態驅動器，所有的微處理器可以在MOSI線路上傳送信息。
權利要求
1.一種過程控制儀，其特征在于它包含有一個以SPI數據總線協議工作的微處理器；一個第一外圍設備；一個第二外圍設備；以及一條聯接到微處理器、第一外圍設備、第二外圍設備的數據總線，其中，該數據總線包括一單芯片選擇線與在微處理器、第一外圍設備及第二外圍設備上的每個芯片選擇連接部連接。
2.按權利要求1所說的過程控制儀，其特征在于在數據總線上的單芯片選擇線路上微處理器產生一個信號，通知第一和第二外圍設備該數據總線處于有效在用狀態。
3.按權利要求1所說的過程控制儀，其特征在于數據總線還包括一個與微處理器，第一外圍設備和第二外圍設備連接的雙向主進子出(MISO)線路。
4.按權利要求3所說的過程控制儀，其特征在于第一外圍設備在雙向MISO線路上向第二外圍設備傳送信息。
5.按權利要求1所說的過程控制儀，其特征在于它還包括用于在數據總線上通信給第一和第二外圍設備動態分配地址的裝置。
6.一種過程控制儀，其特征在于它包含有一個以SPI數據總線協議工作的微處理器；一個第一外圍設備；一個第二外圍設備；以及一條聯接于微處理器、第一外圍設備、第二外圍設備的數據總線，該數據總線包括一條連接于每個微處理器、第一外圍設備和第二外圍設備的MISO連接部上的雙向主進子出(MISO)線路。
7.按權利要求6所說的過程控制儀，其特征在于雙向MISO線路是適應于從第一和第二外圍設備向微處理器以及在第一和第二外圍設備之間傳輸序列數據。
8.按權利要求7所說的過程控制儀，其特征在于還包括一個第三外圍設備，它有一條連接在數據總線的雙向MISO線路上的MISO連接部，其中第一外圍設備通過雙向MISO線路同時向第二和第三外圍設備傳送信息。
9.按權利要求7所說的過程控制儀，其特征在于還包含在數據總線上接收信息向每一個第一、第二外圍設備動態分配地址的裝置。
10.按權利要求9所說的過程控制儀，其特征在于，其中第一和第二外圍設備的每一個都有一個與此有關的優先權，具有較高優先級的第一和第二外圍設備之一給自己分配第一地址，隨后通過雙向MISO線路向微處理器和其他的具有較低優先級的第一和第二外圍設備中的另一個傳送第一地址。
11.按權利要求10所說的過程控制儀，其特征在于，當第一和第二外圍設備之一傳送了第一地址后，第一、第二外圍設備中的另一個則給自己分配第二地址并通過雙向MISO線路向微處理器及第一和第二外圍設備之一傳播第二地址。
12.按權利要求9所說的過程控制儀，其特征在于其中第一和第二外圍設備中的每一個都包括能產生中斷的中斷產生電路，其中的動態分配地址的裝置包含有一條與微處理器相聯的中斷檢測電路，用于檢測由第一和第二外圍設備之一在數據總線上產生的第一中斷；一條與微處理器相聯的用于產生第一地址的地址產生電路；以及一條與微處理器相聯的地址傳送電路，用于通過數據總線向產生了第一中斷的第一和第二外圍設備之一傳送第一地址，并把第一地址分配給產生了第一中斷的第一和第二外圍設備之一。
13.按權利要求7所說的過程控制儀，其特征在于其中數據總線包括一條與微處理器、第一外圍設備和第二外圍設備中的每一個上的芯片選擇連接部連接的單芯片選擇線路。
14.一種過程控制儀，其特征在于它包括一個第一子節點；一個第二子節點；以及一個主節點，其中主節點由一條數據總線與第一和第二子節點相連，主節點包含有一條用于檢測由第一和第二子節點之一在數據總線上產生的第一中斷的中斷檢測電路；一條用于產生第一地址的地址產生電路；以及一條地址傳送電路，用于通過數據總線向產生了第一中斷的第一和第二子節點之一傳送第一地址，并把第一地址分配給產生了第一中斷的第一和第二子節點之一。
15.按權利要求14所說的過程控制儀，其特征在于其中主節點還包括一中斷檢測電路，用于檢測由第一和第二子節點中的另一個在數據總線上產生的第二中斷；一用于產生第二地址的地址產生電路；以及一地址傳送電路，用于通過數據總線向產生了第二中斷的其他第一和第二子節點傳送第二地址，并把第二地址分配給產生了第二中斷的其他第一和第二子節點。
16.一種過程控制儀，其特征在于它包含有一條數據總線；與數據總線連接的多個外圍設備，其中每一個外圍設備都有與其關聯的外圍優先權；用于決定未被分配地址的外圍設備中哪一個具有最高外設優先權的裝置；以及用于給未被分配地址的具有最高外設優先權的外圍設備分配地址的裝置。
17.按權利要求16所說的過程控制儀，其特征在于其中分配地址的裝置包括一條用于通過數據總線向未被分配地址的具有最高外設優先權的外圍設備之一傳送要分配的地址的地址傳送電路。
18.一種向過程控制儀的外圍設備動態分配地址的方法，其特征在于其中每一個外圍設備都擁有與此相關的外設優先權，這種方法包含有決定哪一個未被分配地址的外圍設備具有相關的最高外設優先權；向一個未被分配地址的具有最高相關外設優先權的外圍設備分配地址；以及通過數據總線向未分配地址的具有最高相關外設優先權的外圍設備傳送被分配的地址。
19.按權利要求18所說的過程控制儀，其特征在于它還包含依次重復決定、分配和傳送地址步驟直至每一個外圍設備都有一個分配的地址為止。
20.一種向多個子節點動態分配地址的方法，其中這些子節點由一條數據總線與依據SPI數據總線協議工作的主節點相聯，其中多子節點中的每一個都有一個相關的優先權，這種方法包括決定哪一個尚未分配地址的子節點具有相關的最高優先權；向尚未分配地址的具有最高相關優先權的子節點分配地址；以及通過數據總線向未被分配地址的具有最高相關優先權的子節點傳送被分配的地址。
21.一個系統，其特征在于它包括一個以SPI協議工作的微處理器；一個第一外圍設備；一個第二外圍設備；一條與微處理器、第一外圍設備和第二外圍設備相聯的數據總線；以及為在數據總線上接收信息向每一個第一和第二外圍設備動態分配地址的裝置。
22.按權利要求21所說的過程控制儀，其特征在于其中每一個第一和第二外圍設備都有一個相關優選權，其中用于動態分配地址的裝置包括用于為具有較高優先權的第一和第二外圍設備之一自分配一第一地址并通過數據總線向微處理器和具有較低優先權的第一和第二外圍設備中的另一個傳送第一地址的裝置。
23.一個在過程控制儀中在數據總線上通信的方法，其特征在于它包含在與每一個第一和第二外圍設備的芯片選擇輸入端相聯的數據總線的單芯片選擇線路上產生一個芯片選擇信號，其中芯片選擇信號由一個以SPI數據總線協議運行的微處理器產生以表明數據總線處于有效在用；以及當與每一個第一和第二外圍設備的芯片選擇輸入端相聯的單芯片選擇線路上產生片選擇信號時，從微處理器、第一外圍設備和第二外圍設備之一通過數據總線傳送數據。
24.按權利要求23所說的方法，其特征在于數據傳送還包含有當聯在每一個第一和第二外圍設備的單芯片選擇輸入端上的單芯片選擇線路上而產生芯片選擇信號時，把數據通過數據總線的一條主出子進(MOSI)線路從微處理器傳輸至第一和第二外圍設備。
25.按權利要求23所說的方法，其特征在于其中數據傳輸還包含有當連在每一個第一和第二外圍設備的芯片選擇輸入端上的單芯片選擇線路上產生芯片選擇信號時，把數據通過數據總線的一條主進子出(MISO)線路從第一和第二外圍設備之一傳送至微處理器和另一第一和第二外圍設備二者中的一個。
26.一個在過程控制儀中第一和第二外圍設備之間通過一條數據總線通信的方法，其特征在于這個方法包含有通過數據總線上的一條雙向MISO線路從第一外圍設備上的雙向主進子出(MISO)連接部傳送數據；以及在第二外圍設備上的一個雙向MISO連接部接收從第一外圍設備上的雙向MISO連接部傳來的數據。
全文摘要
本發明包含一個能用于主節點和子節點間信息通信的具有經改進的數據總線協議的過程控制儀(100)。過程控制儀(100)包括一個依據SPI數據總線協議工作的微處理器(200),第一和第二外圍設備(204、206)和一條連接在微處理器和第一和第二外圍設備上的數據總線(220)。本發明中的過程控制儀所采用的經改進的數據總線協議有許多優點,如:印刷電路板空間減小,外圍和主節點部件之間的互換性增強。
文檔編號G05B19/042GK1200818SQ97191236
公開日1998年12月2日 申請日期1997年9月23日 優先權日1996年9月30日
發明者大衛·E·特茲拉夫, 約格什·沃里爾, 伽波路·A·馬洛夫 申請人:羅斯蒙德公司