HART协议是美国的Rosemount公司在80年代中期提出的一套过渡性的通信协议，它兼容4~20mA的模拟信号与数字信号通信。HART通信不需要增加布线，可以通过现存的连线进行系统集成。为适应工业生产现场通信的需求，本项目以ADI公司生产的ADuC7020单片机为系统核心，设计出HART通信接口，主要完成的功能是检测工业生产现场的生产参数并作简单处理，将其通过HART总线上传给监控室上位机，然后接收上位机发出的控制信号，处理现场工况。

HART协议规定如果主机在额定的时间内没有接收到指令的应答信息，主机应该再次发送信息，如果几次尝试仍然不成功，可能是因为从设备或传输链路出现了问题，主机会取消传输。在每一次的传输完成之后，传送另外一个指令之前，第一主机作短时间的暂停，为第二主机提供插入的机会。通过这种方式，两个主机就可以轮流与现场从设备进行通信。一般典型的信息长度和延迟可以在一秒钟时间内传输二次。

一．HART协议接口芯片HT2012

  本设计中选用HT2012作为HART协议接口芯片。HT2012是SMAR公司生产的一种半双工MODEM，主要包括4个功能模块：时钟模块、解调器模块、调制器模块和载波监听模块。它的作用是允许用户在微处理器与模拟控制过程回路之间通过HT2012的MODEM集成电路来实现HART信号的调制和解调过程，实现上位机与现场仪表之间通信。

1 .时钟模块

     该模块接收外部输入的460.8kHz时钟信号，用于建立内部时钟信号。这一频率比其他类型MODEM的时钟频率低得多，从而大大减少功耗，同时当某一模块不工作时，该模块的时钟被关闭，进一步降低功耗以满足低功耗的要求。正常使用时，在内部会产生19.2kHz的时钟，从2脚输出供外部电路使用。同时还可分别产生HART协议中表示“0”的1200Hz和表示“1”的2200Hz两种频率。

2. 解调模块

解调器读取来自IRXA引脚的FSK信号，如果INRTS为逻辑1，解调器使能，解调后由ORXD引脚输出。从IRXA引脚输入的应是方波信号，若频率为1200Hz，则输出代表逻辑1的高电平；若输入频率为2200Hz，则输出代表逻辑0的低电平。

3.       利用AD421实现4～20mA电流与Bell信号叠加

从HT2012调制模块输出后的是1200Hz和2200Hz的方波，通过输出调理电路将其转换为标准的Bell信号之后，需要将其叠加到4～20mA电流上再送至HART环路上。要实现上述功能可以采用AD421。

二．系统组成

本设计中，将采用ADuC7020作为上位机，负责接收HART总线上传的现场设备参数。为扩大适用范围及表征通用性，检测装置1及HART 接口1选用ADuC7020作为数据处理核心，而检测装置2及HART 接口2则采用ADuC841作为数据处理核心。基于HART协议的现场总线系统如下图所示。

 HART总线接口包括以下几个主要部分：HART信号调制解调电路、HART信号输入调理电路、HART信号输出调理电路、D/A转换电路、单片机接口电路等。基于ADuC7020的HART 协议接口的主要元器件包括：ADuC7020、HT2012、AD421、OP2177。结构简图如下图所示。