現代工業生產中存在著多種不同的主機和現場設備，要想很好地使用他們，完善的通訊協議是必須的。HART協議最初是由美國Rosemount公司開發，已應用了多年。HART協議使用FSK技術，在4~20mA信號過程量上疊加一個頻率信號，成功地把模擬信號和數字信號雙向同時通訊，而不互相干擾。HART協議參照了國際標準化組織的開放性互連模型，使用OSI標準的物理層、數據鏈路層、應用層。HART協議規定了傳輸的物理形式、消息結構、數據格式和一系列操作命令，是一種主從協議。當通訊模式為“問答式”的時候，一個現場設備只做出被要求的應答。HART協議允許系統中存在2個主機（比如說，一個用于系統控制，另一個用于HART通信的手操儀），如果不需要模擬信號，多點系統中的一對電纜線上最多可以連接15個從設備。
物理層
物理層規定了信號的傳輸方法、傳輸介質。采用Bell202標準的FSK頻移鍵控信號，在低頻的4～20mA模擬信號上疊加一個頻率數字信號進行雙向數字通信。數字信號的幅度為0 . 5 m A ，數據傳輸率為1200bps，1200Hz代表邏輯“1”，2200Hz代表邏輯“0”。數字信號波形如左圖所示。

數據鏈路層
數據鏈路層規定HART協議幀的格式，可尋址范圍0～15，“0”時，處于4～20mA及數字信號點對點模式，現場儀表與兩個數字通信主設備（也稱作通信設備或主設備）之間采用特定的串行通信，主設備包括PC機或控制室系統和手持通信器。單站操作中，主變量（過程變量）可以以模擬形式輸出，也可以以數字通信方式讀出，以數字方式讀出時，輪詢地址始終為0。也就是說，單站模式時數字信號和4～20mA模擬信號同時有效。
“1～15”處于全數字通信狀態，工作在點對多點模式，通信模式有“問答”式、“突發”式(點對點、自動連續地發送信息)。按問答方式工作時的數據更新速率為2～3次／s，按突發方式工作時的數據更新速率為3～4次／s。
在本質安全要求下，只使用一個電源，至多能連接15臺現場儀表，每個現場設備可有256個變量，每個信息最大可包含4個變量。這就是所謂的多點（多站）操作模式。這種工作方式尤其適用于遠程監控，如管道系統和油罐儲存場地。
采用多點模式，4～20mA的模擬輸出信號不再有效（輸出設在4mA使功耗最小，主要是為變送器供電，各個現場裝置并聯連接 ），系統以數字通信方式依次讀取并聯到一對傳輸線上的多臺現場儀表的測量值（或其它數據）。如果以這種方式構成控制系統，可以顯著地降低現場布線的費用和減少主設備輸入接口電路，這對于控制系統有重要價值。
HART協議根據冗余檢錯碼信息，采用自動重復請求發送機制，消除由于線路噪聲或其他干擾引起的數據誤碼，實現數據無差錯傳送。
能利用總線供電，可滿足本質安全防爆要求。HART協議信息幀的格式如下圖所示。
HART協議的幀格式以8位為一個字節進行編碼，對每個字節加上一個起始位、一個奇偶校驗位和一個停止位以串行方式進行傳輸。通常采用UART（通用異步接收/發送器）來完成字節的傳輸。由于數據的有無和長短不恒定，所以HART數據的長度不能超過25個字節。
　消息結構
　　如下所示，一條消息包括源地址、目的地址和一個校驗位。每一個應答消息中包括現場設備狀態，用于確保持續通訊的順暢進行。數據位可有可無，視具體情況而定。一般每秒種可以傳輸2～3條消息。
PREAMBLE     START        ADDR        COM          BCNT        STATUS        DATA          PARITY
序文        定界符        地址         命令號       數據長度      響應碼       數據字節       奇偶校驗
（導言字節）  （起始字節）  （地址字節）   （命令字節）   （字節數）   （狀態字節）   （通信數據）   
　　HART5．0以前版本的設備一般采用“短結構”，單一的現場設備如果只利用4～20 mA電流信號進行測量時，從設備的地址都是0；否則，對于多設備而言，從設備的地址是從1～15，這種短結構的地址采用“隨選”的方法，隨機分配1～15中的一個。HART5．0版本推出了“長結構”，這種格式的從設備地址具有獨一無二性，如同每個網卡中物理地址一樣，全世界范圍內都沒有重復，一般占5個地址字節中的38位。這38位地址信息包含了生產廠家的代碼、設備型號碼和設備識別碼。這種格式減少了誤傳輸和誤接收的可能性?，F在大多數主機設備既能支持長結構又兼容短結構，當從機的應答信號中沒有“唯一”標識碼時，HART5．0及其以上的版本提供的0號命令，就可以用于短幀中的設備地址識別。也就是說，主機將根據應答信號中是否具有“惟一”標識碼來決定結構格式為“長”還是“短”。   一般消息幀的組成，其中：
　?。?）PREAMBLE　導言字節，一般是5～20個FF十六進制字節。他實際上是同步信號，各通訊設備可以據此略做調整，保證信息的同步。在開始通訊的時候，使用的是20個FF導言，從機應答0信號時將告之主機他“希望”接收幾個字節的導言，另外主機也可以用59號命令告訴從機應答時應用幾位導言。
　?。?）START　起始字節，他將告之使用的結構為“長”還是“短”、消息源、是否是“突發”模式消息。主機到從機為短結構時，起始位為02，長幀時為82。從機到主機的短結構值為06，長結構值為86。而為“突發”模式的短結構值為01，長結構為81。一般設備進行通訊接收到2個FF字節后，就將偵聽起始位。
　　（3）ADDR　地址字節，他包含了主機地址和從機地址，如前所述，短結構中占1字節，長結構中占5字節。無論長結構還是短結構，因為HART協議中允許2個主機存在，所以我們用首字節的最高位來進行區分，值為1表示第一主機地址，第二主機用0表示。“突發”模式是特例，0，1值將交替出現，也就是說，在該模式下，賦予2個主機的機會均等。次高位為1表示為“突發”模式，短結構用首字節的0～4位表示值為0～15的從機地址，第5，6位賦0；而長結構用后6位表示從機的生產廠商的代碼，第2個字節表示從機設備型號代碼，后3～5個字節表示從機的設備序列號，構成“唯一”標志碼。