profibus现场总线智能从站通信接口设计

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1、Profibus现场总线智能从站通信接口设计 (2008/4/315:32)本文关键字: ASIC1,监测2,电缆1,网络2,双绞线11　引　言Profibus技术以其卓越的性能在全世界赢得了广泛的用户群。Profibus技术及其产品已经进入中国，在我国的制造业、流程工业、冶金、电力、交通、水利、食品加工、环保、楼宇和铁路自动化领域都有应用实例。国外先进技术和产品进入中国市场在一定程度上带动了我国仪表技术的发展。我国参与Profibus总线技术研究开发应用的企业和科研机构有二十多家[3]。研究Profibus总线协议和开发

2、技术，开发Profibus产品，在中国的市场有着较大的发展前途。Profibus总线标准包括3个方面内容：FMS，DP，PA;适用于不同的应用领域。DP是目前欧洲乃至全球应用最广泛的总线系统;安装简单、拓扑结构多样、易于实现冗余、通信实时可靠、功能比较完善，卓越的性能使得它适用于各种工业自动化领域，DP协议规定了用户数据怎样在总线各站之间进行传递，而DP行规具体说明用户数据的含义，并规定了DP如何在应用领域使用。利用行规，设备操作者和最终用户可以互换不同生产厂商生产的设备，甚至还允许互换不同厂商生产的部件，这大大降低了用户

3、的工程和维护成本。DP从站只使用了DP协议的很小一部分，开发起来十分经济。2　智能从站通信接口芯片SPC3Profibus的通信协议比较复杂。从原则上讲，它可以在任何微处理器上由软件实现，只需安装异步串行收发器(UART)。但现在开发人员只要使用专用的通信处理芯片，完全可以将复杂协议撇开。Profibus通信协议芯片已形成广泛系列，使用这些协议芯片使Profibus协议的具体实现简单、方便、省时、省力，还可达到快速提供产品的目的。适合于智能从站的ASIC种类较多，如IAM公司的PBS，Motorola公司的68302、68

4、360，SIEMENS公司的SPC4、SPC3，VIPA公司的VPC3+、VPM2L等，其中的SPC3通信协议芯片比较有代表性。想利用其它芯片的开发人员可以参考Profibus组织的网站。SPC3的内部结构示意图见图2—1。SPC3集成了DP协议中的FDL层，可以承担通信部分的微处线接口是个可参数化的同步/异步8位接口，适合于Motorola和Intel的微控制器/处理器。内部集成了1.5K的双口RAM，整个RAM采用8字节的段结构方式，分成192段，所有需要分配地址的BUF指针，必须指向段的开头。DP通信的服务存取点由S

5、PC3自动建立，各种报文信息呈现在用户面前的是不同BUF的内部数据。用户可以通过总线接口访问SPC3内部RAM。SPC3内部集成一个看门狗定时器，操作于3种不同的状态：波特率监测，波特率控制和DP控制。内部的UART实现串并数据流的相互转变，SPC3可以自动标识总线的波特率(9.6K～12M)。空闲定时器控制串行总线电缆上的总线定时。微序列器(MS，MicroSequencer)控制整个SPC3的工作过程。在SPC3的内部1.5KRAM中，自己用到了64个字节。这64个字节大多需要用户设定，如中断屏蔽字、硬件模式寄存器0和

6、1、各种BUF长度和指针、标识字等;还有一部分是SPC3的各种状态指示用寄存器，如中断字、输入BUF状态、输出BUF状态、诊断BUF状态等。还有些寄存器在写入时作为工作模式设定寄存器，而读出时作为状态指示用寄存器，如中断请求寄存器。RAM的其它1472个字节是提供给各种BUF的空间。SPC3具有3个输入BUF，3个输出BUF，2个诊断BUF，2个辅助BUF，1个配置BUF，1个参数BUF和1个地址设置BUF。当SPC3工作前，过程特定的参数(如站地址、标识号、各种控制位等)要输入到特定的寄存器单元之后SPC3才能正常。(具

7、体的过程见SPC3初始化程序)3　通信接口的硬件设计SPC3可以与各种的微处理器连接使用，如Mo-torola的HC11、HC16及HC916，Intel的51、96系列。总线接口单元形成SPC3到各种微处理器的接口，它是一个有11条地址线的8位数据接口，可以通过配置与上述两种类型的处理器匹配。配置是借助于SPC3的两个输入引脚——XINT/MOT和MODE进行的。XINT/MOT表示Intel和Motorola芯片类别。MODE表示SPC3的工作模式，包括同步和异步。工作于同步模式时，SPC3的XREADY(请求外部等待

8、)引脚无效。开发中使用的微处理器是80C196，其与SPC3的接口电路如图3—1。应当注意的是SPC3在使用Intel芯片并工作于同步模式时，内部有自己的地址锁存及解码电路，所以CPU的低8位地址线不经过573锁存器直接与SPC3连接(低8位地址线与8位数据线分时共用传输线)。而CPU的高8位地址线直接