FF现场总线硬件开发平台设计

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1、沈阳化工学院硕士学位论文FF现场总线硬件开发平台设计姓名：谷丽华申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：辛晓宁20031231机的通讯，在开发平台上设计了USB接口电路；同时，设计了RS232接口电路用以实现开发平台与其它平台或系统的通讯。利用平台上的与FPGA的接口，可进行部分FF现场总线SOC开发，另外，在开发板上设计了按键、显示、时钟、复位等必需的外围电路。在电路设计过程中，考虑到开发平台要实现的功能尽可能多，并且注意到功耗问题，因此，整个开发平台的布局及组织的难度大大增加了。本次设

2、计采用先进的ARM处理器和FB3050相结合设计圆卡，解决了ARM处理器和FB3050接口的驱动程序设计难题，并给出了完善的驱动程序，成为本文的一大亮点。本开发平台支持FF现场总线协议栈的开发，可移植嵌入式操作系统，还可通过USB接口与计算机进行通讯。利用USB接口可带电插拔、传输速度快的优点，可将总线上的数据通过USB接口传送到计算机上，在计算机上开发FF现场总线分析器软件，对现场总线上的数据流进行分析，解码，利用计算机显示屏进行滚动显示。在软件程序设计过程中，主要由以下几部分构成，一是USB接口程

3、序设计，包括计算机上的应用软件程序设计、固化到程序存储器中的固件程序以及USB接口驱动程序设计，这是本次设计中的难点之一。二是通讯圆卡的接收部分程序调试，主要是从总线上将数据准确无误地接收后，存储到外部存储器中，这里有一个中断处理速度问题，本文也给出了解决方案。三是现场总线分析器中协议分析部分，工作量极大，同样也要求速度快，因此在调试软件过程中，还要协调USB和FB3050两个中断源，处理好中断。在开发设计现场总线分析器软件时，主要是分为两个部分来进行的，一是驻留在通讯圆卡的FLASH中的下位机软件设

4、计，二是在计算机上应用VisualC++开发的显示及分析程序，二者通过USB接口进行通讯，由于USB设备不能做为通讯的主机，因此，每次传输数据都是从计算机开始的，增加了整个设计的难度。本文很好地解决了这一难题。本次设计首次将USB接口与现场总线圆卡相结合，是目前市场上所没有的，也成为本次设计的一个创新点。FF现场总线产品种类繁多，协议复杂，给产品的开发带来很大难度，本文根据现场总线协议要求进行了基于USB接口的FF现场总线通用开发平台的硬件设计，并在硬件平台的基础上进行了部分软件测试和设计，主要有以下

5、几项：1)、现场总线数据的正确接收和发送；2)、实现开发平台与计算机之间通过USB接口进行通讯：3)、开发平台之间通过AT91M42800A的SPI口进行通讯，为测试部分FF现场总线SOC功能，进行了一系列对SPI口的操作，测试了SPI主模式和从模式，取得良好的效果；4)、通过JTAG接口，可以对FPGA在线下载程序；5)、现场总线数据链路层的软件调试；6)、现场总线分析器的调试。总之，现场总线技术的出现，为过程控制的实现带来了许多便利。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计

6、算机局域网。智能化仪表代表着未来现场仪表的发展方向。开发平台的研发，有助于促进现场总线技术的推广，为现场总线控制系统的底层智能仪表开发提供理论和实践基础，从而为现场仪表的发展提供新的思路。关键词：基金会现场总线USB接口开发平台现场总线分析器沈阳化工学院硕士学位论文摘要摘要基金会现场总线(FF)是IEC61158现场总线标准中的一员，主要用于仪表行业。目前，现场总线核心技术多掌握在国外一些大公司的手中，我国现场总线研究还处于起步阶段。本文首先简单阐述了现场总线的特点及其优点，分析了现场总线控制系统的优

7、点，介绍了现场总线仪表的构成。然后根据基金会现场总线协议要求，详细分析了现场总线通用开发平台所需的硬件资源，提出一种开发设计方案，并根据需要，适当扩充了一些附加功能的开发，设计出一种基于USB接口的基金会现场总线通用硬件开发平台。在本次设计过程中，先后进行了开发平台的系统功能分析、硬件电路原理设计与调试、软件程序开发设计。在硬件设计过程中，详细分析了各个器件的选择原则，电路连接情况，以及在调试过程中应注意的问题等。在设计过程中，优先选择集成电路以提高系统的稳定性和可靠性。该开发平台以基于32位精简指令

8、集架构的单片机AT91M42800A作为核心器件，支持在线编程；现场总线控制器选择专用集成电路FB3050，实现现场总线物理层和部分数据链路层功能；为支持开发平台与计算机的通讯，在开发平台上设计了USB接口电路：同时，设计了RS232接口电路用以实现开发平台与其它平台或系统的通讯。利用平台上与FPGA的接口，可进行部分FF现场总线SOC开发，另外，在开发板上设计了按键、显示、时钟、复位等必需的外围电路。本开发平台支持FF现场总线协议栈软件的开发，可移植嵌