基于VPC3的PROFIBUS－DP智能從站設計

ROFIBUS－DP作為—種國際標準現場(chǎng)總線(xiàn)，以其靈活性、可靠性等優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內得到了廣泛的應用，是一種高性能的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò )。但不是所有的控制設備都能接入到總線(xiàn)中，必須通過(guò)智能從站 接口裝置實(shí)現，通過(guò)智能從站的拜發(fā)，可以把非總線(xiàn)的電子設備接入到總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中。目前，我國對于PROFIBUS－DP的應用和研究主要以國外大公司的成套設備為主，而自主研究開(kāi)發(fā)通信接口的卻比較少 。雖有公司針對PROIFBUSDP協(xié)議轉換問(wèn)題已開(kāi)發(fā)出相應網(wǎng)關(guān)類(lèi)產(chǎn)品，但價(jià)格昂貴，與實(shí)際應用有一定距離，因此深入研究該技術(shù)對該技術(shù)的國產(chǎn)化有非?，F實(shí)的意義。

　　開(kāi)發(fā)方案的選用

　　PROFIBUS－DP是開(kāi)放的、 無(wú)知識產(chǎn)權倮護的標準。原則上，PROFIBUS DP協(xié)議在任何微處理器上都可以實(shí)現，在微處理器內部或外部安裝異步串行通信接口（UART）即可完成?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，目前在 拜發(fā)PROFIBUS－DP從站時(shí)有以下方案可供選擇：（1）單片機＋軟件的解決方案；（2）單片機＋PROFIBUS通信專(zhuān)用芯片的解決方案；（3）采用專(zhuān)用拜發(fā)工具。其中以方案2最為方便。

　　本文采用單片機加PROFIBUS－DP通信專(zhuān)用芯片的解決方案。其中微控制器的選取是實(shí)現智能從站開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，因為DP智能從站的控制芯片需要有足夠大的RAM來(lái)配置VPC3及實(shí)現數據交換，并且也需要較 高的運行速率。我們選取Cygnal公司推出的完全集成的混合信號系統級芯片C8051F020，其突出的優(yōu)點(diǎn)是具有很高的運算速度，非常合適拜發(fā)PROFIBUS－DP從站。VPC3芯片是VIPA公司為優(yōu)化的智能 PROFIBUSDP從站提供的專(zhuān)用芯片，集成了PROFIBUS－DP協(xié)議，可以替代西門(mén)子SPC3，同時(shí)具有工作電壓低、RAM大等優(yōu)點(diǎn)，具有很高的性?xún)r(jià)比。

　　硬件電路設計

　　硬件電路主要采用VIPA的PROFIBUS－DP協(xié)議芯片VPC3和CygnalC8051單片機。C805l器件是完全集成的混合信號系統級芯片，具有64個(gè)數字IJO引腳。兼容的CI-51內核，4352（4096＋156）字節（B）的片 內RAM，可尋址64k字節地址空間的外部數據存儲器接口特別適合本設計使用。工作過(guò)程單片接口轉換電路機自動(dòng)識別不同的非總線(xiàn)設各，把數據交換到VPC3里，由VPC3負責協(xié)議的轉換，把轉換后的數據 傳送到總線(xiàn)里。整個(gè)過(guò)程可是逆的。所有功能的實(shí)現由我們固化在單片機里的程序實(shí)現。同時(shí)實(shí)現自適應功能，即自動(dòng)識別不同的非總線(xiàn)帶通訊的控制設備。

　　VPC3是用于從站開(kāi)發(fā)的智能通信芯片，它支持PROFIBUS－DP協(xié)議。VPC3內部集成4kB的雙口RAM。內部鎖存器／寄存器位于前2 1個(gè)地址單元，主要包括：方式寄存器l、0，中斷控制寄存器，狀態(tài)寄存器 以及輸入、輸出緩沖器和診斷緩沖器各自的狀態(tài)寄存器。組織參數位于RAM中從16H開(kāi)始的單元。整個(gè)緩沖器結構（屬于DP－SAPS）就是基于這些參數來(lái)寫(xiě)的。此外，普通參數在這些單元設置數據（包括站 地址、地址允許改變、用戶(hù)看門(mén)狗值和設備標識號等），狀態(tài)顯示存儲在這些單元（通用控制命令等）。

　　PROFIBUS－DP智能轉換接口的主要功能是利用VPC3協(xié)議芯片作為數據采集和發(fā)送單元實(shí)現與PROFIBUS－DP現場(chǎng)總線(xiàn)之間的通信，從而能使用戶(hù)數據傳送到主站并接收來(lái)自主站的數據。DP智能轉換接口 用C8051作為處理器單元管理通信事務(wù)，VPC3協(xié)議芯片則完成數據的轉換和收發(fā)功能。擴展的數據存儲器完成數據的存儲和處理功能，C8051與VPC3之間通過(guò)雙口RAM交換數據，VPC3的雙口RAM在C8051地址 空間中統一分配地址，C8051將VPC3的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過(guò)P6和P7口與雙口RAM連接，P6口作為數據線(xiàn)和低8位地址線(xiàn)，P7口作為高8位地址線(xiàn)。從站接口的總體設計方案，我們采用C8051作為 主控芯片，結合PROFIBUS－DP從站接口芯片VPC3以及ADM248*85接口芯片設計了整體的解決方案。

　　因為C8051和VPC3＋均為3．31／供電，所以可以直接連接。對于C8051來(lái)說(shuō)VPC3就是它的一個(gè)外置RAM。SPC3有內部地址解碼電路，所以ABS～AB10接地。此時(shí)DB7～DB0是數據地址復用總線(xiàn)，可以產(chǎn)生低8位的數據和地址，高4位地址由AB0～AB3產(chǎn)生，AB4～AB7嚴生SPC3的片選信號，只有AB4～AB7同時(shí)為0時(shí)才選中SPC3。單片機P7口的P7.0 ～P70.7接VPC3的DB0～DB7端，既作為VPC3的數據線(xiàn)，也作為VPC3地址總線(xiàn)的低8位。P7口作為數據線(xiàn)和低8位地址線(xiàn)，P6口作為高8位地址線(xiàn)C8051。P6口的P6.0～P6.2接VPC3的AB0～AB2端， 作為VPC3地 址總線(xiàn)的高3位，同時(shí)要使VPC3的高5位AB7…3＝00000。在軟件程序的設計中，VPC3的數據存儲器的地址區被強制在1000H～15FFH，這要求P7.7～7.4＝0001， 要想AB4仍為0，必須將P6.0通過(guò)一個(gè)非門(mén)MM74HC接VPC3的AB4端。在實(shí)際電路中，VPC3的AB8～10通過(guò)一個(gè)接地電阻接地，使得AB8..10=000，AB3接P6.3始終給出低電平信號即AB3＝0，AB4的輸入端通過(guò)非門(mén)MM74HC接P6． 4，只要P*始終為1，從而保證VPC3的數據存儲器的地址范圍為1000H～15FFH。

　　現場(chǎng)總線(xiàn)接口電路是VPC3與現場(chǎng)總線(xiàn)側連接的電路，因為Profibus－DP可以達到12Mbit／s的速率，因此對已接口電路的要求是非常高的。在此我們選用Profibus接口專(zhuān)用芯片AMD2486，ADM2486是ADI 公司生產(chǎn)的半雙工、隔離RS－485收發(fā)器。其內部含有倮護隔離電路，減少了硬件電路的布線(xiàn)，提高了通信的穩定性。