由RS-232串口到PROFIBUS-DP總線(xiàn)的轉換接口設計

　　前言

　　PROFIBUS是一種國際化、開(kāi)放式、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動(dòng)化?；诂F場(chǎng)總線(xiàn)的控制系統要求現場(chǎng)儀表及設備必須具有現場(chǎng)通信能力，而我國目前的實(shí)際情況是：多數傳統儀表及現場(chǎng)設備并不具備現場(chǎng)總線(xiàn)接口，而完全使用國外進(jìn)口設備將會(huì )使系統成本過(guò)高。如何將大量的傳統儀器設備連接到PROFIBUS總線(xiàn)上，實(shí)現PROFIBUS主站與傳統設備之間通信數據透明傳送，成為廣大用戶(hù)急于要解決的問(wèn)題。如：具有RS-232接口的現場(chǎng)測量設備及儀表等，如何使其成為PROFIBUS總線(xiàn)上的一個(gè)從站。本文所講述的這個(gè)接口產(chǎn)品就是處理從RS-232到PROFIBUS-DP的協(xié)議轉換，起到一個(gè)橋的作用，我們稱(chēng)之為總線(xiàn)橋。

　　1.PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò )協(xié)議

　　PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是以ISO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進(jìn)行簡(jiǎn)化。它的三種模塊（FMS、DP和PA）可以適應不同的應用對象和通信速率方面的要求，開(kāi)放性也好。但它們均使用一致的總線(xiàn)存取協(xié)議，該協(xié)議是通過(guò)OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來(lái)實(shí)現的，它包括了保證數據可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報文處理。

　　數據鏈路層協(xié)議媒體訪(fǎng)問(wèn)控制（MAL）部分采用受控訪(fǎng)問(wèn)的令牌總線(xiàn)（TokenBus）和主從方式。其中令牌總線(xiàn)與局域網(wǎng)IEEE8024協(xié)議一致，令牌在總線(xiàn)上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線(xiàn)控制權，該主站依照關(guān)系表與從站或與其他主站進(jìn)行通信。主從方式用于主站和從站間通信，其工作特點(diǎn)是：總線(xiàn)上一個(gè)主站控制著(zhù)多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令（Command），從站給出響應（response）；從站可以連續發(fā)送多個(gè)幀，直到無(wú)信息發(fā)送、達到發(fā)送數量或被主站停止為止。數據鏈路中幀的傳輸過(guò)程分為三個(gè)階段：數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。PROFIBUS-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶(hù)層。該層定義了DP的功能、規范與擴展要求等。DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用RS-485傳輸技術(shù)。

2.RS-232設備通信協(xié)議

　　RS-232只是設備通信物理層的一個(gè)標準，因此PROFIBUS主站必須向RS-232設備傳送它能夠理解的數據，這就是RS-232設備的通信協(xié)議。所以，為實(shí)現PROFIBUS主站與RS-232設備的有效數據通信，PROFIBUS主站編程人員應該了解RS-232設備的通信協(xié)議。RS-232設備的通信協(xié)議通常有以下兩類(lèi)：

　?。?）具有應答關(guān)系和若干通信指令的通信協(xié)議

　　這是應用比較廣泛的通信格式，通信數據可以是ASIIC碼或二進(jìn)制數據。對于這種設備，既有發(fā)送又有接收。用戶(hù)在主

　　站編程，按照協(xié)議規定的報文格式將通信數據填入RS-232總線(xiàn)橋的PROFIBUS數據輸出區，通過(guò)所產(chǎn)生的中斷啟動(dòng)轉換接口將通信數據發(fā)送到設備，然后總線(xiàn)橋自動(dòng)轉入接收狀態(tài)。當總線(xiàn)橋數據全部接收完RS-232設備的回答報文數據后，將回答報文數據自動(dòng)填入PROFIBUS數據輸入區，這樣，PROFIBUS主站可以在PROFIBUS數據輸入區得到RS-232設備的回答報文數據。

　?。?）無(wú)應答關(guān)系、單純接收或發(fā)送數據（ASIIC碼或二進(jìn)制數據）的通信協(xié)議

　　此類(lèi)設備（如條碼掃描器）只通過(guò)RS-232接口向PROFIBUS主站發(fā)送數據，也有的設備（如顯示屏）只通過(guò)RS-232接收PROFIBUS主站發(fā)送的數據。PROFIBUS主站實(shí)現這類(lèi)簡(jiǎn)單通信協(xié)議的原理與第一種協(xié)議相同，只是不會(huì )出現沖突，編程更為簡(jiǎn)單。

　　3.RS232總線(xiàn)橋硬件設計

　　RS232總線(xiàn)橋系統框圖如圖1所示：

3.1SPC3說(shuō)明

　　西門(mén)子公司提供的SPC3是用于DP智能從站的協(xié)議專(zhuān)用芯片，也是本設計的關(guān)鍵器件。SPC3具有1.5K字節的報文幀存儲器、方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器及緩沖區等，各部分地址分配如表1。