PROFIBUS—DP智能從站的研究設計
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現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)是實(shí)現現場(chǎng)級設備數字的工業(yè)現場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)，它具有較強的現場(chǎng)信息集成能力，組成的系統可靠性高、可維護性好，而且總線(xiàn)協(xié)議是開(kāi)放的。PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)是一種國際化的、開(kāi)放的、不依賴(lài)于設備生產(chǎn)商的現場(chǎng)總線(xiàn)標準。它廣泛適用于制造業(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。PROFIBUS由三個(gè)兼容部分組成：PROFIBUSFMS、PROFIBUSDP、PROFIBUSPA。DP主要用于現場(chǎng)級的高速數據傳輸(9．6kbit／S～12Mbit／s)，解決自動(dòng)控制系統通過(guò)高速串行總線(xiàn)與分散的現場(chǎng)設備之間的通信任務(wù)，傳輸技術(shù)主要用RS485，PROFIBUS-DP的通信任務(wù)是由一些固定服務(wù)(SAP)來(lái)完成的。DP從站能夠接PROFIBUS的PLC或PC主站的控制數據，構成一個(gè)數字化、智能雙向、多點(diǎn)的現場(chǎng)總線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現最優(yōu)控制；而且DP智能從站執行器具有可靠性高、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)，因此開(kāi)發(fā)智能化DP從站具有巨大的前景。
1 SPC3的基本特性
SPC3是SIEMENS公司開(kāi)發(fā)的一種用于PROFIBUS-DP智能從站的專(zhuān)用芯片，集成了(RS-485)物理層、現場(chǎng)總線(xiàn)數據鏈路層、DP從站用戶(hù)接口以及部分現場(chǎng)總線(xiàn)管理(FMA)，與其相連的MCU或MPU只需少量的軟件工作即可實(shí)現PROFIBUS-DP智能從站通信功能。
SPC3的內部結構如圖1所示。
SPC3的控制核心是微序列器(MS，micmxequencer)，它控制整個(gè)SPC3的工作過(guò)程。在芯片進(jìn)入通信工作以前，需要外接CPU對參數寄存器、方式寄存器等進(jìn)行必要的參數設置。SPC3還集成有雙端口RAM，可以與外部直接交換數據。SPC3為外部訪(fǎng)問(wèn)提供了兩種模式：地址數據總線(xiàn)復用模式和地址數據總線(xiàn)非復用模式。SPC3自動(dòng)建立PROFIBUS-DP通信的服務(wù)存取點(diǎn)(SAP)，不同報文數據對應不同的緩沖。DP輸入數據、DP輸出數據都具有三級緩沖，其中總有一級緩沖面向通信。診斷數據有二級緩沖，其中一級緩沖始終用于存放更新的診斷數據。
SPC3支持多個(gè)中斷，具有中斷屏蔽和中斷指示功能，多個(gè)中斷使用統一外部輸出。SPC3具有內部集成的看門(mén)狗定時(shí)器，其操作于三種不同的狀態(tài)：比特率搜尋、比特率控制和DP控制。SPC3的UART接口能夠自動(dòng)識別總線(xiàn)的比特率(9．6kb／s～12Mb/s)。在任意時(shí)刻都可以通過(guò)查看SPC3狀態(tài)寄存器知道MAC狀態(tài)。SPC3的空閑定時(shí)器直接控制總
線(xiàn)時(shí)間。
2 微處理器與SPC3之間的接口設計
2．1 硬件設計
CPU使用AT89S．52，它是采用先進(jìn)的CMOS工藝制造的8位微控制器。它具有并行可編程功能的非易失性FLASH存儲器，是80C51的派生器件。該控制器具有運算速度快、兼容MCS5l指令集的特點(diǎn)，可以閃速可編程、可擦除。它有三個(gè)16位定時(shí)／計數器。由于A(yíng)T89C52內部集成有8kB的Flash，因此本設計不需另外擴展ROM即可進(jìn)行內部加密。CPU與SPC3的接口電路如圖2所示。對AT89S52而言，SPC3相當于它擴展的一個(gè)外部RAM。而且，SPC3有內部地址解碼電路。所以，AB8～ABl0接地。此時(shí)D137一DB0是數據地址復用總線(xiàn)?？梢援a(chǎn)生低8位的數據和地址，高4位地址由AB0～AB3產(chǎn)生，AB4～AB7產(chǎn)生SPC3的片選信號。只有AB4～AB7同時(shí)為0時(shí)才選中SPC3。在圖2中，SPC3的片選信號是1000H，SPC3的內部RAM位于1000H～15FFH單元。
外接看門(mén)狗電路MAX705用于為微控制器提供保護，它能在單片機上電時(shí)可靠復位，并能在斷電時(shí)防止程序跑飛，從而避免SIKB中的數據被修改。另外，本系統也可采用手動(dòng)復位，以便在調試或出現故障時(shí)使整套系統同時(shí)復位。為了防止外界干擾對系統產(chǎn)生影響，單片機與下位機的通訊采用RS-485接口電路來(lái)進(jìn)行光耦隔離。其收發(fā)接口采用HCPL260l、DHCPL772l及SN75176等進(jìn)行隔離，以保證數據可靠傳輸，消除干擾。
2．2 軟件設計
對SPC3的軟件操作主要包括兩個(gè)部分：SPC3的初始化和SPC3的中斷處理。流程框圖如圖3。
SPC3的初始化程序應放在主程序的前面，而中斷處理程序完成CPU對SPC3中斷輸出的響應。SPC3上電復位之后。在正常工作之前必須進(jìn)行初始化，以配置各個(gè)寄存器。中斷處理程序用于處理SPC3發(fā)生的各種事件，這些事件包括：新的參數報文事件、全局控制命令報文事件、進(jìn)入或退出數據交換狀態(tài)事件、新的配置報文事件、新的地址設置報文事件、監測到波特率事件和看門(mén)狗溢出事件。數據輸入和輸出處理(輸入輸出相對于主站而言)及用戶(hù)診斷數據輸入可以放在應用程序主循環(huán)中。在一個(gè)應用循環(huán)中，由應用來(lái)刷新輸入BuF中的數據。保障所有輸入數據是最新的更新數據。而SPC3在接收到由Profibus主站傳送的不同輸出數據時(shí)，會(huì )產(chǎn)生輸出標志位(同樣位于中斷請求字單元)，CPU通過(guò)在應用循環(huán)中輪詢(xún)標志位來(lái)進(jìn)行接收主站數據。對于特定應用的診斷信息，需要實(shí)時(shí)傳遞到主站。主應用程序在應用循環(huán)中判斷是否有可用的診斷BUF存在，當有空閑BUF時(shí)，應用程序輸入診斷信息，并請求更新。對于實(shí)時(shí)性要求嚴格的系統，應采用中斷方式進(jìn)行輸出數據和診斷數據處理。
3 設備數據庫文件(GSD)
所謂GSD就是為了將不同的Profibus產(chǎn)品集成在一起而以電子設備數據庫文件方式提供的功能函數(如I／0點(diǎn)數診斷信息、波特率、時(shí)間監視等)。只有GSD文件在COMPROFIBUS組態(tài)軟件下才能對從站組態(tài)，否則主站無(wú)法識別從站。
3．1 GSD文件可以分為三個(gè)部分
1)一般規范。這部分包括生產(chǎn)廠(chǎng)商和設備的名稱(chēng)，硬件和軟件的版本狀況，支持的波特率一可能的監視時(shí)間問(wèn)隔以及總線(xiàn)插頭的信號分配；
2)與DP主站有關(guān)的規范。這部分包括只運用于DP主站的各項參數(如連接從站的最多臺數或上裝和下裝能力)。這一部分對從站沒(méi)有規定；
3)與DP從站有關(guān)的規范。這部分包括與從站有關(guān)的一切規范(如輸入/輸出通道的數量和類(lèi)型、中斷測試的規范以及輸入／輸出數據一致性的信息)。
3．2 GSD文件格式
GSD文件是一個(gè)普通的ASCII文本文件?？梢杂萌魏我环NASCII編輯囂編寫(xiě)，如計事本、UltraFMit等，也可使用Profibus用戶(hù)組織提供的編輯程序GSDEdit。但是其格式有嚴格的規定。GSD文件對每一種類(lèi)型的設備用一個(gè)確切定義的格式做全面的描述。GSD數據庫文件由生產(chǎn)廠(chǎng)家編寫(xiě)。具體的標準可以參照PROFIBUS-DP規范。
4 結論
本文詳盡地敘述了基于A(yíng)T89C52的智能芯片SPC3的設計使用方法，由于A(yíng)189C52沒(méi)有外擴ROM和RAM，而將程序直接放在其內部閃存中，因此，該方法具有外圍電路簡(jiǎn)單、與處理器并口兼容性好、時(shí)序控制簡(jiǎn)單易懂、可靠性和性?xún)r(jià)比都比較高等優(yōu)點(diǎn)。
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