基于16位DSP的PROFIBUS-DP從站系統設計

核心器件的選擇

SPC3協(xié)議芯片

SPC3是專(zhuān)用于從站開(kāi)發(fā)的智能通訊芯片，它支持PROFIBUS-DP協(xié)議。圖1為SPC3結構圖，其主要性能如下：44腳、PQFP封裝；在PROFIBUS上自動(dòng)檢測波特率，自9. 6kbps至12Mbps；RS-485傳輸；完整的PROFIBUS-DP協(xié)議；內部集成監視定時(shí)器；5V DC電源。

圖1　SPC3結構圖

SPC3內部集成了1. 5KB的雙口RAM，其地址空間從00H到5FFH。內部以8字節為一單元，分為192個(gè)段。根據功能可分為3個(gè)區域：
00H到015H為方式設定和狀態(tài)指示寄存器區。016H到03FH為參數配置區，各種BUF的指針與長(cháng)度在此區域設置。040H到5FFH為用戶(hù)區，用來(lái)接收來(lái)自IO應用和主站的數據。這些BUF的配置，包括BUF的長(cháng)度和初始地址必須在SPC3的“離線(xiàn)”狀態(tài)下完成；在操作過(guò)程中除輸入輸出BUF的長(cháng)度可變外，其他的配置不能更改。此外，SPC3內部還集成了一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可工作于3種不同的狀態(tài)：波特率監測、波特率控制和DP控制。

TMS320F206

TMS320F206是16位定點(diǎn)DSP，運算速率為40MIPS。它采用靜態(tài)CMOS集成電路工藝制造，其結構以‘C5x為基礎，采用改進(jìn)的哈佛結構，有一條程序總線(xiàn)和3條數據總線(xiàn)，流水線(xiàn)操作，有并行32bit算術(shù)邏輯單元、16×16bit并行的硬件乘法器、片內存貯器、片內外設和高度專(zhuān)業(yè)化的指令集。片內資源還有:內部時(shí)鐘發(fā)生器，可外接時(shí)鐘源進(jìn)行×1、×2、×4和/2來(lái)產(chǎn)生CPU時(shí)鐘；片內還有RAM4.5KB， FLASH32KB，能夠適合于許多工程應用， 32KB FLASH可作為程序存貯器，給系統的設計和程序的調試帶來(lái)很大的方便;3個(gè)外部中斷INT1、INT2、INT；1個(gè)同步串口和一個(gè)異步串口；1個(gè)軟件可編程定時(shí)器；4個(gè)獨立可編程的I/O引腳，1個(gè)輸出引腳XF和1個(gè)輸入引腳B IO；JTAG掃描仿真接口，用來(lái)實(shí)現在線(xiàn)仿真測試。

硬件系統構成

圖2 為PROFIBUS-DP 從站的硬件框圖，系統由MAX125、TMS320F206、SPC3、EPM7128SQC100、DS1286、HK1225、外部RAM以及地址撥碼開(kāi)關(guān)組成一個(gè)PROFIBUS-DP從站，用于鐵路信號電源故障的診斷。三相交流電壓和電流信號經(jīng)MAX125同步采樣，DSP通過(guò)一定的算法進(jìn)行數據處理和數據運算，再綜合相關(guān)開(kāi)關(guān)量信號情況作出診斷，對電力設備進(jìn)行控制。同時(shí)將根據PROFIBUS主站的要求把必要的數據與故障信息通過(guò)協(xié)議芯片SPC3傳送至主站。主站也通過(guò)SPC3對從站進(jìn)行設置和電力設備的遠程控制。

圖2　硬件電路圖

設計中8位的SPC3使用TMS320F206的低8位數據線(xiàn)，并將其映射到全局數據空間;同時(shí)也將DS1286、HK1225數字輸入和數字輸出映射到全局數據空間。這樣，DSP對它們的操作，就象操作外部RAM那樣簡(jiǎn)便。程序設計中16位的DSP對SPC3、DS1286、HK1225進(jìn)行寫(xiě)操作時(shí)，先寫(xiě)低8位再寫(xiě)高8位。
系統軟件實(shí)現

PROFIBUS-DP 從站(即故障診斷的終端單元) 主要完成數據采集、數據處理、故障判斷以及將必要的電能參數與故障信息根據主站的要求傳送到主站，同時(shí)主站能夠對從站進(jìn)行賦值。