PROFIBUS—DP智能从站的研究设计

迈肯思工控
发布时间:2019-11-27
O 引言
   
现场总线技术是实现现场级设备数字的工业现场层网络通信技术,它具有较强的现场信息集成能力,组成的系统可靠性高、可维护性好,而且总线协议是开放的。PROFIBUS现场总线是一种国际化的、开放的、不依赖于设备生产商的现场总线标准。它广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。PROFIBUS由三个兼容部分组成:PROFIBUSFMS、PROFIBUSDP、PROFIBUSPA。DP主要用于现场级的高速数据传输(9.6kbit/S~12Mbit/s),解决自动控制系统通过高速串行总线与分散的现场设备之间的通信任务,传输技术主要用RS485,PROFIBUS-DP的通信任务是由一些固定服务(SAP)来完成的。DP从站能够接PROFIBUS的PLC或PC主站的控制数据,构成一个数字化、智能双向、多点的现场总线通信网络,实现最优控制;而且DP智能从站执行器具有可靠性高、性价比高等特点,因此开发智能化DP从站具有巨大的前景。

1 SPC3的基本特性
    SPC3是SIEMENS公司开发的一种用于PROFIBUS-DP智能从站的专用芯片,集成了(RS-485)物理层、现场总线数据链路层、DP从站用户接口以及部分现场总线管理(FMA),与其相连的MCU或MPU只需少量的软件工作即可实现PROFIBUS-DP智能从站通信功能。
    SPC3的内部结构如图1所示。

    SPC3的控制核心是微序列器(MS,micmxequencer),它控制整个SPC3的工作过程。在芯片进入通信工作以前,需要外接CPU对参数寄存器、方式寄存器等进行必要的参数设置。SPC3还集成有双端口RAM,可以与外部直接交换数据。SPC3为外部访问提供了两种模式:地址数据总线复用模式和地址数据总线非复用模式。SPC3自动建立PROFIBUS-DP通信的服务存取点(SAP),不同报文数据对应不同的缓冲。DP输入数据、DP输出数据都具有三级缓冲,其中总有一级缓冲面向通信。诊断数据有二级缓冲,其中一级缓冲始终用于存放更新的诊断数据。
    SPC3支持多个中断,具有中断屏蔽和中断指示功能,多个中断使用统一外部输出。SPC3具有内部集成的看门狗定时器,其操作于三种不同的状态:比特率搜寻、比特率控制和DP控制。SPC3的UART接口能够自动识别总线的比特率(9.6kb/s~12Mb/s)。在任意时刻都可以通过查看SPC3状态寄存器知道MAC状态。SPC3的空闲定时器直接控制总
线时间。


2 微处理器与SPC3之间的接口设计
2.1 硬件设计
    CPU使用AT89S.52,它是采用先进的CMOS工艺制造的8位微控制器。它具有并行可编程功能的非易失性FLASH存储器,是80C51的派生器件。该控制器具有运算速度快、兼容MCS5l指令集的特点,可以闪速可编程、可擦除。它有三个16位定时/计数器。由于AT89C52内部集成有8kB的Flash,因此本设计不需另外扩展ROM即可进行内部加密。CPU与SPC3的接口电路如图2所示。对AT89S52而言,SPC3相当于它扩展的一个外部RAM。而且,SPC3有内部地址解码电路。所以,AB8~ABl0接地。此时D137一DB0是数据地址复用总线。可以产生低8位的数据和地址,高4位地址由AB0~AB3产生,AB4~AB7产生SPC3的片选信号。只有AB4~AB7同时为0时才选中SPC3。在图2中,SPC3的片选信号是1000H,SPC3的内部RAM位于1000H~15FFH单元。

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