PROFIBUS―DP智能從站的研究設(shè)計(jì)
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現(xiàn)場總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場級設(shè)備數(shù)字的工業(yè)現(xiàn)場層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它具有較強(qiáng)的現(xiàn)場信息集成能力，組成的系統(tǒng)可靠性高、可維護(hù)性好，而且總線協(xié)議是開放的。PROFIBUS現(xiàn)場總線是一種國際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS由三個兼容部分組成：PROFIBUSFMS、PROFIBUSDP、PROFIBUSPA。DP主要用于現(xiàn)場級的高速數(shù)據(jù)傳輸(9．6kbit／S～12Mbit／s)，解決自動控制系統(tǒng)通過高速串行總線與分散的現(xiàn)場設(shè)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)來完成的。DP從站能夠接PROFIBUS的PLC或PC主站的控制數(shù)據(jù)，構(gòu)成一個數(shù)字化、智能雙向、多點(diǎn)的現(xiàn)場總線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制；而且DP智能從站執(zhí)行器具有可靠性高、性價比高等特點(diǎn)，因此開發(fā)智能化DP從站具有巨大的前景。
1 SPC3的基本特性
SPC3是SIEMENS公司開發(fā)的一種用于PROFIBUS-DP智能從站的專用芯片，集成了(RS-485)物理層、現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層、DP從站用戶接口以及部分現(xiàn)場總線管理(FMA)，與其相連的MCU或MPU只需少量的軟件工作即可實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP智能從站通信功能。
SPC3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。
SPC3的控制核心是微序列器(MS，micmxequencer)，它控制整個SPC3的工作過程。在芯片進(jìn)入通信工作以前，需要外接CPU對參數(shù)寄存器、方式寄存器等進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置。SPC3還集成有雙端口RAM，可以與外部直接交換數(shù)據(jù)。SPC3為外部訪問提供了兩種模式：地址數(shù)據(jù)總線復(fù)用模式和地址數(shù)據(jù)總線非復(fù)用模式。SPC3自動建立PROFIBUS-DP通信的服務(wù)存取點(diǎn)(SAP)，不同報文數(shù)據(jù)對應(yīng)不同的緩沖。DP輸入數(shù)據(jù)、DP輸出數(shù)據(jù)都具有三級緩沖，其中總有一級緩沖面向通信。診斷數(shù)據(jù)有二級緩沖，其中一級緩沖始終用于存放更新的診斷數(shù)據(jù)。
SPC3支持多個中斷，具有中斷屏蔽和中斷指示功能，多個中斷使用統(tǒng)一外部輸出。SPC3具有內(nèi)部集成的看門狗定時器，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接口能夠自動識別總線的比特率(9．6kb／s～12Mb/s)。在任意時刻都可以通過查看SPC3狀態(tài)寄存器知道MAC狀態(tài)。SPC3的空閑定時器直接控制總
線時間。
2 微處理器與SPC3之間的接口設(shè)計(jì)
2．1 硬件設(shè)計(jì)
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(yùn)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16位定時／計(jì)數(shù)器。由于AT89C52內(nèi)部集成有8kB的Flash，因此本設(shè)計(jì)不需另外擴(kuò)展ROM即可進(jìn)行內(nèi)部加密。CPU與SPC3的接口電路如圖2所示。對AT89S52而言，SPC3相當(dāng)于它擴(kuò)展的一個外部RAM。而且，SPC3有內(nèi)部地址解碼電路。所以，AB8～ABl0接地。此時D137一DB0是數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線。可以產(chǎn)生低8位的數(shù)據(jù)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同時為0時才選中SPC3。在圖2中，SPC3的片選信號是1000H，SPC3的內(nèi)部RAM位于1000H～15FFH單元。
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