引言
國際電工委員會IEC在2000年1月4日投票通過了現(xiàn)場總線IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)，IEC61158包括了7種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，PROFIBUS作為類型3正式加入IEC61158。PROFIRUS協(xié)議的結(jié)構(gòu)是以ISO7498國際標(biāo)準(zhǔn)開放式系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)參考模型OSI為基礎(chǔ)的。
PRO FIBUS由二三部分組成：PROFIBUS·FMS、PROFIBus-DP和PROFIBUS—PA。FMS主要用于車間級控制網(wǎng)絡(luò)，是一種令牌結(jié)構(gòu)和實(shí)時多主網(wǎng)絡(luò)，DP是一種高速的低成本通信連接，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式通信；PA是專為過程化而設(shè)計的，具有本征安全規(guī)范。在這里，主要介紹PROFIBUS-DP(Distributed Process)協(xié)議。 PROFIBUS—DP使用了0SI參考模型的第一層、第二層和用戶接口，第三層到第七層未定義。PROFIBUS—DP主要應(yīng)用于傳感器和執(zhí)行器級的高速數(shù)據(jù)傳輸．它以DlN 19245的第一部分為基礎(chǔ)，主站周期性地讀取從站的輸入信息并周期地向從站發(fā)送輸出信息。它的響應(yīng)時何從幾百μ s～幾百m s，數(shù)據(jù)傳輸速率為9 6 k b p s～12Mbps，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個報文多達(dá)244字節(jié)．傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纖等。
本文主要討論采用slemens的從站協(xié)議芯片開發(fā)智能從站的方法．智能從站的框圖如圖l所示。其中包括微控制器、看門狗及EEPROM、SPC3、光電隔離、驅(qū)動器和撥碼開關(guān)等。
1 SPC3協(xié)議專用芯片
1．1 SPC3主要技術(shù)指標(biāo)
◇支持PROFIBUS—DP協(xié)議；
◇最大數(shù)據(jù)傳輸速率12Mbps，可自動檢測并調(diào)整數(shù) 據(jù)傳輸速率；
◇與80c32、80X86、80C165、80C166、80C167和HCII、HCl6、HC916系列芯片兼容；
◇44引腳的PQFP封裝；
◇可獨(dú)立處理PROFIBUS—DP通信協(xié)議．
◇集成的看門狗(WDT)．
◇外部時鐘接口24MHz或48MHz；
◇5V直流供電。
1．2 SPC3內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹
SPC3是用于從站開發(fā)的智能逋信芯片．它支持PROFIBUS-DP協(xié)議。SPC3內(nèi)部集成了1.5KB的雙口RAM。內(nèi)部鎖存囂／寄存器位于前21個地址單元。主要包括方式寄存器l、0．中斷控制寄存器．狀態(tài)寄存器以及輸入、輸出緩沖器和診斷緩沖器各宦的狀態(tài)寄存器。
組織參數(shù)位于RAM中從1 6H開始的單元。整個緩沖器結(jié)構(gòu)(屬于DP—sAPs)就是基于這些參數(shù)來寫的。此外，普通參數(shù)在這些單元設(shè)置數(shù)據(jù)(包括站地址、地址允許改變、用戶看門狗值和設(shè)備標(biāo)識號等)．狀態(tài)顯示存儲在這些單元(通用控制命令等)。
用戶緩沖器區(qū)域位于從40H開始的單元。其中，方式寄存器O設(shè)置PROFlBUS—DP的操作方式，如SYNC、FREEZE等。方式寄存器0必須在離線狀態(tài)進(jìn)行賦值，一旦上電，就不能修改。方式寄存器1在上電后可對每個位進(jìn)行置位和復(fù)位。
SPC3有1 4個中斷源．各個中斷源沒有優(yōu)先級-而是通過中斷屏蔽寄存器和中斷響應(yīng)寄存器來實(shí)現(xiàn)中斷的。但“新參數(shù)數(shù)據(jù)“中斷和“新配置數(shù)據(jù)”中斷可以不用中斷響應(yīng)寄存器響應(yīng)。中斷信號的極性由用戶設(shè)定。
診斷分為外部診斷和狀態(tài)診斷。若是外部診斷，用戶必須在從第7字節(jié)開始的單元中寫入用戶數(shù)據(jù)。若是狀態(tài)診斷，則只需在第l字節(jié)寫入00H．而不必填寫從第7字節(jié)開始的用戶數(shù)據(jù)。
從站地址號可以是固定的，也可以由主站設(shè)置。若設(shè)站地址號不能改變，則在初始化階段，令“Real—No—Add—change=0FFH" "R-SSA BUF-PTR=00H”。
用戶看門狗計數(shù)器是l 6位的內(nèi)部存儲器單元， 初始值由R user Wd_Value單元給定。每接收1個數(shù)據(jù)報文，計數(shù)器減l。當(dāng)減到0000H時，SPC3就進(jìn)入“等待參數(shù)化”狀態(tài)，DP狀態(tài)機(jī)執(zhí)行“離開主站”命令。
另外SPC3內(nèi)部還集成了1個看門狗計數(shù)器．可工作于3種不同的狀態(tài) 波特率監(jiān)測、波特率控制和DP控制。SPC3能自動標(biāo)識總線波特率（9.6kbps～12Mbps）。
1.3 SPC3硬件電路設(shè)計
CPU使用AT89S52，采用的是INTEL工作方式，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～AB10接地。此時DB7~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～l5FFH單元。本從站的開發(fā)采用的是匯編語言編程．占用的內(nèi)存單元少，不需擴(kuò)展外部RAM。如果使用C語言編程，則必須擴(kuò)展足夠的RAM或者使用帶有足夠RAM的CPU。
從圖2中可以看出，RS485總線驅(qū)動器一側(cè)與9針D型插鷹相連。另一側(cè)通過光耦與SPC3相連。目前，能滿足12M bp s波特率的驅(qū)動芯片有sN 6 5AL S1 7 6、SN65ALSI 176、SN75ASLl76、ADMl一485、SN65HVDl 176等，采用光電隔離主要是為了消除來自外界的干擾，能滿足12Mbps波特率的光耦有HCPL7 720、HCPL0720HCPL772l、HCPL072l、HCPL7710等。另外要求電源也要采取隔離措施．如加變壓器隔離或采用DC—DC模塊。
2 PROFIBUS—DP的狀態(tài)機(jī)
根據(jù)PROFIBUS—DP協(xié)議可知，PROFIBUS—DP的狀態(tài)機(jī)描述DP從站在每種情況下的行為以保證它符合一致性．SPC3內(nèi)部集成了狀態(tài)機(jī)．用戶對狀態(tài)機(jī)的控制是很有限的。PROFIBUS—DP的狀態(tài)機(jī)如圖3所示
