摘 要：本文設(shè)計(jì)了一種帶有RS232，RS422/485，Profibus-DP現(xiàn)場總線接口的電路，主要應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；Profibus；接口電路；RS422/485；RS232
1 引言
現(xiàn)場總線是用于過程自動(dòng)化、制造自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化等領(lǐng)域的現(xiàn)場智能設(shè)備互連通訊網(wǎng)絡(luò)。它作為工廠數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，溝通了生產(chǎn)過程現(xiàn)場及控制設(shè)備之間及其與更高控制管理層次之間的聯(lián)系。它不僅是一個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)，而且還是一種開放式、新型全分布控制系統(tǒng)，具有可靠性高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)、通訊速率快、系統(tǒng)安全符合環(huán)境保護(hù)要求、造價(jià)低、維護(hù)成本低等特點(diǎn)。這項(xiàng)以智能傳感、控制、計(jì)算機(jī)、數(shù)字通訊等技術(shù)為主要內(nèi)容的綜合技術(shù)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制系統(tǒng)中。
2 設(shè)計(jì)背景
在實(shí)際應(yīng)用中，由于應(yīng)用范圍不同以及所要達(dá)到的性能指標(biāo)高低要求不同等諸多原因，而存在著多種現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)。目前，國內(nèi)外應(yīng)用得比較廣泛的有RS232，RS422/485，Profibus，CAN，HART，LonWorks，F(xiàn)F，CEbus等。而國內(nèi)的實(shí)際情況是：RS232，RS422/485，Profibus，CAN最為普及，所使用的大部分終端設(shè)備具備現(xiàn)場總線通訊功能，但同時(shí)能支持多種總線標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備則比較少。這樣在控制系統(tǒng)中就會遇到一些問題，一方面，若在同一個(gè)控制系統(tǒng)有支持不同標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，那么它們之間的數(shù)據(jù)傳輸，互聯(lián)及系統(tǒng)集成就會比較困難，此時(shí)可以利用接口電路將不同的協(xié)議互相轉(zhuǎn)化成同一種協(xié)議。另一方面，有些設(shè)備只支持較低速的總線標(biāo)準(zhǔn)，在一些控制系統(tǒng)中無法滿足高速通訊的要求，不能很好的完成控制目的，甚至容易造成系統(tǒng)故障，對此，解決方法之一是更換設(shè)備，但所需成本較高，另外一種方法是利用接口電路將低速總線轉(zhuǎn)換成高速總線。因此，針對上述問題，考慮到國內(nèi)現(xiàn)場總線應(yīng)用的實(shí)際情況，本文設(shè)計(jì)了一種帶有RS232，RS422/485，Profibus-DP接口，支持多種總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線接口電路，能有效的完成控制系統(tǒng)中設(shè)備的互聯(lián)及系統(tǒng)集成。
3 電路設(shè)計(jì)
3.1硬件設(shè)計(jì)
本電路采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為四個(gè)模塊，主控模塊，RS232接口模塊，RS422/485接口模塊，Profibus-DP接口模塊。各模塊的設(shè)計(jì)如下。
3.1.1主控模塊
主控模塊主要由CPU，看門狗電路，EEPROM，程序存儲器，RAM構(gòu)成。
CPU采用80C32單片機(jī)�？撮T狗電路采用Xicor公司的X5045芯片。由于它內(nèi)部自帶有512字節(jié)的EEPROM，故本設(shè)計(jì)中直接利用了X5045的EEPROM用來存放現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)配置信息。程序存儲器采用Winbond公司的27C512芯片，具有64K字節(jié)的存儲容量，用來存放本設(shè)計(jì)的軟件程序已經(jīng)足夠。RAM采用6264芯片，用于通信過程中各網(wǎng)絡(luò)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的接收和發(fā)送緩沖區(qū)以及CPU數(shù)據(jù)緩沖。
主控模塊電路原理圖如圖1所示。
圖1 主控模塊原理圖
3.1.2 RS232接口模塊
由于本設(shè)計(jì)中需使用兩個(gè)串行接口，而主控模塊的80C32單片機(jī)只帶有一個(gè)串行口，故RS232接口需通過另外擴(kuò)展的UART控制芯片連接至主控模塊中的80C32單片機(jī)。本設(shè)計(jì)中應(yīng)用的UART控制芯片為Maxim公司的MAX3100，它其主要性能為：SPI／Microwire兼容的μP接口，8字節(jié)接收FIFO、9位地址識別中斷、IrDA SIR時(shí)序兼容、RTS輸出和CTS輸入、最高波特率230 k、工作電壓＋ 2.7 V至5.5 V、工作電流僅0.5mA。RS232接口模塊包括UART控制芯片和RS232至TTL電平轉(zhuǎn)換電路。電平轉(zhuǎn)換芯片使用MAX232E。
RS232接口模塊電路原理圖如圖2所示。
圖2 RS232接口模塊原理圖
本模塊直接使用80C32的串行口，RS422/485模式之間的切換通過模塊上的模式選擇開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。接口電平轉(zhuǎn)換芯片使用MAX489。
此模塊原理圖如圖3所示。
圖3 RS422/485模塊原理圖
在此模塊中主用的芯片為西門子公司的SPC3芯片。SPC3協(xié)議芯片是西門子公司為優(yōu)化的智能PROFIBUS-DP從站提供的專用芯片，集成了PROFIBUS-DP協(xié)議，遵照EN 50170標(biāo)準(zhǔn)。主要性能為：
（1）在PROFIBUS-DP上自動(dòng)檢測波特率，自9.6K到12M波特率。
（2）集成了1.5kB數(shù)據(jù)通信RAM。
（3）PROFIBUS-DP協(xié)議集成在芯片中，減輕微處理器的負(fù)擔(dān)。
（4）簡單的用戶接口、時(shí)間解耦的通信和應(yīng)用循環(huán)。
SPC3的內(nèi)部有RAM、方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器以及各種緩沖器指針和緩沖區(qū)等。SPC3有8根數(shù)據(jù)線和11根地址線，其中8根數(shù)據(jù)線與地址線復(fù)用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機(jī)。
此模塊電路原理圖如圖4所示。
圖4 Profibus-DP接口模塊原理圖
3.2 軟件設(shè)計(jì)
本接口電路軟件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，按照各部分功能大致可分為主控模塊初始化，各接口模塊初始化，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置信息初始化，主循環(huán)程序，各接口中斷，協(xié)議互轉(zhuǎn)，接收數(shù)據(jù)處理，出錯(cuò)處理等模塊。
4 結(jié)語
本接口電路能夠解決支持不同現(xiàn)場總線協(xié)議的設(shè)備之間的互聯(lián)，以及低速總線轉(zhuǎn)換成高速總線的問題，可以使一些只有RS232或者RS422/485接口而不具備Profibus-DP接口的設(shè)備連接到Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)中，能有效的實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的集成及自動(dòng)化，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
