基于VPC3的PROFIBUS－DP智能從站設計

ROFIBUS－DP作為—種國際標準現場總線，以其靈活性、可靠性等優(yōu)點，在世界范圍內得到了廣泛的應用，是一種高性能的工業(yè)控制網絡。但不是所有的控制設備都能接入到總線中，必須通過智能從站 接口裝置實現，通過智能從站的拜發(fā)，可以把非總線的電子設備接入到總線網絡中。目前，我國對于PROFIBUS－DP的應用和研究主要以國外大公司的成套設備為主，而自主研究開發(fā)通信接口的卻比較少 。雖有公司針對PROIFBUSDP協議轉換問題已開發(fā)出相應網關類產品，但價格昂貴，與實際應用有一定距離，因此深入研究該技術對該技術的國產化有非?，F實的意義。

　　開發(fā)方案的選用

　　PROFIBUS－DP是開放的、 無知識產權倮護的標準。原則上，PROFIBUS DP協議在任何微處理器上都可以實現，在微處理器內部或外部安裝異步串行通信接口（UART）即可完成。基于上述特點，目前在 拜發(fā)PROFIBUS－DP從站時有以下方案可供選擇：（1）單片機＋軟件的解決方案；（2）單片機＋PROFIBUS通信專用芯片的解決方案；（3）采用專用拜發(fā)工具。其中以方案2最為方便。

　　本文采用單片機加PROFIBUS－DP通信專用芯片的解決方案。其中微控制器的選取是實現智能從站開發(fā)的關鍵，因為DP智能從站的控制芯片需要有足夠大的RAM來配置VPC3及實現數據交換，并且也需要較 高的運行速率。我們選取Cygnal公司推出的完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片C8051F020，其突出的優(yōu)點是具有很高的運算速度，非常合適拜發(fā)PROFIBUS－DP從站。VPC3芯片是VIPA公司為優(yōu)化的智能 PROFIBUSDP從站提供的專用芯片，集成了PROFIBUS－DP協議，可以替代西門子SPC3，同時具有工作電壓低、RAM大等優(yōu)點，具有很高的性價比。

　　硬件電路設計

　　硬件電路主要采用VIPA的PROFIBUS－DP協議芯片VPC3和CygnalC8051單片機。C805l器件是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有64個數字IJO引腳。兼容的CI-51內核，4352（4096＋156）字節(jié)（B）的片 內RAM，可尋址64k字節(jié)地址空間的外部數據存儲器接口特別適合本設計使用。工作過程單片接口轉換電路機自動識別不同的非總線設各，把數據交換到VPC3里，由VPC3負責協議的轉換，把轉換后的數據 傳送到總線里。整個過程可是逆的。所有功能的實現由我們固化在單片機里的程序實現。同時實現自適應功能，即自動識別不同的非總線帶通訊的控制設備。

　　VPC3是用于從站開發(fā)的智能通信芯片，它支持PROFIBUS－DP協議。VPC3內部集成4kB的雙口RAM。內部鎖存器／寄存器位于前2 1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自的狀態(tài)寄存器。組織參數位于RAM中從16H開始的單元。整個緩沖器結構（屬于DP－SAPS）就是基于這些參數來寫的。此外，普通參數在這些單元設置數據（包括站 地址、地址允許改變、用戶看門狗值和設備標識號等），狀態(tài)顯示存儲在這些單元（通用控制命令等）。

　　PROFIBUS－DP智能轉換接口的主要功能是利用VPC3協議芯片作為數據采集和發(fā)送單元實現與PROFIBUS－DP現場總線之間的通信，從而能使用戶數據傳送到主站并接收來自主站的數據。DP智能轉換接口 用C8051作為處理器單元管理通信事務，VPC3協議芯片則完成數據的轉換和收發(fā)功能。擴展的數據存儲器完成數據的存儲和處理功能，C8051與VPC3之間通過雙口RAM交換數據，VPC3的雙口RAM在C8051地址 空間中統(tǒng)一分配地址，C8051將VPC3的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過P6和P7口與雙口RAM連接，P6口作為數據線和低8位地址線，P7口作為高8位地址線。從站接口的總體設計方案，我們采用C8051作為 主控芯片，結合PROFIBUS－DP從站接口芯片VPC3以及ADM248*85接口芯片設計了整體的解決方案。

　　因為C8051和VPC3＋均為3．31／供電，所以可以直接連接。對于C8051來說VPC3就是它的一個外置RAM。SPC3有內部地址解碼電路，所以ABS～AB10接地。此時DB7～DB0是數據地址復用總線，可以產生低8位的數據和地址，高4位地址由AB0～AB3產生，AB4～AB7嚴生SPC3的片選信號，只有AB4～AB7同時為0時才選中SPC3。單片機P7口的P7.0 ～P70.7接VPC3的DB0～DB7端，既作為VPC3的數據線，也作為VPC3地址總線的低8位。P7口作為數據線和低8位地址線，P6口作為高8位地址線C8051。P6口的P6.0～P6.2接VPC3的AB0～AB2端， 作為VPC3地 址總線的高3位，同時要使VPC3的高5位AB7…3＝00000。在軟件程序的設計中，VPC3的數據存儲器的地址區(qū)被強制在1000H～15FFH，這要求P7.7～7.4＝0001， 要想AB4仍為0，必須將P6.0通過一個非門MM74HC接VPC3的AB4端。在實際電路中，VPC3的AB8～10通過一個接地電阻接地，使得AB8..10=000，AB3接P6.3始終給出低電平信號即AB3＝0，AB4的輸入端通過非門MM74HC接P6． 4，只要P*始終為1，從而保證VPC3的數據存儲器的地址范圍為1000H～15FFH。

　　現場總線接口電路是VPC3與現場總線側連接的電路，因為Profibus－DP可以達到12Mbit／s的速率，因此對已接口電路的要求是非常高的。在此我們選用Profibus接口專用芯片AMD2486，ADM2486是ADI 公司生產的半雙工、隔離RS－485收發(fā)器。其內部含有倮護隔離電路，減少了硬件電路的布線，提高了通信的穩(wěn)定性。