基于MSP430單片機(jī)的Profibus-DP通信接口的開(kāi)發(fā)

　　Profibus是開(kāi)放的、與制造商無(wú)關(guān)、無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)。因此世界上任何人都可以獲得該標(biāo)準(zhǔn)并設(shè)計(jì)各自的軟硬件解決方案。Pro-fibus-DP通信接口的開(kāi)發(fā)有兩種方案選擇：單片機(jī)+軟件;單片機(jī)+Profibus通信芯片ASIC。

　　方案2中Profibus-DP協(xié)議完全由Profibus通信ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)，單片機(jī)主要處理用戶程序。因此方案2開(kāi)發(fā)周期相對(duì)少很多，本文將采用單片機(jī)+Profibus通信ASIC來(lái)實(shí)現(xiàn)Profibus通信接口的設(shè)計(jì)。

　　1 Profibus-DP基本特性

　　Profibus包括三個(gè)兼容系列：Profibus-FMS，Profibus-DP，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務(wù)用于完成以中等傳輸速度進(jìn)行的循環(huán)和非循環(huán)的通信服務(wù);DP是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速廉價(jià)的通信連接，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的場(chǎng)合，主要用于自動(dòng)控制與分散式外設(shè)之間的通信;PA是專為過(guò)程自動(dòng)化而設(shè)計(jì)，具有本質(zhì)安全性，用于安全性要求較高的場(chǎng)合及總線供電的站點(diǎn)。

　　1.1 協(xié)議結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP協(xié)議采用了ISO/OSI模型的第1層(物理層)、第2層(數(shù)據(jù)鏈路層)，除去了3～7層，并自定義了用戶接口層，這種協(xié)議結(jié)構(gòu)保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖儆行А?/p>

　　1.2 報(bào)文結(jié)構(gòu)

　　Profibus-DP數(shù)據(jù)編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數(shù)據(jù)傳輸中發(fā)生沖突而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，在每個(gè)請(qǐng)求報(bào)文發(fā)送前必須保證33位(同步時(shí)間)的空載狀態(tài)。在單個(gè)字符間所有數(shù)據(jù)傳送時(shí)沒(méi)有間隙，即無(wú)縫。各種報(bào)文的格式如圖1所示。

　　1.3 Profibus-DP從站狀態(tài)機(jī)

　　圖2為DP從站狀態(tài)機(jī)的簡(jiǎn)單圖示。各種橢圓表示不同的狀態(tài)，帶箭頭的連線表示狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換，連線上的文字表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換所需滿足的條件。

　　只有在Power_on狀態(tài)，從站可以接收來(lái)自二類主站的“Set_Slave_Address報(bào)文，從而改變從站地址，從站應(yīng)具有非易失性存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)從站地址。內(nèi)部啟動(dòng)后，從站進(jìn)入wait_Prm狀態(tài)，等待“Wait_Prm”報(bào)文。參數(shù)化報(bào)文由用戶組態(tài)時(shí)給定，包括一些標(biāo)準(zhǔn)的信息，如識(shí)別號(hào)、同步鎖定能力，還包括了一些用戶特別定義的數(shù)據(jù)，另外，在此狀態(tài)從站還可以接收“Get_Cfg”報(bào)文、“Slave_Diag”報(bào)文，但拒絕處理其他報(bào)文，不能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。如果Set_Prm正確，從站進(jìn)入wait_Cfg狀態(tài)，等待“Check_Cfg”報(bào)文，該報(bào)文規(guī)定主站對(duì)它的配置信息，即數(shù)據(jù)交換中的輸入輸出字節(jié)數(shù)。此外，也可接收“Get_Cfg”報(bào)文、“Slave_Diag”的報(bào)文。當(dāng)參數(shù)化與配置正確通信，在此狀態(tài)，從站可以接收以下報(bào)文：Data_Exchange_Ok、Writing_outputs，Reading_Inputs，Global_Control，Slave_Diag，Get_Cfg等。從站接收主站的狀態(tài)請(qǐng)求后，以高優(yōu)先級(jí)的診斷報(bào)文作為應(yīng)答。診斷信息包括了標(biāo)準(zhǔn)診斷信息和與用戶有關(guān)的信息。

　　2 通信接口硬件設(shè)計(jì)

　　本文選用的Profibus-DP的通信協(xié)議芯片為SPC3。SPC3集成了全部的Profibus-DP協(xié)議。SPC3在DP方式下將完成所有DP-SAP的設(shè)置。SPC3內(nèi)部集成了1.5 KB的雙口RAM，包括參數(shù)寄存器、方式寄存器、狀態(tài)寄存器，中斷控制器等。SPC3內(nèi)部集成的看門(mén)狗定時(shí)器有3種工作狀態(tài)：波特率檢測(cè)、波特率控制和從站控制。內(nèi)部的USART可實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)流和串行數(shù)據(jù)流的相互轉(zhuǎn)換。微順序控制器控制整個(gè)工作過(guò)程。空閑定時(shí)器直接控制串行總線的時(shí)序。

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