摘　要：論述了一種PROFIBUS-DP從站開發(fā)方案，為自主開發(fā) 具有PROFIBUS-DP通信功能產品的用戶,，以OEM方式提供PROFIBUS-DP從站通信接口,。

關鍵詞：現(xiàn)場總線,；PROFIBUS-DP,；從站；通信接口

0引言

　目前國內對自動化產品（電器,、儀表,、驅動裝置等）提出PROFIBUS通信功能要 求，主要來源于：
?。?）國外生產設備及技術的引進,，特別是從歐洲引進的成套設備通常采用PROFIBUS現(xiàn)場總線 ，因此對國內配套產品提出了現(xiàn)場總線PROFIBUS通信功能的技術要求,；
?。?）國內自動化系統(tǒng)廠家比較成功的、面向行業(yè)的控制系統(tǒng),，要求系統(tǒng)技術向現(xiàn)場總線技術 發(fā)展,，同時也要求現(xiàn)場設備向智能化、網絡化方向發(fā)展,。
　基于上述需求,，嵌入式PROFIBUS-DP從站通信接口的設計為自主開發(fā)具有PROFIBUS-DP通信功能產品的用戶提供了一種快速、高效的解決方案,。
1實現(xiàn)方法

?。?）電路設計制作：使用PROFIBUS通信專用ASIC芯片SPC3實現(xiàn)協(xié)議相 關內容，選用合適的CPU,，外圍加帶光電隔離的RS－485驅動,；
?。?）單片機＋Firmware軟件：需要在單片機中編程（Firmware軟件）,，實現(xiàn)單片機與ASIC的結合；
?。?）用戶產品的CPU通過串行接口向PROFIBUS-DP從站通信接口板讀／寫輸入／輸出數據,；PROFIBUS-DP從站通信接口板自動轉換成PROFIBUS-DP協(xié)議與PROFIBUS主站通信,；
　（4）編寫GSD文件,，搭建一個調試與測試平臺進行PROFIBUS系統(tǒng)配置,。
2硬件設計

　嵌入式PROFIBUS-DP從站通信接口板（以下簡稱接口板）由CPU芯片、PROFIBUS 協(xié)議芯片SPC3及光隔RS485驅動等電路組成,，如圖1所示,。

接口板與用戶模板采用串口連接，使用波特率選擇開關可選擇指定 的7種波特率（9600,、19.2K,、 38.4K、57.4K,、115.2K,、 230.4K、460,、8K）中的一種,；接口板需要用戶模板 提供2組5 V電源（VCC／GND150 mA和5 V／0V-100 mA），分別作為接口 板的電源及光隔外電源,，由16針插座J1引 入,。信號A、B,、RTS及5 V,、0 V可直接引到用戶模板PROFIBUS的D型插 頭上（使用 PCB布線或軟接線均可）。根據PROFIBUS產品測試技術規(guī)范,，此接法引線或軟接線 不宜過長,，通常PCB引線不超過20 cm、軟接線不超過 10 cm,。
　如果PROFIBUS的D型插頭與接口板之間需要更長的引線,，可以從接口板上的10針插頭J2引出 ，此時需要采用外接口轉接板,。
　用戶模板PROFIBUS插頭為孔型（famel）D型插頭,，與接口板16針插座連接如圖2 所示。接口板CPU芯片采用普通的51單片機即可,，考慮到PROFIBUS對速率的要求,，推薦使用 高速率、低功耗的8位AVR單片機作為接口板CPU,。

3軟件設計

3.1接口板與用戶模板的串口通信設置
　接口板與用戶模板通過串口連接,，Txd、Rxd為TTL電平,，半雙工通信,。通信方式采 用應答方式：用戶模板主動詢問,，接口板被動回答。設定每個字節(jié)用11 bits傳送：1個啟始 位,、8個數據位,、1個偶校驗位、1個停止位,，即51內核單片機的通信方式3,。
3.2報文長度
　接口模板的初始化報文（發(fā)送、接收）固定長度49字節(jié),；接口板與用戶模板之間數 據交換報文（發(fā)送,、接收），長度由用戶在初始化報文中設定,，最大為113字節(jié),；PROFIBUS輸 入／ 輸出數據量可自由設定，最大112字節(jié)輸入＋112字節(jié)輸出,。
3.3實現(xiàn)功能
?。?）可實現(xiàn)PROFIBUS用戶參數化功能：用戶模板可將一次性設置的參數在主站配置 中設定，主站在與從站連接時一次將這些用戶參數傳送到從站,，用戶模板可利用這些參數實 現(xiàn)參數化,；
　（2）接口板與用戶模板通信有字符偶校驗和縱向報文校驗和,，保證數據安全性,；
　（3）接口板內設有備份I／O通信緩沖區(qū),，可保證實現(xiàn)PROFIBUS與串口通信數據的完整性（一致 性）和同步要求,。
3.4用戶模板的通信基本過程
3.4.1初始化
　用戶模板按接口板上波特率選擇開關設置的波特率向接口板發(fā)初始化報文，然后等待接收接 口板的回答,，如圖3所示,。接口板回答初始化成功后，進入數據交換狀態(tài),。
3.4.2數據交換狀態(tài)
　初始化成功后接口板進入數據交換狀態(tài),，反復進行數據交換。此時,，用戶模板主動 向接口板發(fā)送“輸入數據報文”,，其中包含PROFIBUS輸入數據；接口板回答“輸出數據報文 ”,，其中包含PROFIBUS輸出數據,，如圖4所示。
數據交換狀態(tài)下接口板的程序流程見圖5,。

4系統(tǒng)配置

4.1關于GSD文件
?。?）每一個PROFIBUS從站或一類主站有一個“設備描述文件”稱為GSD文件，用來描 述該PROFIBUS-DP設備的特性,；
?。?）GSD文件包含了設備所有定義參數，包括：支持的波特率,、支持的信息長度,、輸入／輸出 數據數量、診斷數據的含義,、可選模塊種類等,；
　（3）無論使用什么樣的系統(tǒng)配置軟件,，都要根據GSD文件來對設備配置,。
　（4）國際PROFIBUS組織PI提供了GSD文件編輯軟件gsdedit.exe,，該軟件依照PROFIBUS技術標 準格式規(guī)定,，對用戶編輯的GSD文件進行格式檢查。
4.2如何使用“用戶參數user—prm”
4.2.1“用戶參數user—prm”的選擇
　對于工業(yè)現(xiàn)場設備,，常需要用戶根據現(xiàn)場應用設定一些參數,，其中有些參數不需要在設備運 行中實時改變，如變頻器的電流上限保護與報警值,、溫度傳感器的測量溫度范圍,、熱電偶選 型、輸出4～20 mA／1～5 V選擇等,。如果這些參數作為PROFIBUS主站的I／O輸出,，將占 用PROFIBUS主站 I／O資源和周期性輪循PROFIBUS從站的時間資源。
　將這些參數處理成“用戶參數”,，將會縮短PROFIBUS主站通信時間,、減小通信報文長度、提 高總線通信效率,。使用“用戶參數”技術,，只需要在主站配置中做出參數選擇，主站在與從 站連接時,，一次性將這些參數傳送到從站,，從站就可以使用這些用戶選擇的參數對從站進行 參數化（初始化、參數設定）,。
4.2.2確定“用戶參數”類型,、個數、字節(jié)長度
　以一個4通道模擬量輸入模塊為例,，假設需要用戶設置的參數有：
　·輸入類型1～5 V,、0～10 V,、0～5 V、－10～＋10 V,、4～20 mA,、0～20 mA共8種選擇 ；占1個字節(jié),，以INPUT＝0～7分別表示這8種輸入類型,；
　·數據類型BCD（0000～9999）、無符號整型（0～65 535）,、有符號整型（－32 767～＋32 76 7）共3種選擇,；占1個字節(jié)，以VAR＝0～2分別表示這3種數據類型,；
　·輸入模式單端輸入（4通道）,、雙端輸入（2通道）共2種選擇；占1個字節(jié),，以CHNO＝0,、1分 別表示這2種輸入模式；
　由此,，用戶參數長度User—Prm—Data—Len＝3,。
4.2.3帶有“用戶參數”描述的GSD文件
　對上例，GSD文件中至少有如下關于“用戶參數”的描述：

4.2.4在主站配置中選擇用戶參數
　用戶在系統(tǒng)中配置從站參數,，完全靠GSD文件描述,。在STEP 7的HARDWARE中配置從站，可設 定總線波特率及站地址,，其中設定的站地址必須與用戶模板上地址設置一致,。
　帶有“用戶參數”選擇菜單的GSD文件，可在STEP7中生成更加友好的用戶參數配置界面,。

5結束語

　應用嵌入式PROFIBUS-DP從站通信接口的設計方案,，用戶不必了解PROFIBUS技術規(guī)范細節(jié)。具有開發(fā)周期短,、技術指 標高,、技術升級快、擁有產品自主知識產權等優(yōu)點,，但用戶須有單片機產品開發(fā)經驗及PROF IBUS產品應用經驗,。目前國內多家儀表廠商已在此方案的基礎上開發(fā)出了自己的 PROFIBUS -DP從站產品。

參考文獻
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