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：
　（1）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現場總線 ，因此對國內配套產品提出了現場總線PROFIBUS通信功能的技術要求；
　（2）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)技術向現場總線技術 發(fā)展，同時也要求現場設備向智能化、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實現方法
　（1）電路設計制作：使用PROFIBUS通信專用ASIC芯片SPC3實現協(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；
　（2）單片機＋Firmware軟件：需要在單片機中編程（Firmware軟件），實現單片機與ASIC的結合；
　（3）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實現功能
　（1）可實現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
　（1）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；
　（2）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)現場設備，常需要用戶根據現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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