1前言

現(xiàn)場總線技術是當今世界各國關注的熱點課題，以現(xiàn)場總線為基礎的全數(shù)字控制系統(tǒng)是21世紀自動化控制系統(tǒng)的主流。PROFIBUS-DP是一種經(jīng)過優(yōu)化的高速、廉價的通信連接，專為自動控制系統(tǒng)和設備級分散I/O之間通信設計，使用PROFIBUS-DP模塊可取代價格昂貴的24V或0～20mA并行信號線，用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。PROFIBUS-DP主要應用于現(xiàn)場設備級，它的響應時間從幾百到幾百ms，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbit/s～12Mbit/s，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個報文多達244個字節(jié)，傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線或光纜，被廣泛應用于樓宇自動化、水電廠管理和工業(yè)過程自動化控制系統(tǒng)中。

2軟起動控制器中PROFIBUS-DP通訊接口的硬件設計

在軟起動控制器的PROFIBUS-DP硬件接口電路設計方案上，采用單片機+專用集成芯片SPC3 + RS485驅(qū)動的方案。

2.1 SPC3簡述

SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER）為優(yōu)化的智能PROFIBUS-DP從站，集成有PROFIBUS-DP物理層的數(shù)據(jù)收發(fā)功能，可獨立處理PROFIBUS-DP協(xié)議。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)線與地址線復用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等單片機。SPC3內(nèi)部集成了1.5KB的雙口RAM作為SPC3與軟件/程序的接口，能自動調(diào)整9.6K到12M波特率。

2.2 PROFIBUS-DP通信接口硬件設計

PIC16F877與PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的連接通過一個PROFIBUS-DP網(wǎng)絡的協(xié)議芯片SPC3和RS-485驅(qū)動電路組成。PROFIBUS-DP接口主要由處理器接口和串行總線接口組成。

處理器接口電路如圖1示：80C32通過P0口和P2口擴展外部存儲器，將SPC3內(nèi)部的雙口RAM作為自己的外部RAM，通過對雙口RAM的讀寫來完成對SPC3的初始化和有關數(shù)據(jù)的交換。圖中P1是指用雙PIC16F877設計的軟起動控制器，作為通訊的從站，PIC16F877集成了SPI接口，可以和協(xié)議芯片SPC3結合，以及MAX485ESA完成到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡上的連接。

圖1處理器接口電路

圖2串行總線接口電路

SPC3芯片通過請求發(fā)送信號（RTS），發(fā)送數(shù)據(jù)信號（TXD），接收數(shù)據(jù)信號（RXD），通過高速光耦HCPL7720和總線收發(fā)器ADM1485相連，構成串行總線接口。如圖2所示，盡管SPC3已經(jīng)集成了物理層的數(shù)據(jù)傳輸功能，但它不具備RS-485的驅(qū)動接口，因此添置了RS-485的驅(qū)動電路。目前能滿足12M波特率的驅(qū)動器芯片為數(shù)不多，有SN65ALS176，SN75ALS176，ADM1485等，本系統(tǒng)中選用的是ADM1485.另外為了避免總線上的信號對電路的影響，在SPC3與RS-485總線驅(qū)動電路之間采用光電隔離。TXD、RXD信號的隔離器件選用Hewlett Packar公司的12M高速光耦HCPL7720，RTS的信號隔離器件選用HCPL0601.

3通訊接口的軟件設計

PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP協(xié)議，能夠處理PROFIBUS-DP狀態(tài)機構，因此80C32不用參與處理PROFIBUS-DP狀態(tài)機。80C32的主要任務是對SPC3進行合理的配置、初始化及對各種報文的處理。

對SPC3的軟件操作主要包括兩個部分：SPC3的初始化和SPC3的中斷處理。主程序和中斷程序流程圖分別如圖3和圖4所示。

圖3主程序流程圖圖4中斷程序流程圖