由RS-232串口到PROFIBUS-DP總線的轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)

　　前言

　　PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力等其他領(lǐng)域自動化?；诂F(xiàn)場總線的控制系統(tǒng)要求現(xiàn)場儀表及設(shè)備必須具有現(xiàn)場通信能力，而我國目前的實(shí)際情況是：多數(shù)傳統(tǒng)儀表及現(xiàn)場設(shè)備并不具備現(xiàn)場總線接口，而完全使用國外進(jìn)口設(shè)備將會使系統(tǒng)成本過高。如何將大量的傳統(tǒng)儀器設(shè)備連接到PROFIBUS總線上，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站與傳統(tǒng)設(shè)備之間通信數(shù)據(jù)透明傳送，成為廣大用戶急于要解決的問題。如：具有RS-232接口的現(xiàn)場測量設(shè)備及儀表等，如何使其成為PROFIBUS總線上的一個(gè)從站。本文所講述的這個(gè)接口產(chǎn)品就是處理從RS-232到PROFIBUS-DP的協(xié)議轉(zhuǎn)換，起到一個(gè)橋的作用，我們稱之為總線橋。

　　1.PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

　　PROFIBUS的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是以ISO頒布的OSI標(biāo)準(zhǔn)七層參考模型為基礎(chǔ)的，只是對第三層到第六層進(jìn)行簡化。它的三種模塊（FMS、DP和PA）可以適應(yīng)不同的應(yīng)用對象和通信速率方面的要求，開放性也好。但它們均使用一致的總線存取協(xié)議，該協(xié)議是通過OSI參考模型第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）來實(shí)現(xiàn)的，它包括了保證數(shù)據(jù)可靠性技術(shù)及傳輸協(xié)議和報(bào)文處理。

　　數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議媒體訪問控制（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（TokenBus）和主從方式。其中令牌總線與局域網(wǎng)IEEE8024協(xié)議一致，令牌在總線上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權(quán)，該主站依照關(guān)系表與從站或與其他主站進(jìn)行通信。主從方式用于主站和從站間通信，其工作特點(diǎn)是：總線上一個(gè)主站控制著多個(gè)從站，主站與每一個(gè)從站建立一條邏輯鏈路；主站發(fā)出命令（Command），從站給出響應(yīng)（response）；從站可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)幀，直到無信息發(fā)送、達(dá)到發(fā)送數(shù)量或被主站停止為止。數(shù)據(jù)鏈路中幀的傳輸過程分為三個(gè)階段：數(shù)據(jù)鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。PROFIBUS-DP并未采用ISO/OSI的應(yīng)用層，而是自行設(shè)置一用戶層。該層定義了DP的功能、規(guī)范與擴(kuò)展要求等。DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用RS-485傳輸技術(shù)。

2.RS-232設(shè)備通信協(xié)議

　　RS-232只是設(shè)備通信物理層的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，因此PROFIBUS主站必須向RS-232設(shè)備傳送它能夠理解的數(shù)據(jù)，這就是RS-232設(shè)備的通信協(xié)議。所以，為實(shí)現(xiàn)PROFIBUS主站與RS-232設(shè)備的有效數(shù)據(jù)通信，PROFIBUS主站編程人員應(yīng)該了解RS-232設(shè)備的通信協(xié)議。RS-232設(shè)備的通信協(xié)議通常有以下兩類：

　　（1）具有應(yīng)答關(guān)系和若干通信指令的通信協(xié)議

　　這是應(yīng)用比較廣泛的通信格式，通信數(shù)據(jù)可以是ASIIC碼或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。對于這種設(shè)備，既有發(fā)送又有接收。用戶在主

　　站編程，按照協(xié)議規(guī)定的報(bào)文格式將通信數(shù)據(jù)填入RS-232總線橋的PROFIBUS數(shù)據(jù)輸出區(qū)，通過所產(chǎn)生的中斷啟動轉(zhuǎn)換接口將通信數(shù)據(jù)發(fā)送到設(shè)備，然后總線橋自動轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)。當(dāng)總線橋數(shù)據(jù)全部接收完RS-232設(shè)備的回答報(bào)文數(shù)據(jù)后，將回答報(bào)文數(shù)據(jù)自動填入PROFIBUS數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)，這樣，PROFIBUS主站可以在PROFIBUS數(shù)據(jù)輸入?yún)^(qū)得到RS-232設(shè)備的回答報(bào)文數(shù)據(jù)。

　　（2）無應(yīng)答關(guān)系、單純接收或發(fā)送數(shù)據(jù)（ASIIC碼或二進(jìn)制數(shù)據(jù)）的通信協(xié)議

　　此類設(shè)備（如條碼掃描器）只通過RS-232接口向PROFIBUS主站發(fā)送數(shù)據(jù)，也有的設(shè)備（如顯示屏）只通過RS-232接收PROFIBUS主站發(fā)送的數(shù)據(jù)。PROFIBUS主站實(shí)現(xiàn)這類簡單通信協(xié)議的原理與第一種協(xié)議相同，只是不會出現(xiàn)沖突，編程更為簡單。

　　3.RS232總線橋硬件設(shè)計(jì)

　　RS232總線橋系統(tǒng)框圖如圖1所示：

3.1SPC3說明

　　西門子公司提供的SPC3是用于DP智能從站的協(xié)議專用芯片，也是本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵器件。SPC3具有1.5K字節(jié)的報(bào)文幀存儲器、方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器及緩沖區(qū)等，各部分地址分配如表1。