在眾多的工業(yè)現(xiàn)場總線中，Profibus總線由于有眾多廠商的支持，且產(chǎn)品比較豐富，在制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通、電力自動化等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。而對于很多不具備Profibus接口的傳統(tǒng)設(shè)備，要使其接入總線網(wǎng)絡(luò)、達到自動控制的目的，就必須在該設(shè)備和Profibus總線之間做一個協(xié)議接口模塊。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)。

PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內(nèi)選擇且當(dāng)總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應(yīng)該被設(shè)成相同的速度。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。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。本文結(jié)合對傳統(tǒng)電動執(zhí)行器升級改造的工程實踐，介紹了一種基于Profibus-DP的接口模塊的具體設(shè)計。

1 硬件設(shè)計

系統(tǒng)主要包括指令處理部分和接口部分，如圖1所示。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。下面簡單介紹主要模塊的功能。

調(diào)試（JTAG）：M16C／62P通用通信模塊的設(shè)計提供一個JATG仿真器，它可以用來進行配置或者是編程。

SRAM模塊：當(dāng)編寫比較大的程序（如操作系統(tǒng)）時，M16C的內(nèi)部RAM可能不夠用，此時就可以用外接的SRAM（128K×16位）。

撥碼開關(guān)：撥碼開關(guān)用于通信地址方案的實施。PORFIBUS－PA：專為過程自動化設(shè)計，適合于本質(zhì)安全的場合，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。PR-OFIBUS-DP從站通信地址的設(shè)計方案有兩種：一種是由遠程的PROFIBUS-DP主站通過特定的數(shù)據(jù)通信設(shè)定或修改從站地址；另一種是禁止PROF-IBUS-DP主站設(shè)定和修改從站地址，從站的地址由從站本地設(shè)定。本設(shè)計采用的是后一種設(shè)計方案，通過一個8位的撥碼開關(guān)手動設(shè)定閥門控制器的地址，然后由中央處理器讀入并寫入VPC3特定的存儲位置。PROFIBUS－FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)。實時多主網(wǎng)絡(luò)。為車間級通信任務(wù)提供了大量的通信服務(wù)。

A／D、D／A等模塊：由于PROFIUBS-DP通信卡在工作過程中共有兩個數(shù)據(jù)需要在DP總線上傳輸，因此需要兩個數(shù)據(jù)通道，一個用于16位模擬量輸入（A／D），另一個用于16位模擬量輸出（D／A）。其中模擬與數(shù)字電路之間采用PC417進行光耦隔離。

本設(shè)計一共有兩個時鐘：一個是M16的時鐘，M16本身有兩個時鐘（分別為主時鐘和副時鐘），但是由于VPC3的特殊性使得M16的時鐘必須由VPC3提供；另一個是VPC3的時鐘，直接由48 MHz的有源晶振提供。其中，M16的時鐘是由VPC3對48 MHz的時鐘進行1／4分頻得到的12 MHz。在電子學(xué)上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產(chǎn)生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準(zhǔn)確；有源晶振有4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。

VPC3通過表1中的信號與光耦隔離驅(qū)動相連接?？偩€接口引腳如表1所列，VPC3的數(shù)據(jù)傳輸是在RS485模式下進行的。

按鍵復(fù)位：其作用是對M16和VPC3進行復(fù)位。該電路用于監(jiān)視M16的核電壓，當(dāng)核電壓低于3.3 V時，該電路產(chǎn)生一個低脈沖信號傳送到M16的RESE（10）引腳。除了監(jiān)視的功能以外，還可以通過按鍵的閉合來產(chǎn)生一個低脈沖的復(fù)位信號。

2 軟件設(shè)計

對VPC3的軟件操作主要包括兩個部分：VPC3的初始化、主程序和VPC3的中斷處理。主程序和中斷處理流程分別如圖2和圖3所示。

VPC3的初始化程序應(yīng)放在主程序的前面，而中斷處理程序完成CPU（中央處理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一臺計算機的運算核心和控制核心。CPU、內(nèi)部存儲器和輸入/輸出設(shè)備是電子計算機三大核心部件。電腦中所有操作都由CPU負責(zé)讀取指令，對指令譯碼并執(zhí)行指令的核心部件）對VPC3中斷輸出的響應(yīng)。VPC3上電復(fù)位之后，在正常工作之前必須進行初始化，以配置各個寄存器。中斷處理程序用于處理VPC3發(fā)生的各種事件。

數(shù)據(jù)輸入和輸出處理（輸入、輸出相對于主站而言）及用戶診斷數(shù)據(jù)輸入可以放在應(yīng)用程序主循環(huán)中。在一個應(yīng)用循環(huán)申，由應(yīng)用來刷新輸入BUF中的數(shù)據(jù)，保障所有輸入數(shù)據(jù)是最新的更新數(shù)據(jù)。而VPC3在接收到由PROFI-BUS-DP主站傳送的不同輸出數(shù)據(jù)時，會產(chǎn)生輸出標(biāo)志位（同樣位于中斷請求字單元中），CPU通過在應(yīng)用循環(huán)中輪詢該標(biāo)志位來進行接收主站數(shù)據(jù)。對于特定應(yīng)用的診斷信息，需要實時地傳遞到主站。主應(yīng)用程序在應(yīng)用循環(huán)中判斷是否有可用的診斷BUF存在，當(dāng)有空閑BUF（BUF,是英文buffer的縮寫，意思是緩沖區(qū)，指在工廠中生產(chǎn)出來產(chǎn)品的臨時存放位置，在達到一定數(shù)量后會搬運到其它的地方）時應(yīng)用程序輸入診斷信息，并請求更新。對于實時性要求嚴(yán)格的系統(tǒng)，應(yīng)采用中斷方式進行輸出數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)處理。

結(jié)語

VPC3芯片的使用方法簡單（與SPC3相似），功能比較完善，可以滿足本通信接口設(shè)計的要求。SPC3（SIMENS PROFIBUS CONTROLER）是一種用于PROFIUBS-DP開放式工業(yè)現(xiàn)場總線智能化接口芯片，可廣泛用于工業(yè)自支化和樓宇管理自動化中的單片機接口。SPC３集成了完整的DP協(xié)議，其中包括方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區(qū)等。有效地減輕了處理器的壓力，因此可用于12Mbaud總線。使用VPC3進行PROFIBUS-DP從站接口的開發(fā)，能夠降低開發(fā)難度和開發(fā)成本；使用現(xiàn)場設(shè)備／儀表上配置PROFIBUS-DP接口，可以滿足相關(guān)行業(yè)的需要。