采用SPC3协议芯片设计PROFIBUS-DP智能从站

    引言

    国际电工委员会iec在2000年1月4日投票通过了现场总线iec61158国际标准，iec61158包括了7种现场总线标准，profibus作为类型3正式加入iec61158。profirus协议的结构是以iso7498国际标准开放式系统互连网络参考模型osi为基础的。

    pro fibus由二三部分组成：profibus·fms、profibus-dp和profibus—pa。fms主要用于车间级控制网络，是一种令牌结构和实时多主网络，dp是一种高速的低成本通信连接，用于设备级控制系统与分散式通信；pa是专为过程化而设计的，具有本征安全规范。在这里，主要介绍profibus-dp(distributed process)协议。 profibus—dp使用了0si参考模型的第一层、第二层和用户接口，第三层到第七层未定义。profibus—dp主要应用于传感器和执行器级的高速数据传输．它以dln 19245的第一部分为基础，主站周期性地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。它的响应时何从几百μ s～几百m s，数据传输速率为9 6 k b p s～12mbps，传输的数据容量为每个报文多达244字节．传输介质为屏蔽双绞线或光纤等。

    本文主要讨论采用slemens的从站协议芯片开发智能从站的方法．智能从站的框图如图l所示。其中包括微控制器、看门狗及eeprom、spc3、光电隔离、驱动器和拨码开关等。

    1 spc3协议专用芯片

    1．1 spc3主要技术指标

    ◇支持profibus—dp协议；

    ◇最大数据传输速率12mbps，可自动检测并调整数 据传输速率；

    ◇与80c32、80x86、80c165、80c166、80c167和hcii、hcl6、hc916系列芯片兼容；

    ◇44引脚的pqfp封装；

    ◇可独立处理profibus—dp通信协议．

    ◇集成的看门狗(wdt)．

    ◇外部时钟接口24mhz或48mhz；

    ◇5v直流供电。

    1．2 spc3内部结构介绍

    spc3是用于从站开发的智能逋信芯片．它支持profibus-dp协议。spc3内部集成了1.5kb的双口ram。内部锁存嚣／寄存器位于前21个地址单元。主要包括方式寄存器l、0．中断控制寄存器．状态寄存器以及输入、输出缓冲器和诊断缓冲器各宦的状态寄存器。

    组织参数位于ram中从1 6h开始的单元。整个缓冲器结构(属于dp—saps)就是基于这些参数来写的。此外，普通参数在这些单元设置数据(包括站地址、地址允许改变、用户看门狗值和设备标识号等)．状态显示存储在这些单元(通用控制命令等)。

    用户缓冲器区域位于从40h开始的单元。其中，方式寄存器o设置proflbus—dp的操作方式，如sync、freeze等。方式寄存器0必须在离线状态进行赋值，一旦上电，就不能修改。方式寄存器1在上电后可对每个位进行置位和复位。

    spc3有1 4个中断源．各个中断源没有优先级-而是通过中断屏蔽寄存器和中断响应寄存器来实现中断的。但“新参数数据“中断和“新配置数据”中断可以不用中断响应寄存器响应。中断信号的极性由用户设定。

    诊断分为外部诊断和状态诊断。若是外部诊断，用户必须在从第7字节开始的单元中写入用户数据。若是状态诊断，则只需在第l字节写入00h．而不必填写从第7字节开始的用户数据。

    从站地址号可以是固定的，也可以由主站设置。若设站地址号不能改变，则在初始化阶段，令“real—no—add—change=0ffh" "r-ssa buf-ptr=00h”。

    用户看门狗计数器是l 6位的内部存储器单元， 初始值由r user wd_value单元给定。每接收1个数据报文，计数器减l。当减到0000h时，spc3就进入“等待参数化”状态，dp状态机执行“离开主站”命令。

    另外spc3内部还集成了1个看门狗计数器．可工作于3种不同的状态 波特率监测、波特率控制和dp控制。spc3能自动标识总线波特率（9.6kbps～12mbps）。

    1.3 spc3硬件电路设计

    cpu使用at89s52，采用的是intel工作方式，cpu与spc3的接口电路如图2所示。对at89s52而言，spc3相当于它扩展的一个外部ram。而且，spc3有内部地址解码电路．所以，ab8～ab10接地。此时db7~db0是数据地址复用总线．可以产生低8位的数据和地址，高4位地址由ab0～ab3产生，ab4～ab7