基于ColdFire的PROFIBUS-DP智能從站的設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于ColdFire系列MCF52258芯片的PROFIBUS-DP智能從站的設(shè)計(jì)方法，描述了PROFIBUS協(xié)議的結(jié)構(gòu)，闡述了相關(guān)的硬件和軟件設(shè)計(jì)方法，由CP5611和PC機(jī)構(gòu)成主站與從站通訊。實(shí)踐證明該智能從站可以方便的連接具有RS232或者RS485接口的設(shè)備。
關(guān)鍵詞：VPC3；Profibus-DP；智能從站

    Profibus是一種國(guó)際化的、開放的、不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)。它廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動(dòng)化、流程工業(yè)自動(dòng)化和樓宇、交通、電力等其它自動(dòng)化領(lǐng)域。Profibus由Profibus-DP、Profibus-PA、Profibus-FMS三部分組成。DP用于傳感器和執(zhí)行器的高速數(shù)據(jù)傳輸；PA用于過(guò)程自動(dòng)化控制系統(tǒng)；FMS用于解決車間一級(jí)通用性通信任務(wù)。本文主要介紹Profibus-dp協(xié)議。
    Profibus-DP使用了OSI參考模型的第一層、第二層和用戶接口，第三層和第七層沒(méi)有定義。Profibus-DP使用的是RS-485傳輸技術(shù)，采用的電纜是屏蔽雙絞銅線，傳輸速率可達(dá)12Mbps，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)容量為每個(gè)報(bào)文多達(dá)244個(gè)字節(jié)，最多可以連接127個(gè)站點(diǎn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
   從站的設(shè)計(jì)分兩種：一種是利用現(xiàn)成的從站接口模塊如IM183、184開發(fā)，這時(shí)只要通過(guò)IM183上的接口開發(fā)就行了；另一種則是利用專用芯片ASTC進(jìn)行深層次的開發(fā)，此種設(shè)計(jì)只需了解ASIC的工作原理，可大大減少開發(fā)的難度和時(shí)間。本智能從站設(shè)計(jì)采用第二種方法，使用了專用通訊協(xié)議芯片VPC3，系統(tǒng)的控制芯片采用飛思卡爾的ColdeFire系列MCF52258微處理器。Profibus接口數(shù)據(jù)通過(guò)RS485傳輸，VPC3與光電隔離器件、RS485驅(qū)動(dòng)器連接?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)
2．1 MCF52258微控制器與VPC3簡(jiǎn)介
    MCF52258是飛思卡爾的ColdFire系列的一款32位的微處理器，具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力和控制能力。它的特點(diǎn)是性能優(yōu)異，集成度高，芯片的生態(tài)系統(tǒng)豐富強(qiáng)大。MCF52258的高集成度使它擁有豐富的外圍接口，如多通道應(yīng)用于各種場(chǎng)合的定時(shí)器、IIC，SPI，UART等通用的串行總線、以太網(wǎng)控制器、PCI控制器、RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊、Mini-FlexBus提供了外擴(kuò)設(shè)備的總線等。VPC3芯片采用3．3V供電，能直接控制芯片連接不用電平轉(zhuǎn)換內(nèi)部集戰(zhàn)了一個(gè)2K的雙口RAM，包括各種信息報(bào)文存儲(chǔ)器、方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器以及符種緩存器指針和緩沖區(qū)等。VPC3集成了全部的Profibus-DP協(xié)議，有限的減輕了處理器的壓力。
2．2 接口電路的設(shè)計(jì)
    MCF52258微控制器與接口芯片VPC3相連，采用的是Intel工作方式。VPC3內(nèi)部的總線接口單元形成了VPC3到微控制器的接口，是一個(gè)有11根地址線和8位數(shù)據(jù)線的接口，可通過(guò)配置與微控制器相匹配。微控制器負(fù)責(zé)將串口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)通過(guò)VPC3傳輸?shù)絇rofibus總線上，同時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)視VPC3，接收DP主站傳輸過(guò)來(lái)的指令和數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。VPC3的雙口RAM在MCF52258地址空間中統(tǒng)一分配地址，MCF52258將VPC3作為自己的外部RAM，通過(guò)Mini-Flexbus與VPC3連接，通過(guò)片選選定VPC3的外部開始地址0x80000000。MCF52258與VPC3的連接如圖2所示。

3 軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)部分是Profibus-DP智能從站設(shè)計(jì)的核心部分，主要包括Profibus-DP從站的主程序、中斷服務(wù)程序和接口處理程序。VPC3在接收到由主站傳送的不同輸出數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生輸出標(biāo)志位，微控制器采用中斷方式進(jìn)行輸出數(shù)據(jù)的處理主程序首先對(duì)VPC3進(jìn)行初始化，然后啟動(dòng)VPC3，通過(guò)VPC3進(jìn)行主站和從站的數(shù)據(jù)交換以及處理診斷。允許外部中斷INT0以及開中斷。主程序的流程圖如圖3所示。

    Profibus-DP協(xié)議中的中斷控制是通過(guò)協(xié)議芯片VPC3內(nèi)部的中斷控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)有指令報(bào)文到來(lái)或者各種錯(cuò)誤事件發(fā)生時(shí)，CPU會(huì)得到通知并進(jìn)行相應(yīng)的處理。中斷程序流程圖如圖4所示。

4 Profibus-DP智能從站的調(diào)試
    開發(fā)的從站必須與Profibus-DP主站進(jìn)行連接測(cè)試，本設(shè)計(jì)采用CP5611與裝有STEP7軟件的PC機(jī)作為主站和從站進(jìn)行調(diào)試。上位機(jī)采用WINCC組態(tài)軟件和SIMATIC NET軟件，對(duì)從站的GSD文件進(jìn)行配置和保存，并設(shè)置主從站地址、波特率等信息，模擬主站測(cè)試與從站通信的可靠性和實(shí)時(shí)性。

5 結(jié)束語(yǔ)
    Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線已經(jīng)成為我國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)自動(dòng)化領(lǐng)域。本文從開發(fā)的角度詳細(xì)的介紹了一種Profibus-DP智能從站的設(shè)計(jì)方法，此種方案具有通用性，能夠滿足不同行業(yè)的使用，使具有串口的設(shè)備能夠連接到Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)，對(duì)開發(fā)和應(yīng)用Profibus產(chǎn)品有現(xiàn)實(shí)意義。