摘 要：在許多工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中，PROFIBUS-DP被廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)控制，通過PROFIBUS-DP可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制。而許多傳統(tǒng)控制現(xiàn)場(chǎng)多采用RS232通信。本文設(shè)計(jì)了一種PROFIBUS-DP轉(zhuǎn)RS232的從站模塊，可以使帶RS232接口的控制現(xiàn)場(chǎng)接入DP網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，可通過西門子設(shè)備實(shí)現(xiàn)上位機(jī)控制。

關(guān)鍵詞：PROFIBUS-DP 協(xié)議轉(zhuǎn)換 VPC3

中圖分類號(hào)：TN91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0022-01

本文設(shè)計(jì)了一種基于PROFIBUS-DP/RS232協(xié)議轉(zhuǎn)換從站模塊。電路采用了西門子開發(fā)包開放的設(shè)計(jì)框架，協(xié)議芯片使用了VIPA公司生產(chǎn)的VPC3+C替代SPC3，控制芯片使用C8051F340。本從站可實(shí)現(xiàn)PROF IBUS-DP/RS232間的數(shù)據(jù)傳送工作[1]。

1 從站硬件設(shè)計(jì)

從站產(chǎn)品開發(fā)一般是采用單純單片機(jī)+程序和單片機(jī)+協(xié)議芯片兩種方式進(jìn)行開發(fā)[2]。由于單片機(jī)+程序開發(fā)工作周期長(zhǎng)，需要調(diào)試環(huán)境較高，故本設(shè)計(jì)使用單片機(jī)+協(xié)議芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。主電路部分使用單片機(jī)與VPC3+C進(jìn)行連接。接口電路當(dāng)中，MCU使用內(nèi)部振蕩器提供12 MHz的時(shí)鐘信號(hào)，VPC3接48MH有源晶振，協(xié)議芯片與MCU之間通過8條數(shù)據(jù)線和11條地址線組成的數(shù)據(jù)通路相連。協(xié)議芯片中集成了一個(gè)看門狗定時(shí)器（Watchdog），為了保護(hù)外設(shè)不受危害，當(dāng)單片機(jī)發(fā)生故障則立刻禁止PROFIBUS-DP進(jìn)行輸入輸出通信。P0.6與P0.7設(shè)置為單片機(jī)外接晶振輸入輸出引腳，P0.4和P0.5設(shè)置為TXD和RXD，與外接芯片MAX232進(jìn)行雙向輸入輸出電平轉(zhuǎn)換，以實(shí)現(xiàn)TTL電平轉(zhuǎn)換為RS232電平，來實(shí)現(xiàn)與串口通信。

單片機(jī)連接串口不可避免的需要使用電平轉(zhuǎn)換芯片。本設(shè)計(jì)中使用的MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232芯片是專為解決RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口電平轉(zhuǎn)換問題的芯片，供電電源為+5 V。本電路中為了方便單片機(jī)程序下載設(shè)計(jì)了專用的USB轉(zhuǎn)RS232電路。PL2303使用的是外接12 MHz晶振，串行時(shí)鐘與串行數(shù)據(jù)電源取3.3 V電源。

2 軟件設(shè)計(jì)

硬件的選擇在PROFIBUS-DP從站系統(tǒng)的開發(fā)當(dāng)中起到了非常重要的作用。硬件如果選擇不好，不僅會(huì)影響整體數(shù)據(jù)傳輸速度還有可能影響轉(zhuǎn)換接口的穩(wěn)定。硬件電路的設(shè)計(jì)與選擇是為了提供更好的硬件通道為軟件完成協(xié)議轉(zhuǎn)換工作做準(zhǔn)備。作為智能從站，還需要有軟件部分的開發(fā)。從站轉(zhuǎn)換模塊相應(yīng)程序的好壞也直接影響了通信建立的質(zhì)量。

從站開發(fā)必須是要對(duì)PROFIBUS-DP智能化從站狀態(tài)機(jī)制的了解[3]。每個(gè)DP的從站都包含四種狀態(tài)：No Power、WAIT_PRM、WAIT_CFG、DATA_EXCH[4]。軟件程序處理順序遵從狀態(tài)機(jī)制順序。軟件部分通過開放的開發(fā)包4相應(yīng)修改可得。

3 調(diào)試

為了驗(yàn)證本設(shè)計(jì)的當(dāng)中的工作性能和功能情況，需要設(shè)定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行調(diào)試。由于本文開發(fā)的為一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換接口模塊，因此必須有兩種協(xié)議數(shù)據(jù)的雙向傳送。本調(diào)試過程使用的主站為PLC314-2DP。下位機(jī)以轉(zhuǎn)換模塊作為從站，通過串口連接電腦組成簡(jiǎn)單的PROFIBUS-DP主從站網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能調(diào)試。

其中，PLC設(shè)定相應(yīng)傳輸程序通過DP線傳輸至電腦串口當(dāng)中，電腦使用串口助手進(jìn)行接收和發(fā)送。

通過以上波形圖（圖2）可以看出，轉(zhuǎn)換模塊可以完成相關(guān)轉(zhuǎn)換工作。但也存在了一些問題。調(diào)試過程中，使用的DP頭為自制的九針口。在正式的PROFIBUS-DP傳輸定義當(dāng)中，需要使用的是西門子公司的DP頭。正式的DP頭通過加入終端電阻可以使傳輸更加穩(wěn)定，減少傳輸錯(cuò)誤，減少毛刺。由上圖（圖3）可以看出，在DP線傳輸波形當(dāng)中，毛刺比較明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本文中設(shè)計(jì)的協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊可以完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸。其中采用了支持3.3 V電平的VPC3+C和C8051F340單片機(jī)。這種設(shè)計(jì)不僅比傳統(tǒng)的只支持5 V的SPC3的從站功耗更低，而且低電平也減少了高頻EMC影響，增加了從站數(shù)據(jù)傳輸可靠度。本模塊可以使用在需要進(jìn)行PLC控制的具有RS232接口的控制環(huán)境中。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃新民.RS232與PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線接口單元的開發(fā)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，1998（1）：17-19.

[2] 周濤，王維慶，張銳敏.PROFIBUS-DP智能轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶，2009（4）：77-79.

[3] 李勇.低壓配電開關(guān)柜智能監(jiān)控單元設(shè)計(jì)[D].成都：成都理工大學(xué)，2010.

[4] 孫鶴旭，梁濤，云利軍.PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007，4.