基于Profibus-DP現場總線通信接口設計
Profibus是開放的、與制造商無關、無知識產權保護的標準。因此世界上任何人都可以獲得該標準并設計各自的軟硬件解決方案。Pro-fibus-DP通信接口的開發有兩種方案選擇:單片機+軟件;單片機+Profibus通信芯片ASIC。
方案2中Profibus-DP協議完全由Profibus通信ASIC來實現,單片機主要處理用戶程序。因此方案2開發周期相對少很多,本文將采用單片機+Profibus通信ASIC來實現Profibus通信接口的設計。
1 Profibus-DP基本特性
Profibus包括三個兼容系列:Profibus-FMS,Profibus-DP,Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務用于完成以中等傳輸速度進行的循環和非循環的通信服務;DP是一種經過優化的高速廉價的通信連接,適用于實時性要求較高的場合,主要用于自動控制與分散式外設之間的通信;PA是專為過程自動化而設計,具有本質安全性,用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點。
1.1 協議結構
Profibus-DP協議采用了ISO/OSI模型的第1層(物理層)、第2層(數據鏈路層),除去了3~7層,并自定義了用戶接口層,這種協議結構保證了數據傳輸的快速有效。
1.2 報文結構
Profibus-DP數據編碼采用異步不歸零制,傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數據傳輸中發生沖突而導致數據丟失,在每個請求報文發送前必須保證33位(同步時間)的空載狀態。在單個字符間所有數據傳送時沒有間隙,即無縫。各種報文的格式如圖1所示。
1.3 Profibus-DP從站狀態機
圖2為DP從站狀態機的簡單圖示。各種橢圓表示不同的狀態,帶箭頭的連線表示狀態間的轉換,連線上的文字表示狀態轉換所需滿足的條件。
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