由RS-232串口到PROFIBUS-DP總線的轉換接口設計

　　前言

　　PROFIBUS是一種國際化、開放式、不依賴于設備生產商的現場總線標準，廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通、電力等其他領域自動化。基于現場總線的控制系統要求現場儀表及設備必須具有現場通信能力，而我國目前的實際情況是：多數傳統儀表及現場設備并不具備現場總線接口，而完全使用國外進口設備將會使系統成本過高。如何將大量的傳統儀器設備連接到PROFIBUS總線上，實現PROFIBUS主站與傳統設備之間通信數據透明傳送，成為廣大用戶急于要解決的問題。如：具有RS-232接口的現場測量設備及儀表等，如何使其成為PROFIBUS總線上的一個從站。本文所講述的這個接口產品就是處理從RS-232到PROFIBUS-DP的協議轉換，起到一個橋的作用，我們稱之為總線橋。

　　1.PROFIBUS-DP網絡協議

　　PROFIBUS的網絡協議是以ISO頒布的OSI標準七層參考模型為基礎的，只是對第三層到第六層進行簡化。它的三種模塊（FMS、DP和PA）可以適應不同的應用對象和通信速率方面的要求，開放性也好。但它們均使用一致的總線存取協議，該協議是通過OSI參考模型第二層（數據鏈路層）來實現的，它包括了保證數據可靠性技術及傳輸協議和報文處理。

　　數據鏈路層協議媒體訪問控制（MAL）部分采用受控訪問的令牌總線（TokenBus）和主從方式。其中令牌總線與局域網IEEE8024協議一致，令牌在總線上的各主站間傳遞，持有令牌的主站獲得總線控制權，該主站依照關系表與從站或與其他主站進行通信。主從方式用于主站和從站間通信，其工作特點是：總線上一個主站控制著多個從站，主站與每一個從站建立一條邏輯鏈路；主站發出命令（Command），從站給出響應（response）；從站可以連續發送多個幀，直到無信息發送、達到發送數量或被主站停止為止。數據鏈路中幀的傳輸過程分為三個階段：數據鏈路建立、幀傳輸和鏈路釋放。PROFIBUS-DP并未采用ISO/OSI的應用層，而是自行設置一用戶層。該層定義了DP的功能、規范與擴展要求等。DP物理層與ISO/OSI參考模型的第一層相同，采用RS-485傳輸技術。

2.RS-232設備通信協議

　　RS-232只是設備通信物理層的一個標準，因此PROFIBUS主站必須向RS-232設備傳送它能夠理解的數據，這就是RS-232設備的通信協議。所以，為實現PROFIBUS主站與RS-232設備的有效數據通信，PROFIBUS主站編程人員應該了解RS-232設備的通信協議。RS-232設備的通信協議通常有以下兩類：

　　（1）具有應答關系和若干通信指令的通信協議

　　這是應用比較廣泛的通信格式，通信數據可以是ASIIC碼或二進制數據。對于這種設備，既有發送又有接收。用戶在主

　　站編程，按照協議規定的報文格式將通信數據填入RS-232總線橋的PROFIBUS數據輸出區，通過所產生的中斷啟動轉換接口將通信數據發送到設備，然后總線橋自動轉入接收狀態。當總線橋數據全部接收完RS-232設備的回答報文數據后，將回答報文數據自動填入PROFIBUS數據輸入區，這樣，PROFIBUS主站可以在PROFIBUS數據輸入區得到RS-232設備的回答報文數據。

　　（2）無應答關系、單純接收或發送數據（ASIIC碼或二進制數據）的通信協議

　　此類設備（如條碼掃描器）只通過RS-232接口向PROFIBUS主站發送數據，也有的設備（如顯示屏）只通過RS-232接收PROFIBUS主站發送的數據。PROFIBUS主站實現這類簡單通信協議的原理與第一種協議相同，只是不會出現沖突，編程更為簡單。

　　3.RS232總線橋硬件設計

　　RS232總線橋系統框圖如圖1所示：

3.1SPC3說明

　　西門子公司提供的SPC3是用于DP智能從站的協議專用芯片，也是本設計的關鍵器件。SPC3具有1.5K字節的報文幀存儲器、方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器及緩沖區等，各部分地址分配如表1。