基于Profibus-DP智能通信模块设计及开发

摘要

用于设备级控制系统与分散式I/0通信的Profibus-DP是市场占有率绝对领先的总线技术。目前，我国对于Profibus-DP的应用和研究主要以国外的成套设备为主，而自主研究开发通信接口的却比较少。如何为仪表或电气设备开发Profibus-DP通信接口，以推动我国仪表业的智能化进程就显得尤为重要。本文针对现场总线的应用和发展趋势，研究设计了一种基于Profibus-DP的智能通信模块，主要内容有： (1)介绍了现场总线技术的概况及国内外发展历程，论述了Profibus-DP智能从站的发展状况及在我国的应用前景，指出目前Profibus-DP技术在我国的应用和研究的局限性及本课题的研究意义。 (2)研究了Profibus-DP现场总线基本理论，在比较Profibus-DP现场层的几种实现方案的基础上，提出了一种基于ASIC+单片机来开发Profibus-DP智能化从站通信接口的技术方案。 (3)研究并设计了基于西门子公司的SPC3芯片通信接口模块中的存储器扩展电路、ASIC接口、微处理器接口以及RS485接口电路，其中针对工程应用的特点，对普通RS485的连接方式做了改进，提高了系统的稳定性和抗干扰性。分析了Profibus-DP的从站状态机和Profibus-DP的缓冲区结构，设计开发了系统软件，阐述了软件的总体设计思想，给出了系统主程序文件、中断模块、电子设备数据文件等模块的软件设计与实现方法。 (4)将CP5611作为主站，结合开发的从站接口模块组成单主站单从站的Profbus-DP现场总线最小系统，对开发的从站接口模块进行了通信功能测试，给出了测试实验结果并对实验数据进行了分析。 样机系统测试表明，所设计的智能通信模块实现了Profibus-DP通信协议，作为通信接口可以应用于符合Profibus现场总线协议的智能仪表或分散到现场的输入输出设备的数据传输，达到了预期的设计目标。

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第1章绪论

1.1课题背景

1.2课题研究的目的及意义

1.3本文结构和主要内容

第2章Profibus总线技术及智能从站总体方案设计

2.1 Profibus总线技术

2.2 Profibus-DP总线技术

2.3 Profibus-DP智能从站总体方案设计

2.3.1 Profibus-DP智能从站设计的基本要求

2.3.2 Profibus-DP智能从站组成原理

第3章 Profibus-DP从站通信接口的硬件电路设计

3.1通信控制芯片选型

3.1.1 Profibus专用芯片

3.1.2 SPC3功能概述

3.1.3存储器分配

3.1.4 SPC3接口

3.2微处理器模块设计

3.3存储模块设计

3.4看门狗电路模块设计

3.5普通RS485总线接口模块设计

3.6 Profibus-DP接口模块设计

第4章 Profibus-DP从站通信接口软件开发

4.1软件设计概述

4.2 Profibus-DP从站状态机

4.3 Profibus-DP的缓冲区结构

4.4 Profibus-DP通信软件的总体结构

4.4.1主程序文件

4.4.2中断模块文件

4.4.3帮助函数文件

4.4.4电子设备数据文件(GSD)

第5章系统通信测试与结果分析

5.1测试平台及步骤

5.2测试结果与分析

5.3测试结论

总结与展望

参考文献

附录

致谢