基于ProfibusDP的自适应波特率HUB模块设计与应用

摘要

Profibus DP（Decentralized Periphery）是一种经过优化的高速通信连接，是专为自动化控制系统和设备级分散I/O之间的通信设计，可应用于分布式控制系统的数据传输。HUB模块作为网络物理层和数据链路层上面的连接设备，主要功能是作为通信模块完成主控和I/O之间的数据和物理连接，通过对传输数据信号的通道选取，以及开关控制，达到扩展链路甚至机柜，增加主控下挂I/O模块以及其他设备数量的目的。另外，HUB模块实现网络段的划分，上下级网络段之间电气隔离，实现故障隔离功能，防止故障扩散导致系统瘫痪。
　　本次设计就是立足于HUB模块基本功能要求，并且依据Profibus DP协议，首先对模块需要完成的功能进行电路仿真，确定总体架构和设计方向。然后利用PADS、Keil、Quartus等软件环境，以及实际硬件电路调试与实验，完成HUB模块设计，实现了HUB模块对于整个DCS系统物理连接以及数据收发的功能。最后对所设计的模块进行测试，对硬件电路以及固件进行调试和完善。并且在HUB模块作为一个通信模块的基础上，实现了对环境温度以及现场电源监控的功能，增加所设计模块的应用价值。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1 课题研究背景和选题意义

1.2 Profibus现场总线概述

1.3 国内外相关技术发展现状

1.4 论文主要研究内容和设计创新

1.5 设计难点

1.6 论文结构

第二章 自适应波特率HUB模块硬件逻辑设计

2.1模块功能和硬件总体架构

2.2电源功能电路设计

2.3 复位电路设计

2.4 调试接口分析

2.5 DP电路设计

2.6 环境温度和现场电源监测电路设计

2.7 时钟单元电路设计

2.9 指示灯及硬件接口定义

第三章 自适应波特率HUB模块FPGA固件实现

3.1 FPGA固件总体架构设计

3.2 数据接收模块设计

3.2 波特率检测模块

3.3 故障检测模块设计

3.4 数据发送以及控制LED灯模块设计

第四章 自适应波特率HUB模块MCU固件实现

4.1 MCU固件总体架构设计

4.2周期上报数据模块设计

4.3诊断数据模块设计

4.4读取电源状态模块设计

第五章 测试和应用

5.1气候环境以及EMC电磁兼容测试

5.2 HUB模块系统集成测试

5.3 HUB模块现场应用

第六章 总结和展望

6.1 设计总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录

附录A：自适应波特率HUB模块模板实物图

附录B：带有自适应波特率HUB模块的机柜

附录C：部分测试结果波形

作者简介