Profibus-DP主站接口技术研究与产品开发

摘要

PROFIBUS总线是德国和西门子制定的一种工业通信标准。目前，已经成为我国现场总线中的一种国家标准。PROFIBUS总线能够用于各种工业领域。PROFBUS又分为DP和PA两种总线。DP是用于离散工业控制，PA主要用于具有防爆要求的过程工业。PROFIBUS的工作是以主站、从站的形式在总线上通信。
　　 就主站开发而言：
　　 1、主站需要具备和从站循环通信的功能，循环通信功能是和从站进行数据交换的基本功能。再和从站进入数据交换状态之前，主站需要让从站经过诊断、参数化、配置和再诊断四个状态转换；另外，主站需要向所属从站实现全局控制的功能；这四个状态和全局控制之间的转换也就构成了主站的循环通信机制。
　　 2、主站还要具备和总线上其它主站通信的功能，也就是令牌的交换。令牌环的生成、主站怎样加入已经存在的总线，怎样允许新的主站加入总线，怎样去掉调电主站，怎样克服干扰恢复令牌间通信，这些就构成了主站的令牌机制。
　　 从开发途径而言：
　　 1、采用西门子ASPC2协议芯片，作为主站网卡的开发。但是，ASPC2只有物理层，数据链路和应用层都没有集成，西门子又封锁了主站技术，如果采用ASPC2开发必然带来很大的麻烦。
　　 2、另外就是采用输入输出缓存较大的单片机，比如AVR或者ARM。虽然通信速率要受到一些限制，但是足够做出一个主站网卡。但是这就需要研发人员特别熟悉主站的通信机制和控制时序，需要仔细研读枯燥的PROFIBUS通信协议。而且需要完成大量的主站程序。提高了研发人员的要求，却降低了成本。
　　 主站网卡通信的实现也就标志主站通信机制的完成。这对主站的研发将是很大的一个推动作用。

目录

文摘

英文文摘

学位论文数据集

第一章 绪论

1.1 现场总线技术的概念

1.2 现场总线产生的意义

1.3 现场总线标准

1.4 PROFIBUS现场总线

1.5 PROFIBUS-DP的现状

1.6 PROFIBU-DP主站开发的方案选择

1.6.1 采用ASPC2协议芯片

1.6.2 采用高速单片机芯片

第二章 PROFIBUS-DP主站工作状态机制

2.1 初始化CPU

2.2 令牌环部分

2.3 循环通信部分

2.4 全局控制部分

2.5 令牌维护

第三章 总线时间参数

3.1 同步时间TSYN

3.1.1 定义

3.1.2 大小

3.1.3 注释

3.1.4 启动

3.2 站延迟时间TSDX

3.2.1 从站延迟时间TSDR

3.2.2 主站延迟时间TSDI

3.3 空闲时间TID

3.3.1 空闲时间TID1

3.3.2 空闲时间TID2

3.3.3 对TID1值大小选择的说明

3.4 传输延迟时间T1D

3.4.1 定义

3.4.2 图示

3.4.3 注释

3.5 时隙时间TSL

3.5.1 时隙时间TSL1

3.5.2 时隙时间TSL2

3.6 超时时间TT0

3.6.1 定义

3.6.2 大小

3.6.3 启动

3.6.4 注释

3.7 总线时间总结

第四章 PROFIBUS-DP主站硬件原理样机

4.1 硬件设计

4.1.1 完成PROFIBUS通信协议的CPU

4.1.2 PROFIBUS端的电路描述

4.1.3 232接收配置信息端的电路描述

4.1.4 数据存储的电路描述

4.1.5 电源

4.2 开发平台

第五章 PROFIBUS-DP主站软件部分具体实现

5.1 信息的存储

5.1.1 主站信息

5.1.2 从站信息

5.2 提取报文的公共部分

5.3 输出报文的FC

5.4 服务于令牌环的结构体

5.5 初始化

5.6 获取总线信息

5.6.1 总线信息获取的描述

5.6.2 总线信息获取的程序结构

5.7 设置变量参数

5.8 速率选择

5.9 报文公共部分的初始化

5.10 计算诊断、参数化、配置报文的FCS

5.11 主站令牌环置初值

5.12 进入PROFIBUS主站通信

5.13 超时时间内未收到报文的情况

5.13.1 设置GAP维护的初始地址

5.13.2 传递令牌给自身

5.14 超时时间内收到报文的情况

5.14.1 监听令牌报文两轮

5.14.2 形成令牌列表

5.15 总线的进入

5.15.1 GAP询问

5.15.2 GAP回答

5.15.3 GAP回答的接收

5.15.4 GAP分析

5.15.5 修改GAP维护的站地址

5.15.6 接收GAP或令牌

5.16 循环通信

5.16.1 数据交换

5.16.2 全局控制

5.17 交换令牌

5.17.1 传递令牌

5.17.2 接收令牌

5.18 定时器的实现

5.18.1 定时器0

5.18.2 定时器1

5.18.3 定时器2

5.18.4 定时器3

5.19 AVR Studio设置

第六章 结论

6.1 样机配置图6-1

6.2 主站和从站的数据交换报文

6.3 主站对从站诊断、参数化、配置、再诊断和数据交换进入的过程

6.4 主站和西门子主站令牌交换

6.5 主站发现西门子主站下电，2次传递令牌之后单独控制总线，传递令牌给自

6.6 允许加入新主站

6.7 意义

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者与导师简介

北京化工大学 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书