基于PROFIBUS的智能接口芯片SPC3及其应用
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:558
关键词：AT89C52；PROFIBUS；SPC3；RS-485；DP协议
１ 引言
ＳＰＣ３是一种可以广泛应用于工业现场总线ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ的智能接口芯片。现场总线技术是一种实现现场级设备数字化通信的工业现场层网络通信技术，它可用一条电缆将现场设备连接起来以完成现场设备控制、监测和远程参数化等功能。
烟草行业的数据采集与监控系统的数据传输量大，实时性强，并要求在较短的时间内完成各种参数的设置和数据更新。如一个卷接机组生产速度每分钟可达１６０００支，这样，在高速运行过程中，机组要对生产的烟支重量、质量等进行实时在线检测、计算判断与控制，并采集整个机组的运行状态、各传感器执行器的工作状况以及各分控制系统的实时数据，要求其控制系统必须具有较高的实时性、精确性、可靠性。因此，在卷接机组电控系统的设计中，笔者采用了ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线技术，其总控系统与各分系统的接口芯片采用了ＳＰＣ３。
２ ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线和ＳＰＣ３芯片简介
２．１ ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线
ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。数据通讯采用标准ＲＳ－４８５接口，传输速率可达１２Ｍｂｐｓ，传输距离可达２３．８ｋｍ，而且响应时间短、抗干扰能力强。通过双绞线或光缆进行数据传输，极易扩展，它不但能与执行器、传感器接口进行连接，也可以通过各种专用集成电路（ＡＳＩＣ）和接口模块来简化设备的连接，最多可以连接１２５个节点。
２．２ 智能芯片ＳＰＣ３
根据传输数据量的大小和智能化程度，ＳＩＭＥＮＳ公司提供了ＳＰＣ２、ＳＰＣ３、ＬＳＰＭ２等不同种类的芯片来连接ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站与从站。这里笔者选用ＳＰＣ３来完成本系统的设计。ＳＰＣ３（ＳＩＭＥＮＳ ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬＥＲ ）集成了完整的ＤＰ协议，其中包括方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器、各种缓冲器指针和缓冲区等。该芯片内部含有１．５ｋＢ的 ＲＡＭ，带有１１位地址线的并行８位接口，全部存储器分为１９２段，每段８个字节，用户可以立即寻址。ＳＰＣ３支持所有８位处理机和微处理器。也可以自动完成“字节转换”，这使得摩托罗拉处理器可以直接正确读取１６位值，通常读和写可通过两个口（８位数据总线）来完成。
ＳＰＣ３中集成有一个保护监视定时器（ＷＡＴＣＨＤＯＧ），应用处理器出现故障时，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ 通信将被禁止，这样就不至于危及外围设备。作为ＳＰＣ３的心脏，微处理器（ＭＩＣＲＯ ＳＥＱＵＥＮＣＥＲ）控制着系统整个工作过程。在ＵＡＲＴ中，并行数据流和串行数据流完成互换。ＳＰＣ３在发送第一个字符前会产生ＲＴＳ（ＲＥＱＵＥＳＴ－ＴＯ－ＳＥＮＤ）信号，即请求发送信号。另外，ＳＰＣ３还具有自动辨识波特率（９．６ｋ～１２Ｍｂｐｓ）的功能。
３ 在ＺＪ１９Ｅ电控系统中的应用
ＺＪ１９Ｅ卷接机组电控系统选择西门子公司工控机作为主站，与触摸屏组成人机界面采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线技术和美国Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ公司的Ｉｎ-Ｔｏｕｃｈ７．０工业组态软件实现与重量控制系统、质量检测系统等从站的通讯与数据交换。在每个ＤＰ从站中都有ＳＰＣ３芯片及其相关的硬件电路。主站上可以设置各种参数，如：机器运行速度、进料情况、烟支数量、烟支稀释度上下限、烟支重量上下限等。从站参照这些设定值来控制机器的正常运转；而机器动态、静态的各种参数则由每个从站进行搜集整理并可在主站上一览无余。中间的数据传输就是ＰＲＯＦＩＢＵＳ的功劳了。每一个模块（主、从站）的功能实施均可依靠软件来完成。整个电控系统的框图如图１所示。
３．１ 硬件设计
图２所示是本系统的硬件框图。ＡＴ８９Ｃ５２是采用先进的ＣＭＯＳ工艺制造的８位微控制器。它具有并行可编程功能的非易失性ＦＬＡＳＨ存储器，是８０Ｃ５１的派生器件。该控制器具有运算速度快、兼容ＭＣＳ５１指令集的特点，可以闪速可编程、可擦除。它有三个１６位定时／计数器
关键词：AT89C52；PROFIBUS；SPC3；RS-485；DP协议
１ 引言
ＳＰＣ３是一种可以广泛应用于工业现场总线ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ的智能接口芯片。现场总线技术是一种实现现场级设备数字化通信的工业现场层网络通信技术，它可用一条电缆将现场设备连接起来以完成现场设备控制、监测和远程参数化等功能。
烟草行业的数据采集与监控系统的数据传输量大，实时性强，并要求在较短的时间内完成各种参数的设置和数据更新。如一个卷接机组生产速度每分钟可达１６０００支，这样，在高速运行过程中，机组要对生产的烟支重量、质量等进行实时在线检测、计算判断与控制，并采集整个机组的运行状态、各传感器执行器的工作状况以及各分控制系统的实时数据，要求其控制系统必须具有较高的实时性、精确性、可靠性。因此，在卷接机组电控系统的设计中，笔者采用了ＰＲＯＦＩＢＵＳ现场总线技术，其总控系统与各分系统的接口芯片采用了ＳＰＣ３。
２ ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线和ＳＰＣ３芯片简介
２．１ ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线
ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ是欧洲首屈一指的开放式现场总线系统，它的应用领域包括加工制造自动化、过程自动化和楼宇自动化。数据通讯采用标准ＲＳ－４８５接口，传输速率可达１２Ｍｂｐｓ，传输距离可达２３．８ｋｍ，而且响应时间短、抗干扰能力强。通过双绞线或光缆进行数据传输，极易扩展，它不但能与执行器、传感器接口进行连接，也可以通过各种专用集成电路（ＡＳＩＣ）和接口模块来简化设备的连接，最多可以连接１２５个节点。
２．２ 智能芯片ＳＰＣ３
根据传输数据量的大小和智能化程度，ＳＩＭＥＮＳ公司提供了ＳＰＣ２、ＳＰＣ３、ＬＳＰＭ２等不同种类的芯片来连接ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站与从站。这里笔者选用ＳＰＣ３来完成本系统的设计。ＳＰＣ３（ＳＩＭＥＮＳ ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬＥＲ ）集成了完整的ＤＰ协议，其中包括方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器、各种缓冲器指针和缓冲区等。该芯片内部含有１．５ｋＢ的 ＲＡＭ，带有１１位地址线的并行８位接口，全部存储器分为１９２段，每段８个字节，用户可以立即寻址。ＳＰＣ３支持所有８位处理机和微处理器。也可以自动完成“字节转换”，这使得摩托罗拉处理器可以直接正确读取１６位值，通常读和写可通过两个口（８位数据总线）来完成。
ＳＰＣ３中集成有一个保护监视定时器（ＷＡＴＣＨＤＯＧ），应用处理器出现故障时，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ 通信将被禁止，这样就不至于危及外围设备。作为ＳＰＣ３的心脏，微处理器（ＭＩＣＲＯ ＳＥＱＵＥＮＣＥＲ）控制着系统整个工作过程。在ＵＡＲＴ中，并行数据流和串行数据流完成互换。ＳＰＣ３在发送第一个字符前会产生ＲＴＳ（ＲＥＱＵＥＳＴ－ＴＯ－ＳＥＮＤ）信号，即请求发送信号。另外，ＳＰＣ３还具有自动辨识波特率（９．６ｋ～１２Ｍｂｐｓ）的功能。
３ 在ＺＪ１９Ｅ电控系统中的应用
ＺＪ１９Ｅ卷接机组电控系统选择西门子公司工控机作为主站，与触摸屏组成人机界面采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ总线技术和美国Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ公司的Ｉｎ-Ｔｏｕｃｈ７．０工业组态软件实现与重量控制系统、质量检测系统等从站的通讯与数据交换。在每个ＤＰ从站中都有ＳＰＣ３芯片及其相关的硬件电路。主站上可以设置各种参数，如：机器运行速度、进料情况、烟支数量、烟支稀释度上下限、烟支重量上下限等。从站参照这些设定值来控制机器的正常运转；而机器动态、静态的各种参数则由每个从站进行搜集整理并可在主站上一览无余。中间的数据传输就是ＰＲＯＦＩＢＵＳ的功劳了。每一个模块（主、从站）的功能实施均可依靠软件来完成。整个电控系统的框图如图１所示。
３．１ 硬件设计
图２所示是本系统的硬件框图。ＡＴ８９Ｃ５２是采用先进的ＣＭＯＳ工艺制造的８位微控制器。它具有并行可编程功能的非易失性ＦＬＡＳＨ存储器，是８０Ｃ５１的派生器件。该控制器具有运算速度快、兼容ＭＣＳ５１指令集的特点，可以闪速可编程、可擦除。它有三个１６位定时／计数器
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