基于MSP430單片機的Profibus-DP通信接口的開發

　　Profibus是開放的、與制造商無關、無知識產權保護的標準。因此世界上任何人都可以獲得該標準并設計各自的軟硬件解決方案。Pro-fibus-DP通信接口的開發有兩種方案選擇：單片機+軟件;單片機+Profibus通信芯片ASIC。

　　方案2中Profibus-DP協議完全由Profibus通信ASIC來實現，單片機主要處理用戶程序。因此方案2開發周期相對少很多，本文將采用單片機+Profibus通信ASIC來實現Profibus通信接口的設計。

　　1 Profibus-DP基本特性

　　Profibus包括三個兼容系列：Profibus-FMS，Profibus-DP，Profibus-PA。FMS提供大量的通信服務用于完成以中等傳輸速度進行的循環和非循環的通信服務;DP是一種經過優化的高速廉價的通信連接，適用于實時性要求較高的場合，主要用于自動控制與分散式外設之間的通信;PA是專為過程自動化而設計，具有本質安全性，用于安全性要求較高的場合及總線供電的站點。

　　1.1 協議結構

　　Profibus-DP協議采用了ISO/OSI模型的第1層(物理層)、第2層(數據鏈路層)，除去了3～7層，并自定義了用戶接口層，這種協議結構保證了數據傳輸的快速有效。

　　1.2 報文結構

　　Profibus-DP數據編碼采用異步不歸零制，傳輸線的空載電平為“1”。為了避免數據傳輸中發生沖突而導致數據丟失，在每個請求報文發送前必須保證33位(同步時間)的空載狀態。在單個字符間所有數據傳送時沒有間隙，即無縫。各種報文的格式如圖1所示。

　　1.3 Profibus-DP從站狀態機

　　圖2為DP從站狀態機的簡單圖示。各種橢圓表示不同的狀態，帶箭頭的連線表示狀態間的轉換，連線上的文字表示狀態轉換所需滿足的條件。

　　只有在Power_on狀態，從站可以接收來自二類主站的“Set_Slave_Address報文，從而改變從站地址，從站應具有非易失性存儲器來存儲從站地址。內部啟動后，從站進入wait_Prm狀態，等待“Wait_Prm”報文。參數化報文由用戶組態時給定，包括一些標準的信息，如識別號、同步鎖定能力，還包括了一些用戶特別定義的數據，另外，在此狀態從站還可以接收“Get_Cfg”報文、“Slave_Diag”報文，但拒絕處理其他報文，不能進行數據通信。如果Set_Prm正確，從站進入wait_Cfg狀態，等待“Check_Cfg”報文，該報文規定主站對它的配置信息，即數據交換中的輸入輸出字節數。此外，也可接收“Get_Cfg”報文、“Slave_Diag”的報文。當參數化與配置正確通信，在此狀態，從站可以接收以下報文：Data_Exchange_Ok、Writing_outputs，Reading_Inputs，Global_Control，Slave_Diag，Get_Cfg等。從站接收主站的狀態請求后，以高優先級的診斷報文作為應答。診斷信息包括了標準診斷信息和與用戶有關的信息。

　　2 通信接口硬件設計

　　本文選用的Profibus-DP的通信協議芯片為SPC3。SPC3集成了全部的Profibus-DP協議。SPC3在DP方式下將完成所有DP-SAP的設置。SPC3內部集成了1.5 KB的雙口RAM，包括參數寄存器、方式寄存器、狀態寄存器，中斷控制器等。SPC3內部集成的看門狗定時器有3種工作狀態：波特率檢測、波特率控制和從站控制。內部的USART可實現并行數據流和串行數據流的相互轉換。微順序控制器控制整個工作過程。空閑定時器直接控制串行總線的時序。

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