PROFIBUS-DP现场总线通信协议

第 26 卷第 5 期 河 北 工 业 科 技 Vol. 26, No . 5 2009 年 9 月 H ebei Journal of Industr ial Science and Techno log y Sept. 2009 � � 文章编号: 1008�1534( 2009) 05�0349�04 PROFIBU S�DP 现场总线通信协议 何波丽,李胜旺 (河北科技大学信息科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院, 河北石家庄 � 050018) 摘 � 要:以开放式系统互联模型 ISO/ OSI 为参考,描述了 PROFIBUS�DP 现场总线通信协议的结 构,包括物理层的数据传输介质与数据传输格式, 数据链路层的数据报文与数据传输服务调用方法 及可用的传输服务。介绍了 PROFIBU S�DP 通信协议芯片 SPC3的结构特点和功能, 给出了 SPC3 与单片机 AT 89S52的接口电路图和相关的软件 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 图。 关键词:现场总线; PROFIBUS�DP 协议; SPC3 中图分类号: T P336 � � � 文献标识码: A Communicat ion protocol of PROFIBUS�DP HE Bo�li, L I Sheng�wang ( Colleg e o f Info rmation Science and Engineer ing, Hebei Univ ersity of Science and Techno log y, Shijiazhuang Hebei 050018, China) Abstract:Acco rding to the ISO / OSI r eference model , the structure o f the communication proto col o f PROFIBUS�DP was de� scribed, including data tr ansfer t echnolog y and message fo rmat of the physical layer , the data tr ansmission messages and the de� fined functions of t he data link layer, and the available transmission services. T he str ucture and function o f t he PROFIBUS�DP communication chip SPC3 were int roduced. T he int erface circuit diagr am between SPC3 and sing lechip AT89S52 and the flow char t of the softw are w ere put fo rw ard. Key words: fieldbus; PROFIBUS�DP pro tocol; SPC3 收稿日期: 2009�03�31;修回日期: 2009�05�25 责任编辑:李 � 穆 作者简介:何波丽( 1984� ) ,女,河北石家庄人,硕士研究生,主要 从事计算机测控方面的研究。 � � PROFIBU S�DP ( decentralized periphery) 适用 于设备级控制系统与分散式 I/ O 的通信。主站通 过 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的 PROFIBUS�DP 专用电缆与分散的现场 设备(远程 I/ O、驱动器、阀门、智能传感器或下层网 络等)进行通信, 对整个 DP 网络进行管理和控制。 在 PROFIBU S�DP 中多数数据交换是周期性的, 第 1类主站( M aster )循环地读取各从站( Slave)的输入 信息, 并向它们发出有关的输出信息。另外, 使用 PROFIBUS�DP 可取代 24 V 直流电压或 4~ 20 mA 信号传输。 1 � PROFIBUS�DP协议结构 PROFIBU S�DP的协议以 ISO/ OSI 模型为参 考,并对其进行了简化, 如表 1 所示[ 1]。PROFI� BU S�DP 使用了第 1层、第 2层和用户层, 第 3 层到 第 7层未使用(这些层必要的功能在第 2 层或用户 层中实现) , 这种精简的结构确保高速数据传输及较 小的系统开销。 表 1中 FMA1/ 2( f ieldBus management layer 1 and 2) 表示第 1 层和第 2 层的现场总线管理, DDLM ( direct data link mapper)表示直接数据链路 映射。 1. 1 � PROFIBUS�DP物理层 PROFIBU S�DP的物理层采用 RS�485标准,规 定了传输介质、物理连接和电气等特性。DP 的物 理层支持屏蔽双绞线和光缆 2 种传输介质,传输速 率从 9. 6 Kbit / s到 12 M bit / s。 表 1 � PROFIBU S�DP 的协议结构 Tab. 1 � Structure of PROFIBU S�DP prot ocol 用户层 DP设备行规 DP基本功能和扩展功能 DP用户接口 (直接数据链路映射程序 DDLM) 第 3层- 第 7层 � � 空 � 第 2层(数据链路层) � � 现场总线数据链路层 第 1层(物理层) � � � 物理层 FMA1/ 2 � � PROFIBUS�DP 交换数据使用异步传输技术和 NRZ( non r eturn to zero)不归零编码[ 2] , NRZ 编码 的二进制信号� 0 或� 1 的信号电平在信号持续期间 保持不变。PROFIBU S的数据帧由 11位组成,即 1 个起始位(起始位总为 0)、8个数据位、1 个校验位 和 1个停止位(停止位总为 1) ,图 1所示为 PROFI� BUS 数据帧格式和 NRZ编码。 图 1 � 数据帧格式和 NRZ 编码 Fig. 1� Format o f dat a f rames and non return to zer o coding 1. 2 � PROFIBUS�DP数据链路层 根据 OSI参考模型,第 2层 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 了介质访问控 制、数据安全性、传输协议和报文处理。DP 中的第 2层称为 FDL( f ieldbus data link)数据链路层,下面 为 PROFIBU S�DP 规定的几种重要的报文格式 [ 3]。 1) SD1 � 无数据域, 只是用作查询总线上的激 活站点。 SD1 DA SA FC FCS ED 0x10 xx xx x x 0x16 2) SD2 � 带有固定 8字节长的数据域。 SD2 DA SA FC DU FCS ED 0x A2 xx xx x x x 0x16 3) SD3 � 数据域长度可变, 参数域的配置多且 功能强大, 是 PROFIBU S 中应用最多的一种帧结 构,常用于 SRD( send and reqest data)发送和请求 回答数据服务。 SD3 LE LEr SD DA SA FC DU FCS ED 0x68 x x 0x68 x x xx x x x 0x16 4) SD4 � 令牌帧,固定结构。 SD4 DA SA 0x DC xx xx 将以上帧结构中的各个域中的符号定义如表 2 所示。 表 2 � 报文帧结构中的符号定义 Tab. 2 � Definitio n o f symbol in frame structure 符号 定 � � 义 SD Start Delimiter(起始符) LE Length,包括 DA, SA, FC, DSAP, S SAP 在内的所有用户 数据的长度 LE r Length Repeat , L E的重复 DA Dest inat ion Add ress (目的地址) ,传输的目的地址 SA Sou rce Adress(源地址) ,传输的源地址 FC Function Code(功能码域) ,用于标示本帧的类型 DU Data Un it (用户数据域) ,用于放置携带的用户数据 FCS Frame Checkin g S equen ce对帧中各个数据域的代数和,由 ASIC自动计算给出 ED End Delimiter(结束符) ,标志着本报文帧的结束, 固定为 0x16 数据链路层为用户层提供了 4种传输服务,即 发送需要确认的数据 SDA ( send data w ith ac� know ledge)、发送不需要确认的数据 SDN( send da� ta w ith no acknow ledge)、发送并请求回答数据 SRD、周期性发送并请求回答数据 CSRD ( cyclic send and reqest data)。用户和 FDL 之间的这些服 务用它们的服务原语和相关参数实现。PROFI� BU S�DP使用的服务包括 SDN 和 SRD 服务。在 PROFIBU S�DP中,每个 SAP( service access point) 服务访问点都赋有一个明确的功能。 1. 3 � PROFIBUS�DP用户层 PROFIBU S�DP的用户层包括直接数据链路映 射 DDLM , DP 的基本功能、用户接口等。其中 DDLM 是预先定义的直接数据链路映射程序,将所 有的在用户接口中传送的功能都能映射到第 2层 FDL 和 FMA1/ 2服务。它向第 2层发送功能调用 中 SSAP 源服务访问点和 DSAP 目的服务访问点 等必需的参数,接收来自第 2层的确认和指示并将 它们传送给用户接口。 根据 PROFIBU S�DP 的通信模型, 1 类主站和 从站的用户层都有用户接口。 350 河 � 北 � 工 � 业 � 科 � 技 � � � � � � � � � � � � � � � � 第 26 卷 � 1类主站的用户接口包括数据接口和服务接 口。数据接口包括主站参数集、诊断数据和输入/输 出数据。其中主站参数集包含总线参数集和 DP 从 站参数集,是总线参数和从站参数在主站上的映射。 通过服务接口, 用户可以在用户接口的循环操作中 异步调用非循环功能。服务接口包括以下 7项 [ 4] : 1)设定用户接口操作模式( Set_Mode) ; 2)指示操作 模式改变 ( M ode _ Change ) ; 3 ) 加载总线参数集 ( Load_Bus_Par) ; 4)同步数据传输( M ar k) ; 5)对从 站的全局控制命令( Global_ Contro l) ; 6)读统计计 数器( Read _Value) ; 7) 清零统计计数器( Delete_ SC)。 在 DP 从站中, 用户接口被创建为数据接口, 从 站用户接口状态机实现对数据交换的监视。用户接 口分析本地发生的 FDL 和 DDLM 错误并将结果放 入DDLM_Fault . ind中。用户接口保持与实际应用 过程之间的同步,并且该同步的实现依赖于一些功 能的执行过程。 2 � PROFIBUS�DP的通信 2. 1 � PROFIBUS�DP的通信协议芯片 原则上, PROFIBUS 协议在任何微处理器上都 可以实现。在微处理器内部或外部安装异步串行通 信接口( U ART )即可完成。但当数据传输速率超过 500 Kbit / s或需要使用 IEC1158�2 传输技术时, 建 议使用协议专用芯片。ASICs 芯片 SPC3 是一种用 于从站的智能通信芯片, 支持 ROFIBUS�DP 协议。 SPC3具有 1. 5 Kbyte 的信息报文存储器, 采用 44 管脚的 PQFP 封装。由于集成了 PROFIBUS�DP 协议, SPC3 可独立完成全部 PROFIBUS�DP 通信 功能[ 5] ,这样可加速通信的执行,而且可以减轻微处 理器中的负担。 2. 2 � PROFIBUS�DP通信接口的实现 SPC3可与各种微处理器相连, 其内部的总线 接口单元形成了 SPC3到微处理器的接口, 它是 1 个有 11条地址线的 8位数据接口,可通过配置与微 处理器相匹配(见图 2)。在开发中, 接口板 CPU 芯 片选用了 AT 89S52(采用 PLCC 封装形式的) , DP 从站用 AT89S52 作为处理器单元管理通信事务, SPC3协议芯片则完成数据的转换和收发功能。扩 展的数据存储器完成数据的存储和处理功能, AT89S52与 SPC3之间通过双口 RAM 交换数据, SPC3的双口 RAM 在 AT 89S52地址空间中统一分 配地址, AT 89S52 将 SPC3 的双口 RAM 作为自己 的外部 RAM ,通过 P0 和 P2 口与双口 RAM 连接, P0口作为数据线和低 8 位地址线, P2 口作为高 8 位地址线[ 6]。SPC3设置为 Inter 同步方式,在这种 模式下, SPC3的片选信号 XCTS 必须接高电平,由 内部地址解码电路产生片选信号。此时 AB8 ! AB10接地, DB0 ! DB7为地址/数据复用总线,提供 低 8 位地址和数据, 高三位地址由 AB0 ! AB2 产 生, AB3 ! AB7 产生 SPC3 的片选信号, 只有在 AB4 ! AB7同时为 0时,才能选中SPC3。由图2可 以看出, P2. 7经过反相器后接 SPC3 的 AB7, 所以 SPC3的片选信号为 8000H , SPC3内部 RAM 范围 8000H~ 85FFH。SPC3 复位脚接单片机的 P3. 4, 加电后通过编程使 P3. 4脚产生一个脉冲信号输出 到 SPC3, 使 SPC3复位。 图 2 � SPC3与 AT 89S52的接口电路 F ig . 2 � Hardw are inter face circuit diagr am betw een SPC3 and AT89S52 2. 3 � PROFIBUS�DP从站程序 设计 PROFIBU S�DP 从站程序主要用于 DP 协 议的执行和通过 I/ O 宏接口实现 DP 主、从站间的 数据交换, 此外还用于从站的诊断。PROFIBUS� DP 从站程序流程图见图 3[ 7 ]。 SPC3 上电复位后, 正常工作之前必须进行初 始化,以配置需要的寄存器,包括设置协议芯片的中 断允许,写入从站识别号和地址, 设置 SPC3方式寄 存器,设置诊断缓冲区,参数缓冲区, 配置缓冲区,地 址缓冲区,初始化长度,并根据以上初始值得出各个 缓冲区的指针和辅助缓冲区的指针[ 8]。SPC3初始 化完成后,主站和从站才进入数据阶段。主站首先 发送请求诊断报文,检查从站的运行情况。当收到 请求反应后, 检查是否有其他主站占用此从站。如 果没有,则进行参数设置和配置检查,然后再进行诊 351� 第 5 期 � � � � � � � � � � � � 何波丽等 � PROFIBUS�DP 现场总线通信协议 图 3 � 程序流程图 Fig. 3 � F low cha rt of pr og ram 断报文请求。当参数化或配置错误或被其他主站占 用时,主站将返回初态, 重新检查从站的准备情况。 当发生静态用户诊断或从站没有准备好, 主站将不 断进行报文请求, 直到没有此种诊断信息为止。当 无错误时,主站与从站将进行数据交换。 3 � 结 � 语 PROFIBU S作为一种过程控制现场总线得到 广泛的应用。研究 PROFIBU S�DP 通信协议,掌握 PROFIBU S 现场总线技术,设计 PROFIBU S�DP 从 站通信接口,有利于自主研发具有 PROFIBU S通信 功能的智能从站设备, 对推动国内现场总线工业的 发展具有积极的作用。 参考文献: [ 1] � 孙鹤旭,梁 � 涛,云利军. 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