專利名稱：一種適用于現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，具體地說，是指一種適用于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換接口裝置。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息交換的范圍正迅速覆蓋從工廠的管理、控制到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的各個(gè)層次，并逐步形成了全分布式網(wǎng)絡(luò)集成自動(dòng)化系統(tǒng)和以此為基礎(chǔ)的企業(yè)信息系統(tǒng)?，F(xiàn)場(chǎng)總線就是順應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)而發(fā)展起來的新技術(shù)。
Profibus-DP是一種國(guó)際化，開放式，不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，廣泛適用于制造業(yè)自動(dòng)化、樓宇自動(dòng)化、交通管理自動(dòng)化、過程自動(dòng)化、電力工業(yè)和電力輸送等領(lǐng)域自動(dòng)化，是使用最頻繁的通信行規(guī)。
為了使各種應(yīng)用設(shè)備(如控制器、智能儀器儀表等)能夠?qū)崿F(xiàn)與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線通訊，開發(fā)一種可重復(fù)利用的、相對(duì)獨(dú)立的、通用的Profibus-DP智能從站接口裝置是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種可以作為Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的一個(gè)從站的轉(zhuǎn)換接口裝置，該轉(zhuǎn)換接口裝置與應(yīng)用設(shè)備采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換接口裝置與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)串行方式傳輸數(shù)據(jù)信息。
本實(shí)用新型的一種適用于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換接口裝置，包括殼體、硬件電路控制模塊、以及設(shè)在殼體上的指示燈，所述的硬件電路控制模塊至少有單片機(jī)、存儲(chǔ)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、譯碼器、DIP開關(guān)、通訊接口電路、電源電路，還包括雙端口RAM和34針的接口電路。雙端口RAM的數(shù)據(jù)線D0～D7管腳分別與34針的接口電路的D0～D7管腳連接，數(shù)據(jù)線DB0～DB7管腳分別與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線連接；雙端口RAM的地址線A0～A10管腳分別與34針的接口電路的A0～A10管腳連接，地址線AB0～AB10管腳分別與單片機(jī)的地址線連接；雙端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳分別與34針的接口電路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳連接，雙端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳分別與單片機(jī)的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳連接；雙端口RAM的片選信號(hào)CER管腳與譯碼器的片選信號(hào)CER管腳連接；雙端口RAM和34針的接口電路的其它管腳為常規(guī)連接；所述的通訊接口電路由RS485驅(qū)動(dòng)電路和光電隔離電路組成，所述的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的RTS、RXD、TXD管腳分別與光電隔離電路連接，接收與發(fā)射信息經(jīng)光電隔離電路后分別與RS485驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
所述的轉(zhuǎn)換接口裝置與應(yīng)用設(shè)備采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)信息，與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)信息。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)(1)適合于各種具有獨(dú)立處理功能的應(yīng)用設(shè)備，通用性強(qiáng)；(2)可作為可選件，獨(dú)立性強(qiáng)；(3)采用C語(yǔ)言模塊化應(yīng)用端軟件，對(duì)于不同的應(yīng)用設(shè)備處理器可復(fù)用性較強(qiáng)。


圖1是本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是與應(yīng)用設(shè)備連接的接口電路的電路原理圖。
圖3是雙端口RAM的電路原理圖。
圖4是通訊接口電路原理圖。
圖5是指示燈的連接示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換接口裝置與應(yīng)用設(shè)備采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換接口裝置與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)串行方式傳輸數(shù)據(jù)信息。在本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換接口裝置中增加一34針的接口和雙端口RAM，并且與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線采用并行方式的RS485驅(qū)動(dòng)電路及9針插頭與其通訊。這樣可以達(dá)到傳輸速度快的特點(diǎn)。通過34針的接口以有線方式與應(yīng)用設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，轉(zhuǎn)換接口裝置通過9針接口以有線方式與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線連接，這樣便使應(yīng)用設(shè)備成為了Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線上的一個(gè)從站，數(shù)據(jù)信息經(jīng)該裝置與應(yīng)用設(shè)備的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行交互。
本實(shí)用新型轉(zhuǎn)換接口裝置，包括殼體、硬件電路控制模塊、以及設(shè)在殼體上的指示燈，所述的硬件電路控制模塊至少有單片機(jī)、存儲(chǔ)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、譯碼器、DIP開關(guān)、通訊接口電路、電源電路，以及雙端口RAM和34針的接口電路，雙端口RAM的數(shù)據(jù)線D0～D7管腳分別與34針的接口電路的D0～D7管腳連接，數(shù)據(jù)線DB0～DB7管腳分別與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線連接；雙端口RAM的地址線A0～A10管腳分別與34針的接口電路的A0～A10管腳連接，地址線AB0～AB10管腳分別與單片機(jī)的地址線連接；雙端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳分別與34針的接口電路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳連接，雙端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳分別與單片機(jī)的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳連接；雙端口RAM的片選信號(hào)CER管腳與譯碼器的片選信號(hào)CER管腳連接；雙端口RAM和34針的接口電路的其它管腳為常規(guī)連接；所述的通訊接口電路由RS485驅(qū)動(dòng)電路和光電隔離電路組成，所述的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的RTS、RXD、TXD管腳分別與光電隔離電路連接，接收與發(fā)射信息經(jīng)光電隔離電路后分別與RS485驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
下面將對(duì)硬件電路控制模塊進(jìn)行說明，各管腳非特指，一般為常規(guī)連接法。
本實(shí)用新型的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。板上核心處理器為Philips公司的51單片機(jī)P89C58，內(nèi)部集成有一個(gè)32k FLASH，提供了足夠的程序空間；還有一個(gè)32k的RAM作為數(shù)據(jù)空間；CYPRESS公司的2K雙端口RAM一邊映射到單片機(jī)中，另一邊與一個(gè)34針的接插件相連；VPC3+B為Profibus協(xié)議芯片，一端與單片機(jī)相連，另一端與RS485驅(qū)動(dòng)電路相連；EEPROM用于存儲(chǔ)一些重要參數(shù)；DIP用于設(shè)置從站地址；板上還有74HCT573鎖存器、看門狗復(fù)位電路和指示燈等。電源電路提供5V電源。
在本實(shí)用新型中，應(yīng)用端以總線的方式訪問雙端口RAM，包括12個(gè)地址線、8位數(shù)據(jù)線、讀寫及片選信號(hào)；當(dāng)有新的事件發(fā)生時(shí)，會(huì)產(chǎn)生中斷信號(hào)；當(dāng)雙端口RAM的同一地址空間同時(shí)被應(yīng)用端和板上單片機(jī)訪問時(shí)會(huì)產(chǎn)生忙信號(hào)。2K字節(jié)的雙端口RAM被劃分為幾個(gè)區(qū)間，輸入輸出區(qū)間用于放置輸入輸出數(shù)據(jù)，郵箱區(qū)間用于初始化通訊板并進(jìn)行參數(shù)的傳遞，控制區(qū)間用于存放一些通訊板信息，包括通訊狀態(tài)、通訊參數(shù)和版本信息等。具體現(xiàn)場(chǎng)總線區(qū)暫時(shí)沒有用到，還有兩個(gè)握手寄存器用于實(shí)現(xiàn)通訊握手。
(1)34針接口電路34針接口電路如圖2所示，接口為雙排間距為2mm的接插頭，用于與用戶端的接口，其中3、4、7、8、34插針沒有用到。1、2為5V電源輸入端，給RS485驅(qū)動(dòng)電路供電；5、6為另一個(gè)5V電源輸入端，為板上其余部分電路供電。這兩個(gè)電源輸入端都有高頻和低頻濾波電容，增強(qiáng)了整個(gè)電路板的抗干擾能力，另外還有穩(wěn)壓管用于過電壓保護(hù)，防止電路板被燒壞。同時(shí)在整個(gè)電路板上靠近芯片的電源和地之間都接有濾波電容，保證電路板的可靠運(yùn)行。
32為復(fù)位端，連接到看門狗復(fù)位電路中用于復(fù)位單片機(jī)。其余腳都連到雙端口RAM的CY7C136芯片上，為8個(gè)數(shù)據(jù)線、11個(gè)地址線和5個(gè)控制線。A4、A10、BUSY、INT針腳分別接10K上拉電阻。
(2)雙端口RAM的CY7C136芯片請(qǐng)參見圖3所示，在該通訊接口卡中，使用的是CYPRESS公司的雙端口RAMCY7C136-55NC，大小為2K字節(jié)。作用是作為共享內(nèi)存在單片機(jī)和應(yīng)用端之間起著緩沖隔離的作用，實(shí)現(xiàn)用戶端與該通訊接口卡之間的通訊。雙端口RAM的兩端可以獨(dú)立的對(duì)其進(jìn)行操作，左邊的數(shù)據(jù)線、地址線和控制線分別連接到34針接口的相應(yīng)針腳上，右端的數(shù)據(jù)線和地址線分別連接到51單片機(jī)P89C58芯片的數(shù)據(jù)線和地址線上，控制線除片選信號(hào)CER即CY7C136的44管腳外都連接到單片機(jī)的相應(yīng)引腳上，片選信號(hào)是由譯碼電路操作的。
(3)單片機(jī)P89C58及外圍電路P89C58是內(nèi)部集成32K字節(jié)FLASH程序存儲(chǔ)器的51系列單片機(jī)，采用的是貼式PLCC封裝的芯片，便于接口卡固件的升級(jí)。P89C58為板上核心處理器。時(shí)鐘選用的是24MHZ無源晶振；由于該單片機(jī)為低8位地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用，用地址鎖存器74HCT573芯片作為單片機(jī)低8位地址鎖存器；存儲(chǔ)器62256芯片為32K外部擴(kuò)展數(shù)據(jù)RAM；單片機(jī)P89C58芯片的P1.0、P1.1管腳接串行EEPROM的SCL和SDA管腳，P1.2管腳接看門狗復(fù)位電路的MAX705的WDI管腳，P1.3、P1.4、P1.6、P1.7、P3.0接指示燈限流電阻的一端，P1.5接到CY7C136的BUSYR管腳，INT0和INT1分別接CY7C136的INTR管腳和VPC3+B的9管腳，復(fù)位腳接看門狗復(fù)位電路，TXD接VPC3+B的復(fù)位引腳，其余控制管腳接相應(yīng)外圍電路的各控制管腳。該單片機(jī)的各管腳連接為常規(guī)連接。
(4)指示燈電路請(qǐng)參見圖5所示，在本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換接口裝置上共有5個(gè)指示燈，有電源指示燈D1、在線狀態(tài)指示燈D2、離線狀態(tài)指示燈D3、現(xiàn)場(chǎng)總線診斷指示燈D4和一個(gè)為紅綠雙色指示燈D5。其中，紅綠雙色指示燈D5指示轉(zhuǎn)換接口裝置的工作狀態(tài)。


(5)譯碼電路譯碼電路主要由三八譯碼器構(gòu)成，這里用的是74HCT138芯片。
(6)撥碼開關(guān)電路本實(shí)用新型中選用8位撥碼開關(guān)，用于設(shè)置從站地址(1-127)，只有上電時(shí)從站地址才會(huì)被加載，因此如果要修改從站地址必須重新上電。撥碼開關(guān)一端接地，另一端通過上拉電阻后接入移位寄存器74HCT244芯片的輸入端，移位寄存器74HCT244芯片的輸出端接到單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上，片選由譯碼電路控制。
(7)協(xié)議轉(zhuǎn)換VPC3+B電路在本實(shí)用新型中，協(xié)議轉(zhuǎn)換電路選取VPC3+B芯片。Profichip公司的VPC3+B是帶有處理器接口的PROFIBUS通信專用芯片，可以執(zhí)行PROFIBUS-DP的信息和地址識(shí)別，數(shù)據(jù)的安全傳輸和協(xié)議的處理。另外，支持PROFIBUS-DPV1和PROFIBUS-DPV2擴(kuò)展。VPC3+B的總線接口是個(gè)可參數(shù)化的同步/異步8位接口，適合于Motorola和Intel的微控制器/處理器。DP通信的服務(wù)存取點(diǎn)(DP-SAPs)由VPC3+B自動(dòng)建立，各種報(bào)文信息呈現(xiàn)在用戶面前的是不同buffer的內(nèi)部數(shù)據(jù)，用戶可以通過總線接口訪問這些內(nèi)部數(shù)據(jù)。
由于本實(shí)用新型中處理器用的是51系列單片機(jī)，所以VPC3+B的MODE管腳接VCC，選擇數(shù)據(jù)地址線復(fù)用。INT/MOT管腳接地，選擇因特爾模式。時(shí)鐘管腳CLK管腳接48MHZ有源晶振的輸出管腳。VPC3+B內(nèi)部集成了地址鎖存器，將鎖存使能管腳ALE即24管腳接到單片機(jī)的ALE端，8位數(shù)據(jù)線也同時(shí)作為低8位地址線使用，接到VPC3+B的DB0-DB7管腳。地址線的AB8、AB9、AB10分別接到VPC3+B的AB0、AB1、AB2管腳。當(dāng)VPC3+B處于本實(shí)用新型所使用的工作方式時(shí)，管腳AB3-AB10全為低電平時(shí)，VPC3+B才被選通，本實(shí)用新型中管腳AB4-AB10都接地，AB3接譯碼電路中74HCT138的Y0管腳，同時(shí)接上拉電阻，實(shí)際上AB3管腳提供VPC3+B的片選信號(hào)。VPC3+B的讀、寫、中斷管腳分別接單片機(jī)的讀、寫、中斷管腳，復(fù)位管腳接單片機(jī)，同時(shí)接上拉電阻。VPC3+B的CS#管腳與單片機(jī)的地址線AB11管腳連接。
(8)光電隔離及RS485驅(qū)動(dòng)電路請(qǐng)參見圖4所示，RS485驅(qū)動(dòng)電路選取DS75176芯片，光電隔離電路由三片光耦芯片組成，片選準(zhǔn)備信息隔離選取HCPL0601芯片，接收信息隔離選取HCPL0710芯片，發(fā)射信息隔離選取HCPL0710芯片。協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的RTS管腳與片選準(zhǔn)備HCPL0601芯片連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的RXD管腳與接收信息HCPL0710芯片連接，協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的TXD管腳與發(fā)射信息HCPL0710芯片連接，HCPL0601芯片的片選輸出端與接口JP2的4端連接，接收信息HCPL0710芯片的輸出端與RS485驅(qū)動(dòng)電路DS75176芯片的1端連接，發(fā)射信息HCPL0710芯片的輸出端與RS485驅(qū)動(dòng)電路DS75176芯片的4端連接，RS485驅(qū)動(dòng)電路DS75176芯片的6、7兩端與JP2的3、8端連接。
本實(shí)用新型的軟件部分包括單片機(jī)軟件、應(yīng)用端軟件和設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)GSD文件。下面分別具體說明。
本實(shí)用新型在單片機(jī)P89C58中運(yùn)行，采用的是C語(yǔ)言編程方法，包括主程序和VPC3+B中斷程序。
主程序是單片機(jī)軟件的主線，主要任務(wù)是識(shí)別不同狀態(tài)下調(diào)用相應(yīng)的子程序處理模塊，并將它們聯(lián)系起來，形成一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)該轉(zhuǎn)換接口裝置的全部管理功能。上電以后，單片機(jī)首先對(duì)板上硬件資源進(jìn)行檢測(cè)，包括外部數(shù)據(jù)和雙端口RAM，如果檢查硬件有問題，則點(diǎn)亮相應(yīng)指示燈報(bào)錯(cuò)。硬件檢測(cè)完成通過后，先使能協(xié)議轉(zhuǎn)換電路VPC3+B中斷，等待應(yīng)用端的初始化從站參數(shù)，緊接著進(jìn)行VPC3+B初始化，包括設(shè)置VPC3+B允許的中斷，寫入從站識(shí)別號(hào)和地址，設(shè)置VPC3+B方式寄存器，設(shè)置診斷緩沖區(qū)，參數(shù)緩沖區(qū)，配制緩沖區(qū)，地址緩沖區(qū)，初始長(zhǎng)度，并根據(jù)以上初始值求出各個(gè)緩沖區(qū)的指針及輔助緩沖區(qū)的指針。根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)長(zhǎng)度，確定輸出緩沖區(qū)，輸入緩沖區(qū)及指針。在VPC3+B初始化完成后，如果配置正確，則使能VPC3+B中斷并啟動(dòng)，然后進(jìn)入主循環(huán)復(fù)位看門狗，輸入輸出數(shù)據(jù)處理，PROFIBUS中斷事件處理，如果有外部診斷，可對(duì)診斷進(jìn)行處理。中斷程序主要用來處理PRM報(bào)文，CFG報(bào)文，SSA報(bào)文，完成微處理器對(duì)VPC3+B的中斷信號(hào)的反應(yīng)。
本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換裝置作為PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線上的一個(gè)從站，擁有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)程序，也就是所謂的GSD文件，以方便現(xiàn)場(chǎng)總線組態(tài)軟件對(duì)其識(shí)別、組態(tài)。本實(shí)用新型的GSD文件完全符合其標(biāo)準(zhǔn)，包含其名稱、版本號(hào)、支持的通訊波特率、同/異步傳輸、通訊字節(jié)數(shù)等信息。
權(quán)利要求1.一種適用于Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換接口裝置，包括殼體、硬件電路控制模塊、以及設(shè)在殼體上的指示燈，所述的硬件電路控制模塊至少有單片機(jī)、存儲(chǔ)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、譯碼器、DIP開關(guān)、通訊接口電路、電源電路，其特征在于還包括雙端口RAM和34針的接口電路，雙端口RAM的數(shù)據(jù)線D0～D7管腳分別與34針的接口電路的D0～D7管腳連接，數(shù)據(jù)線DB0～DB7管腳分別與單片機(jī)的數(shù)據(jù)線連接；雙端口RAM的地址線A0～A10管腳分別與34針的接口電路的A0～A10管腳連接，地址線AB0～AB10管腳分別與單片機(jī)的地址線連接；雙端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳分別與34針的接口電路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管腳連接，雙端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳分別與單片機(jī)的INTR、BUSYR、OER、R/WR管腳連接；雙端口RAM的片選信號(hào)CER管腳與譯碼器的片選信號(hào)CER管腳連接；雙端口RAM和34針的接口電路的其它管腳為常規(guī)連接；所述的通訊接口電路由RS485驅(qū)動(dòng)電路和光電隔離電路組成，所述的協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的RTS、RXD、TXD管腳分別與光電隔離電路連接，接收與發(fā)射信息經(jīng)光電隔離電路后分別與RS485驅(qū)動(dòng)電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換接口裝置，其特征在于雙端口RAM選取CY7C136芯片，單片機(jī)選取P89C58芯片，協(xié)議轉(zhuǎn)換電路選取VPC3+B芯片，RS485驅(qū)動(dòng)電路選取DS75176芯片，光電隔離電路由三片光耦芯片組成，片選準(zhǔn)備信息隔離選取HCPL0601芯片，接收信息隔離選取HCPL0710芯片，發(fā)射信息隔離選取HCPL0710芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換接口裝置，其特征在于與應(yīng)用設(shè)備采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)信息，與Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換接口裝置，其特征在于設(shè)有5個(gè)指示燈。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種適用于Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線的轉(zhuǎn)換接口裝置，應(yīng)用設(shè)備通過該轉(zhuǎn)換接口裝置可以實(shí)現(xiàn)與Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線主站的通訊。該轉(zhuǎn)換接口裝置與應(yīng)用設(shè)備采用并行方式傳輸數(shù)據(jù)信息，轉(zhuǎn)換接口裝置與Profibus－DP現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)串行方式傳輸數(shù)據(jù)信息。本實(shí)用新型的轉(zhuǎn)換接口裝置包括殼體、硬件電路控制模塊、以及設(shè)在殼體上的指示燈，所述的硬件電路控制模塊至少有雙端口RAM、34針的接口、單片機(jī)、存儲(chǔ)器、協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、譯碼器、DIP開關(guān)、通訊接口電路、電源電路。
文檔編號(hào)H04L29/06GK2759070SQ20042011547
公開日2006年2月15日 申請(qǐng)日期2004年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月26日
發(fā)明者孫偉, 黃哲, 段巍, 梁靜, 劉秋社, 穆雪松, 肖正宇, 李崇堅(jiān), 張勝民 申請(qǐng)人:北京金自天正智能控制股份有限公司