PROFIBUS-DP总线I/O设备的开发

2010-10-18 14:39:41来源: 电子技术应用

    总线I/O是“现场总线远程I/O”的简称,是基于现场总线控制系统FCS中的主要设备,PROFIBUS-DP是总线I/O的主流通信协议。总线I/O的主要功能分为输入、输出两部分。输入是采集现场模拟信号(如4~20 mA)和开关量信号(如24 V DC)转换成为数字量并按照通信协议传送到现场总线。输出是将现场总线通信数据转换成模拟输出和开关量输出。PROFIBUS-DP总线I/O设备以从站的形式存在。

1 总线I/O设备结构

    总线I/O的开发可分为两大部分,一是从站功能单元,该部分是设备的主体;另一部分是通信接口单元。图 1是典型开关量总线I/O的结构图。一个总线I/O设备可能需要多种总线接口,对于设备的开发人员来讲,他们专注于设备功能单元的核心技术,如果让他们从头开发各种通信接口,势必会分散设备开发人员的精力,增加开发成本和开发周期。另外,通信协议的一致性认证也是一个比较费时和麻烦的事情。使用现有的成熟的通信接口模块无疑是解决这一问题的最好选择,它具有设计快捷、成本低廉、安全可靠等优点。

2 XGate-DPS10简介

    XGate-DPS10是小体积串行接口嵌入式DP从站模块,采用DIP24封装,体积小,成本低,是非常适合嵌入式设计的工业级总线模块。XGate-DPS10及其接口如图2所示。

    XGate-DPS10的主要功能特点如下:

    · PROFIBUS-DP 协议,符合EN50170 V2 和IEC61158标准,支持DP-V1;
    · 总线传输率自适应,最大传输率12 Mb/s,支持最大244 B I/O;
    · 支持用户参数化功能, 提高总线效率,最大用户参数长度238 B;
    · 支持最大244 B用户诊断;
    · 3.3 V~5 V系统兼容,配套RSM485P隔离收发器使用;
    · 可选的串行UART/SPI接口,支持波特率自设置;
    · 数据交换CRC检验功能,保证数据安全可靠;
    · 提供完整的开发包和应用解决方案;
    · 单电源5 V供电,最大工作电流≤75 mA;
    · 工作环境温度:-40 ℃~+85 ℃;
    · 外形尺寸:DIP24封装,32 mm×20.4 mm×11 mm。

3 硬件设计

    工业现场中,总线I/O的另一种应用是作为PLC的I/O扩展,总线I/O显著优点是可以集成第三方产品,使整体PLC的性价比达到最优;另一个优点是I/O的远程布置,可以组成分布式系统。本期及下期将以XGate-DPS10的应用为例设计具有8路开关量输入、8路开关量输出、16位触发计数器的总线I/O设备。

    图3是XGate-DPS10的外围连接电路。U3是XGate-DPS10的引脚分配,本例使用UART接口(默认接口),传输率19 200 b/s。如果使用其他传输率或接口需要使用软件配置,此时ISP/CFG引脚电路是必需的,ISP/CFG引脚同时用于在线升级固件;不使用ISP/CFG,则必须上拉到VCC。模块指示灯指示了模块的状态及通信的状况,也可以根据实际情况来设置指示灯。RSM485P是隔离收发器,并提供总线终端电源。总线端ESD保护器件不是必须的,RSM485P提供了增强的ESD保护。如图2所示,引脚TXD/MOSI、RXD/NSS分别连接到MCU的RXD、TXD,INT连接到MCU的外部中断,注意RXD和TXD的交叉,这与XGate-DPS10与RSM485P的RXD和TXD连接法是不同的。PROFIBUS总线连接器为DB9头,RxD/TxD-P和RxD/TxD-N分别接3、8脚,方向控制信号CNTR-P接4脚。

    工业产品中,开关量I/O设备一般都是采用了隔离+驱动电路来实现的。本文旨在介绍如何设计设备通信接口,对功能单元硬件只做了示例性的设计,为方便演示,开关量输入使用8位拨码开关代替,开关量输出使用8位LED灯代替,16位计数器使用MCU内部计数器模拟,如图 4所示。主MCU部分可以使用拨码开关等来获取从站的地址设置,该参数作为网络标识将传输给XGate-DPS10模块,最简单的一种方式是直接将拨码开关连接到MCU的GPIO,当然,可以使用图 4的方式合理利用MCU的外部存储器扩展端口(EMC)。

4 GSD及软件设计简介

    GSD文件是设备描述文件,当一个设备确定了其功能和参数后,GSD文件也就确定了。使用XGate-DPS10模块设计的设备的GSD文件和软件设计比较简单,下期将详细介绍如何编写GSD文件及使用软件包开发设备代码,操作软件包的基本步骤如图5所示。

    PROFIBUS-DP从站应用广泛,使用通信接口模块来开发总线I/O设备可以有效地缩短开发周期、节省成本投入,并在可靠性上得到了保障。XGate-DPS10符合大多数应用场合,其高可靠性、方便性、低成本性使其成为开发DP从站设备的首选。

 广州致远电子有限公司致力于嵌入式系统、工业通讯网络的技术研发与应用推广,自主研发了一系列PROFIBUS-DP网络产品,包括嵌入式模块、通讯卡、调试工具、PC软件、OPC服务器等,并提供基于PROFIBUS总线的整套组网方案及应用集成。

关键字:总线I  O设备  PROFIBUS-DP  XGate-DPS10  总线模块

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/gykz/2010/1018/article_3447.html
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