基于PROFIBUS的智能接口芯片SPC3及其應(yīng)用 [日期：2005-6-26] 來(lái)源：國(guó)外電子元器件 作者：李繁榮 [字體：?jiǎn)纹瑱C(jī)接口。文中利用SPC3可與PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線、RS-485總線等進(jìn)行接口的優(yōu)點(diǎn)給出了一種提高數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)效率的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：AT89C52；PROFIBUS；SPC3；RS-485；DP協(xié)議

１ 引言

ＳＰＣ３是一種可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ的智能接口芯片�，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備數(shù)字化通信的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)層網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，它可用一條電纜將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)以完成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制、監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程參數(shù)化等功能。

煙草行業(yè)的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，并要求在較短的時(shí)間內(nèi)完成各種參數(shù)的設(shè)置和數(shù)據(jù)更新。如一個(gè)卷接機(jī)組生產(chǎn)速度每分鐘可達(dá)１６０００支，這樣，在高速運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組要對(duì)生產(chǎn)的煙支重量、質(zhì)量等進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)、計(jì)算判斷與控制，并采集整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、各傳感器執(zhí)行器的工作狀況以及各分控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，要求其控制系統(tǒng)必須具有較高的實(shí)時(shí)性、精確性、可靠性。因此，在卷接機(jī)組電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，筆者采用了ＰＲＯＦＩＢＵＳ現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其總控系統(tǒng)與各分系統(tǒng)的接口芯片采用了ＳＰＣ３。

２ ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線和ＳＰＣ３芯片簡(jiǎn)介

２．１ ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線

ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ是歐洲首屈一指的開(kāi)放式現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)，它的應(yīng)用領(lǐng)域包括加工制造自動(dòng)化、過(guò)程自動(dòng)化和樓宇自動(dòng)化。數(shù)據(jù)通訊采用標(biāo)準(zhǔn)ＲＳ－４８５接口，傳輸速率可達(dá)１２Ｍｂｐｓ，傳輸距離可達(dá)２３．８ｋｍ，而且響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)。通過(guò)雙絞線或光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，極易擴(kuò)展，它不但能與執(zhí)行器、傳感器接口進(jìn)行連接，也可以通過(guò)各種專(zhuān)用集成電路（ＡＳＩＣ）和接口模塊來(lái)簡(jiǎn)化設(shè)備的連接，最多可以連接１２５個(gè)節(jié)點(diǎn)。

２．２ 智能芯片ＳＰＣ３

根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)量的大小和智能化程度，ＳＩＭＥＮＳ公司提供了ＳＰＣ２、ＳＰＣ３、ＬＳＰＭ２等不同種類(lèi)的芯片來(lái)連接ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ主站與從站。這里筆者選用ＳＰＣ３來(lái)完成本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。ＳＰＣ３（ＳＩＭＥＮＳ ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＣＯＮＴＲＯＬＥＲ ）集成了完整的ＤＰ協(xié)議，其中包括方式寄存器、狀態(tài)寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區(qū)等。該芯片內(nèi)部含有１．５ｋＢ的 ＲＡＭ，帶有１１位地址線的并行８位接口，全部存儲(chǔ)器分為１９２段，每段８?jìng)�(gè)字節(jié)，用戶(hù)可以立即尋址。ＳＰＣ３支持所有８位處理機(jī)和微處理器。也可以自動(dòng)完成“字節(jié)轉(zhuǎn)換”，這使得摩托羅拉處理器可以直接正確讀取１６位值，通常讀和寫(xiě)可通過(guò)兩個(gè)口（８位數(shù)據(jù)總線）來(lái)完成。

ＳＰＣ３中集成有一個(gè)保護(hù)監(jiān)視定時(shí)器（ＷＡＴＣＨＤＯＧ），應(yīng)用處理器出現(xiàn)故障時(shí)，ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ 通信將被禁止，這樣就不至于危及外圍設(shè)備。作為ＳＰＣ３的心臟，微處理器（ＭＩＣＲＯ ＳＥＱＵＥＮＣＥＲ）控制著系統(tǒng)整個(gè)工作過(guò)程。在ＵＡＲＴ中，并行數(shù)據(jù)流和串行數(shù)據(jù)流完成互換。ＳＰＣ３在發(fā)送第一個(gè)字符前會(huì)產(chǎn)生ＲＴＳ（ＲＥＱＵＥＳＴ－ＴＯ－ＳＥＮＤ）信號(hào)，即請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)。另外，ＳＰＣ３還具有自動(dòng)辨識(shí)波特率（９．６ｋ～１２Ｍｂｐｓ）的功能。

３ 在ＺＪ１９Ｅ電控系統(tǒng)中的應(yīng)用

ＺＪ１９Ｅ卷接機(jī)組電控系統(tǒng)選擇西門(mén)子公司工控機(jī)作為主站，與觸摸屏組成人機(jī)界面采用ＰＲＯＦＩＢＵＳ總線技術(shù)和美國(guó)Ｗｏｎｄｅｒｗａｒｅ公司的Ｉｎ-Ｔｏｕｃｈ７．０工業(yè)組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)與重量控制系統(tǒng)、質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)等從站的通訊與數(shù)據(jù)交換。在每個(gè)ＤＰ從站中都有ＳＰＣ３芯片及其相關(guān)的硬件電路。主站上可以設(shè)置各種參數(shù)，如：機(jī)器運(yùn)行速度、進(jìn)料情況、煙支數(shù)量、煙支稀釋度上下限、煙支重量上下限等。從站參照這些設(shè)定值來(lái)控制機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；而機(jī)器動(dòng)態(tài)、靜態(tài)的各種參數(shù)則由每個(gè)從站進(jìn)行搜集整理并可在主站上一覽無(wú)余。中間的數(shù)據(jù)傳輸就是ＰＲＯＦＩＢＵＳ的功勞了。每一個(gè)模塊（主、從站）的功能實(shí)施均可依靠軟件來(lái)完成。整個(gè)電控系統(tǒng)的框圖如圖１所示。

３．１ 硬件設(shè)計(jì)

圖２所示是本系統(tǒng)的硬件框圖。ＡＴ８９Ｃ５２是采用先進(jìn)的ＣＭＯＳ工藝制造的８位微控制器。它具有并行可編程功能的非易失性ＦＬＡＳＨ存儲(chǔ)器，是８０Ｃ５１的派生器件。該控制器具有運(yùn)算速度快、兼容ＭＣＳ５１指令集的特點(diǎn)，可以閃速可編程、可擦除。它有三個(gè)１６位定時(shí)／計(jì)數(shù)器