CN105207868B - 一种profibus dp通信模块 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种PROFIBUS DP通信模块，实现用户数据到PROFIBUS DP总线的通信,包括顺序连接的微控制器、PROIBUS DP协议芯片、串口通信芯片，以及微控制器和PROIBUS DP协议芯片之间连接的反相器、锁存器；所述反相器与锁存器连接。本发明具有结构简单、集成度高、体积小、通信可靠等特点，减少工业现场PROIBUS DP从站设计复杂度、降低用户使用PROIBUS DP技术门槛和开发成本，有利于产品集成和产品快速开发。

Description

一种PROFIBUS DP通信模块

技术领域

本发明属于微电子领域，具体说是一种支持PROFIBUS DP总线协议的通信模块。

背景技术

ROFIBUS DP是作为德国国家标准DIN19245和欧洲标准PREN50170的现场总线,用于分散外设间的高速传输，适合于加工自动化领域的应用。PROFIBUS DP是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点、严格的认证规范、开放的标准、众多厂商的支持和不断发展的应用行规，已成为最重要的和应用最广泛的现场总线标准之一。

目前，国内基于PROFIBUS DP通信类的产品也逐渐得到应用，该类产品有两种方案：一种是采用微控制器和PROFIBUS DP协议芯片的方案，这种方案控制器速度低，需要大量IO口在软件的协助下模拟通信时序对协议芯片进行操作；另外一种使用一片微控制器，利用软件和外围电路对PROFIBUS DP协议进行解析，该方案成本低，但是复杂度高，软件解析协议需要大量时间，工作效率低且可靠性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种PROFIBUS DP通信模块，在实现用户数据到PROFIBUSDP总线的通信基础上，解决同类产品结构复杂、集成度低，可靠性差等弊端。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案是：

一种PROFIBUS DP通信模块，包括顺序连接的微控制器、PROIBUS DP协议芯片、串口通信芯片，以及微控制器和PROIBUS DP协议芯片之间连接的反相器、锁存器；所述反相器与锁存器连接；

所述微控制器用于与PROFIBUS DP协议芯片和用户UART通信，以及数据的交换和参数的设置；

所述反相器用于将微控制器的地址锁存信号进行逻辑非操作，并发送至PROIBUSDP协议芯片；

所述锁存器用于根据反相器输出的地址锁存信号将微控制器的地址锁存，控制对PROIBUS DP协议芯片的数据输入；

所述PROFIBUS DP协议芯片，内部集成PROIBUS DP协议，用于完成信息处理、地址识别、数据安全排序和协议处理，并实现与串口通信芯片的数据传输。

所述微控制器为内置FSMC静态存储器控制器的单片机。

所述锁存器为具有三态输出的八路透明D类锁存器芯片。

所述串口通信芯片为带有数字隔离且兼容PROFIBUS DP总线标准的RS485总线收发器芯片。

所述微控制器的FSMC静态存储器控制器读、写引脚分别与PROFIBUS DP协议芯片的读、写引脚连接；所述微控制器的FSMC静态存储器控制器地址锁存引脚与反相器的输入端连接，反相器的输出端与PROFIBUS DP协议芯片的地址锁存引脚、锁存器的控制端连接；微控制器的FSMC静态存储器控制器16位地址线中的高8位地址线引脚分别与锁存器的8个输入端连接，锁存器的8个输出端分别与PROFIBUS DP协议芯片的高8位地址线输入端连接；所述微控制器的低8位地址数据复用引脚与PROFIBUS DP协议芯片的低8位地址数据复用引脚输入端连接。

所述微控制器的UART端口UART_TXD和UART_RXD引脚分别于用户的微控制器UART端口UART_RXD和UART_TXD引脚连接。

所述PROFIBUS DP协议芯片的串行接收端口、请求发送端口、串行发送端口分别与RS485串口通信芯片的串行发送端口、请求接收端口、串行接收端口连接；串口通信芯片的通信端口用于连接PROFIBUS DP总线的通信端口

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明使用32位高性能微控制器和专用的PROFIBUS DP协议芯片，实现 用户数据到PROFIBUS DP总线的通信，处理速度更快。

2.本发明使用微控制器内置FSMC静态存储控制器，对协议处理器操作时序完全由FSMC静态存储器控制器完成，仅需少量微控制器IO端口，具有通信效率高等特点。

3.本发明采用高性能的反相器和具有三态输出的八路透明D类锁存器芯片完成部分控制信号的硬件逻辑处理，避免使用软件模拟时序的弊端，具备时延小，可靠性高等特点。

4.本发明一种PROFIBUS DP通信模块，具有结构简单、集成度高、体积小、通信可靠等特点，可以减少工业现场PROIBUS DP从站设计复杂度、降低用户使用PROIBUS DP技术门槛和开发成本，有利于产品集成和产品快速开发。

附图说明

图1为本发明的结构原理图；

图2为本发明的微控制器与VPC3+C通信时的信号逻辑时序图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

一种PROFIBUS DP通信模块，包括微控制器STM32F103VCT6、PROFIBUS DP协议芯片VPC3+C、串口通信芯片IL3685、反相器SN74AHC1G04和锁存器SN74AH573。微控制器通过其内置的FSMC静态存储器控制器与协议芯片VPC3+C采用同步、数据和地址线复用模式的并行连接方式；协议芯片VPC3+C与带数字隔离且兼容PROFIBUS DP总线标准的RS485总线收发器IL3685芯片连接。FSMC静态存储器控制器是STM32系列采用一种新型的存储器扩展技术。在外部存储器扩展方面具有独特的优势，可根据系统的应用需要，方便地进行不同类型大容量静态存储器的扩展。

微控制器通过具有三态输出的八路透明D类锁存器芯片SN74AHC573，对FSMC静态存储器控制器的16位地址线的高8位地址进行锁存操作，保证高8位地址在整个微控制器对VPC3+C读或者写操作期间都保持有效，16位地址线 中的低8位地址则由VPC3+C芯片内部锁存电路完成。其中FSMC静态存储器控制器的16位地址中的低8位为数据总线和地址总线复用。

微控制器内置FSMC静态存储器控制器的地址锁存信号是上升沿有效，而VPC3+C芯片地址锁存信号是下降沿有效。因此，需要反相器芯片SN74AHC1G04对地址锁存信号进行逻辑非操作。

带数字隔离且兼容PROFIBUS DP总线标准的RS485总线收发器芯片型号为IL3685，IL3685是经过PROFIUBS DP兼容认证的隔离型RS485接口芯片。

隔离转换电源的芯片型号为B0505T，芯片5V电压输入端与模块5V供电电压连接，共同由外部电源供电，芯片5V隔离电压输出端与IL3685PROFIBUS DP接口一侧电源输入端连接；用于完成模块内部和PROFIUBS DP总线端5V电源的双向隔离。

微控制器通过UART串行通信接口电路UART端口UART_TXD和UART_RXD引脚分别于用户的微控制器UART端口UART_RXD和UART_TXD引脚连接进行串行通信。通信内容包括PROFIBUS DP模块参数设置和用户数据的接收和模块状态的输出。

图1中，微控制器通过其内置的FSMC静态存储器控制器与协议芯片VPC3+C采用同步、数据和地址线复用模式的并行方式连接。微控制器STM32F103VCT6中FSMC静态存储器控制器的信号线FSMC_NOE、FSMC_NEW和FSMC_NADV分别为读使能信号、写使能信号和地址锁存使能信号，FSMC D[8..15]引脚为FSMC静态存储器控制器16位地址总线中的高8位的地址分别与锁存器芯片SN74AH573的信号输入端引脚D[0..7]连接，FSMC D[0..7]为16位地址总线中的低8位地址且与8位数据总线复用，分别与协议芯片VPC3+C的DB[0..7]引脚连接。协议芯片VPC3+C中的信号线XRD、XWR、ALE分别与FSMC_NOE、FSMC_NEW和FSMC_NADV对应引脚连接，AB[0..2]和AB[3..7]与锁存器芯片SN74AH573的信号输出端Q[0..7]引脚连接。VPC3+C采用同步模式时，地址线AB[8..10]引脚需经下拉电阻接地。FSMC_NADV地址 锁存使能信号引脚与反相器芯片SN74AHC1G04信号输入端引脚A连接，反相器芯片SN74AHC1G04信号输出端引脚Y与协议芯片VPC3+C信号输入端引脚ALE和锁存器芯片SN74AH573信号控制输入端引脚CLK连接。用户的微控制器可使用UART串行接口与微控制器进行通信，通信内容主要包括PROFIBUS DP模块参数设置、用户数据的接收和模块状态的输出。协议芯片VPC3+C中的串行接收端口RXD、请求发送端口RTS和串行发送端口TXD，分别与IL3685的串行发送端口TXD、请求发送端口RTS和串行接收端口RXD连接。IL3685芯片的A、B端口分别与PROFIUBS DP总线的A、B端口连接。

图2为本发明的微控制器与协议芯片VPC3+C通信时的信号逻辑时序图。图中微控制器内置FSMC静态存储器控制器的16位地址线FSMC_D[0..15]中的低8位地址线为数据线地址线复用引脚。微控制器与协议芯片VPC3+C通信时，VPC3+C内部地址锁存电路，在地址锁存信号VPC3_ALE的上升沿时，仅对FSMC静态存储器控制器的16地址线FSMC_D[0..15]中的低8位地址线进行锁存。因此，需要增加八路的锁存器芯片SN74AH573对FSMC_D[0..15]高8位地址线在地址锁存信号VPC3_ALE的上升沿时进行锁存操作，保证在微控制器对VPC3+C访问过程中16位地址都始终处于有效状态。

图2中，FSMC静态存储器控制器地址锁存信号FSMC_NADV与协议芯片VPC3+C地址锁存信号ALE逻辑相反，需要反相器芯片SN74AHC1G04。反相器输入端引脚与微控制器输出端引脚FSMC_NADV连接，反相器输出端引脚与VPC3+C ALE地址锁存引脚连接。

微控制器对VPC3+C读写时，操作时序如下：

1、协议芯片VPC3+C接收到反相器的地址锁存信号ALE的上升沿；

2、协议芯片VPC3+C高8位地址线的AB[0..7]地址需保持有效状态(需要锁存器芯片SN74AH573，锁存高8位地址)；

3、协议芯片VPC3+C接收到反相器的地址锁存信号ALE的下降沿时，内部地址锁存电路仅对8位地址和数据复用的引脚DB[0..7]上的地址进行锁存操 作；

4、在FSMC静态存储器控制器的FSMC_NWE写信号或者FSMC_NOE读信号的下降沿，对8位地址和数据复用的引脚DB[0..7]进行写操作或者读操作。

Claims (5)

1.一种PROFIBUS DP通信模块装置，其特征在于：包括顺序连接的微控制器、PROIBUSDP协议芯片、串口通信芯片，以及微控制器和PROIBUS DP协议芯片之间连接的反相器、锁存器；所述反相器与锁存器连接；

所述微控制器用于与PROFIBUS DP协议芯片和用户UART通信，以及数据的交换；

所述反相器用于将微控制器的地址锁存信号进行逻辑非操作，并发送至PROIBUS DP协议芯片；

所述锁存器用于根据反相器输出的地址锁存信号将微控制器的地址锁存，控制对PROIBUS DP协议芯片的数据输入；

所述PROFIBUS DP协议芯片，内部集成PROIBUS DP协议，用于完成信息处理、地址识别、数据安全排序和协议处理，并实现与串口通信芯片的数据传输；

所述微控制器为内置FSMC静态存储器控制器的单片机；

所述微控制器的FSMC静态存储器控制器读、写引脚分别与PROFIBUS DP协议芯片的读、写引脚连接；所述微控制器的FSMC静态存储器控制器地址锁存引脚与反相器的输入端连接，反相器的输出端与PROFIBUS DP协议芯片的地址锁存引脚、锁存器的控制端连接；微控制器的FSMC静态存储器控制器16位地址线中的高8位地址线引脚分别与锁存器的8个输入端连接，锁存器的8个输出端分别与PROFIBUS DP协议芯片的高8位地址线输入端连接；所述微控制器的低8位地址数据复用引脚与PROFIBUS DP协议芯片的低8位地址数据复用引脚输入端连接。

2.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS DP通信模块装置，其特征在于所述锁存器为具有三态输出的八路透明D类锁存器芯片。

3.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS DP通信模块装置，其特征在于所述串口通信芯片为带有数字隔离且兼容PROFIBUS DP总线标准的RS485总线收发器芯片。

4.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS DP通信模块装置，其特征在于所述微控制器的UART端口UART_TXD和UART_RXD引脚分别于用户的微控制器UART端口UART_RXD和UART_TXD引脚连接。

5.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS DP通信模块装置，其特征在于所述PROFIBUSDP协议芯片的串行接收端口、请求发送端口、串行发送端口分别与RS485串口通信芯片的串行发送端口、请求接收端口、串行接收端口连接；串口通信芯片的通信端口用于连接PROFIBUS DP总线的通信端口。