CN1801020A - 嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法。可将仪表或设备与PROFBUS总线连接，实现Profibus现场总线中DP从站的通讯功能。该接口模块一端通过双口RAM、或TTL电平的异步串行口，与8位或16位微处理器为智能控制器交换数据，可嵌入智能仪表设备的电路。另一端是标准Profibus－DP从站接口，使设备或仪表作为Profibus－DP从站接入总线与其他设备通讯。本发明用于高速、运动控制装置的Profibus接口，如变频器、伺服定位控制器等，或用于变频器、电机启动保护装置、高低压电器、现场测量设备及仪表等。具有开发周期短、应用简单、低成本等特点，能够带来重大的社会效益和经济效益。

Description

嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法

技术领域

本发明涉及Profibus-DP现场总线智能从站接口模块，特别是一种嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法。本发明可为那些不具备Profibus-DP总线接口的产品(如智能仪表、控制器、驱动器等)提供嵌入式Profibus-DP从站接口，从而可快速将用户产品接入Profibus现场总线，实现用户产品数据到Profibus现场总线的数据通信。

背景技术

现场总线技术已成为当今自动化技术领域发展的热点之一。它是安装在制造和过程区域的现场装置与控制室内的自动控制装置之间的数字式、双向、串行、多点数字通信系统，在制造业、流程工业、楼宇自动化系统中有广泛的应用。现场总线控制系统将专用微处理器植入传统的控制设备，使他们各自都具有了数字计算和数字通信能力，采用总线结构，把多个测量控制仪表连接成网络系统，并按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个智能化测量控制设备之间以及现场设备与远程监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。现场总线控制系统把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把他们连接成可以相互沟通信息、共同完成自动控制任务的网络系统与控制系统。现场总线导致了传统控制系统结构的变革，可以说是自动化领域的控制器局域网，形成了新型的网络集成式全分布控制系统——现场总线控制系统FCS。开放性、分布性、与数字通信是现场总线系统最显著的特征。它的技术特点是使系统具有开放性，互可操作性与互用性，现场设备的智能化与功能自治性，系统结构的高度分散性，以及对现场环境的适应性。

Profibus是一种国际性的开放式的现场总线标准，是欧洲首屈一指的现场总线，广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化领域，其成熟的技术已被全世界所接受。全球许多自动化技术生产厂家都为他们生产的设备提供Profibus接口。Profibus根据应用特点分为Profibus-DP，Profibus-FMS，Profibus-PA三个版本，其中本发明所涉及的Profibus-DP符合EN50170欧洲标准且符合IEC1158-2标准，它是由西门子为主的十几家德国公司共同推出的，是经过优化的高速、廉价的通信连接，专为自动控制系统和分散I/O之间通信设计，主要用于分布式控制系统的高速数据传输。它采用OSI模型中的物理层，数据链路层和包含了DP基本功能与DP行规的用户接口。使用Profibus-DP模块可取代价格昂贵的24V或4-20mA并行信号线。由于现场总线技术是发展中的新技术，我国在这一领域的开发应用才刚刚起步不久，没有自己的总线标准，主要依附于目前集中流行的现场总线。如何为一个设备开发Profibus现场总线从站通讯接口，使仪表设备能快速便捷的接入Profibus现场总线的网络中，是摆在广大工程技术人员面前的难题。

郝莉等人在2000年12月26日提交的“现场总线外围设备从站的软件实现方法”(申请号：00136275.5)发明专利，采用软件实现Profibus-DP从站协议，可以代替专用协议芯片，因此能够降低开发成本。但在实际应用中通讯速率低，可靠性差。费敏锐，陈维刚等人在2004年12月15日申请的“MODBUS/TCP工业以太网和Profibus-DP现场总线间的协议转换方法和装置”专利，实现了由工业以太网接口模块实现的MODBUS/TCP工业以太网协议，到由Profibus-DP主站通信接口模块实现的Profibus现场总线协议的转换。方彦军、刘如成、孙健等人申请的“现场总线协议转换装置”(申请号：200320120428)，提供了一种解决西门子公司(Profibus-DP)与莫迪康公司(MODBUS)现场总线协议芯片之间的协议转换与通讯问题的装置。另外他们的实用新型专利“现场总线式智能模拟量数据采集装置”(申请号：200320123614)又给出一种基于Profibus-DP现场总线技术的8路差分式4-20mA标准模拟量信号的智能采集装置，这俩者的功能较为单一，通用性较差，不便于移植。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用的、嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法，可以简单、快速、高效的接入Profibus-DP现场总线网络的装置，该装置可以嵌入到使用者的设备中，使其具有Profibus-DP总线通讯功能。本发明可广泛用于高速运动控制装置，如变频器、伺服定位控制器等。也可用于速度相对较低的智能仪表如：电机启动保护装置、智能高低压电器、各种变送器、智能现场测量设备及仪表等等。可使这些产品的制造商快速接入Profiubs总线，具有开发周期短、应用简单、低成本等特点，能够带来重大的社会效益和经济效益。

本发明嵌入式Profibus-DP现场总线协议接口装置，包括：Profibus接口模块，8位或16位微处理器和双口RAM或TTL电平的异步串行口，Profibus接口模块的一端通过双口RAM或TTL电平的异步串行口与8位或16位微处理器连接；在8位或16位微处理器里还植入SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和DPRAM中断处理程序。

所述的Profibus接口模块包括：

1)SPC3(Siemens Profibus Controller)Profibus-DP协议处理芯片，用于Profibus-DP从设备的智能通信ASIC芯片，其内部集成有1.5k的双口RAM(Dual-Port-RAM)，整个空间被分为192个段，每段长8个字节，包括有方式寄存器，状态寄器存器，中断寄存器及各种缓冲器指针和缓冲区；微处理器通过系统数据、地址总线以及控制信号线与SPC3的8根数据线、11根地址线相连和相应控制引脚相连，其中低8位地址线与数据线分时复用；

2)总线驱动器以及电气隔离芯片：在总线驱动器和SPC3控制器之间加有高速光电隔离芯片，最高速度可达12M，可减少外部Profibus总线信号对系统内部电路的干扰，利用它可以在隔离的状态下保证系统高速可靠地通讯；与内部电路隔离的Profibus驱动器的供电由高效率的DC/DC变换器完成；

3)可选的3种形式的物理接口：DB9插针型、5座插拔型或5座螺丝固定型，与总线进行物理连接。

所述的SPC3具有3个输入缓冲器，3个输出缓冲器，2个诊断缓冲器，2个辅助缓冲器，1个配置缓冲器，1个参数缓冲器和一个地址设置缓冲器。SPC3芯片将微处理器的并行数据流变换成串行数据流发到总线上和将从总线上收到串行数据流变换成并行数据流，以中断形式通知微处理器接收；当SPC3工作前，过程特定的参数站首地址，标识号或各种控制位要输入到特定的寄存器单元之后SPC3才能正常工作。

所述的双端口RAM并行总线与处理器之间的数据交换是将外部微控制器的8位数据线、地址线低11位以及内存读写控制线，片选，中断申请，通过接口插头引向双端口RAM的左侧相应引脚，模块内部微处理器的数据线、读写控制线直接引向双端口RAM，数据、地址总线都引向锁存、译码逻辑单元，在ALE信号的控制下完成地址、数据总线分离的同时也完成高位地址的译码，产生双端口RAM片选信号；双端口RAM分为：输入缓冲区、输出缓冲区、输入邮箱、输出邮箱和命令缓冲区。

所述的TTL电平的异步串行口与两处理器之间的数据交换是将用户微控制器的RXD、TXD数据线与异步串行控制器引脚直接交叉相连。

所述的SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和DPRAM中断处理程序：

SPC3的初始化程序：在SPC3正常工作之前，必须进行初始化，配置输出的读、写和诊断各个所需寄存器；

SPC3的中断处理程序：主要有新的参数提出报文事件，进入或退出数据交换状态事件，新的配置报文事件，新的地址设置报文事件，监测到波特率事件和看门狗溢出事件等；

相对于主站的数据输入和输出处理以及用户诊断数据输入可以放在应用程序循环中；在一个应用循环中，由应用来刷新输入BUF中的数据，保障所有输入数据是最新的数据，而SPC3在接收到由Profibus主站传送的不同输出数据时，会产生输出标志位，同样位于中断请求字单元，CPU通过在应用循环中轮询标志位来接收主站数据；相对于特定应用的诊断信息，需要实时传递到主站；主应用程序在应用循环中判断是否有可用的诊断BUF存在，当有空闲BUF时，应用程序输入诊断信息并请求更新；

DPRAM中断处理程序：DPRAM采用中断方式或令牌方式交换数据，中断工作方式在传输数据时须发出中断请求，得到CPU响应后，硬件发出中断向量，并打断原有程序运行，转向执行数据传输中断服务程序；令牌工作方式约定只有得到令牌的一方才能传输数据，一旦令牌被两个CPU中的一个得到，则另一方只能等到他用完再传输。运行时外部主控制器处理器将命令写入DPRAM的命令缓冲区，置中断标志位，内部微处理器接受到中断后，转入中断处理子程序，读取命令并执行，将执行结果和数据放回DPRAM，供外部处理器读回。

嵌入式现场总线协议接口装置的实现方法是：将智能仪表或设备与PROFBUS总线连接，接口装置的接口模块一端通过双口RAM或TTL电平的异步串行口，与通用8位或16位微处理器为核心的智能控制器交换数据，并作为其外围设备嵌入智能仪表设备的电路结构中，另一端是标准Profibus-DP从站接口，使智能设备或仪表作为Profibus-DP从站可接入Profibus总线与其他设备通讯，接口模块自动将需要交换的数据转换成Profibus-DP协议与Profibus主站通信。

本发明的技术方案详细描述如下：

1、Profibus接口包括：1)SPC3(Siemens Profibus Controller)Profibus-DP协议处理芯片，用于Profibus-DP从设备的智能通信ASIC芯片，在与Profibus-DP连接的接口模板中，可独立完成全部Profibus-DP协议的通信功能，从而加速通信协议的执行，相应的减少了接口模块上微处理器的负担。SPC3在发明装置中，SPC3芯片起到Profibus-DP协议处理器的作用，承担了部分微处理器负载，实现DP从站通信处理。其内部集成有1.5k的双口RAM(Dual-Port-RAM)，整个空间被分为192个段，每段长8个字节，包括有方式寄存器，状态寄器存器，中断寄存器及各种缓冲器指针和缓冲区等。微处理器通过系统数据、地址总线与SPC3的8根数据线和11根地址线相连，其中低8位地址线与数据线复用。由于SPC3本身有地址锁存功能，因此跨过地址锁存器。通过译码器将SPC3的1.5K寄存器配制在指定地址空间，微处理器对指定寄存器的读写，就可执行相应Profibus-DP操作。SPC3的方式寄存器0设置Profibus-DP的操作方式。方式寄存器1设置可动态改变的状态。一个保护监视定时器(WATCHDOG)集成在SPC3中，如应用处理器有故障则禁止Profibus-DP通信，因而不至于危及外围设备。SPC3可以产生的中断源包括New_SSA_Data，New_Prm_Data，New_cfg_Data，New_Gc_Command，Dx_out等，有一个公共的中断输出，引到相应微处理器的中断输入，产生中断时微处理器可以通过读取中断寄存器来判断SPC3中断源的性质。SPC3具有3个输入缓冲器，3个输出缓冲器，2个诊断缓冲器，2个辅助缓冲器，1个配置缓冲器，1个参数缓冲器和一个地址设置缓冲器。SPC3芯片将微处理器的并行数据变换成串行数据流发到总线上，将从总线上收到串行数据流变换成并行数据，中断通知微处理器。当SPC3工作前，过程特定的参数(如站首地址，标识号，各种控制位等)要输入到特定的寄存器单元之后SPC3才能正常工作。

2)总线驱动器以及电器隔离部分的作用，主要是为了减少外部Profibus总线信号对系统内部电路的干扰，在总线驱动器和SPC3控制器之间加有高速光电隔离，它的最高速度可达12M，利用它可以在隔离的状态下保证系统的通讯的高速可靠。与内部电路隔离的Profibus驱动器的供电由高效率的DC/DC变换器完成。

3)通过可选的3种形式的物理接口，分别为DB9插针型、5座插拔型和5座螺丝固定型，与总线进行物理连接。

2、微处理器系统：微处理器内含32K flash EPROM，这样就不需要外加EPROM，简化了外围电路，提高了系统的抗干扰能力。通过通用串行接口线外接一片串行EEPROM，用来保存用户所设置的参数、站地址、识别号、CFG报文、PRM报文、SSA报文、输入数据输出数据的长度等控制器的各种参数值等，以避免掉电数据丢失。晶振主频为16MHz。电源监视芯片有硬件看门狗功能，主要完成上电复位，电源波动复位和程序出错复位。64K数据存储空间通过地址锁存器、译码器，被划分成3块，分别留给SRAM(可读写静态存储器，占32K)、SPC3控制器(占1.5K)、DPRAM(双口可读写存储器，占2K)，微处理器读写相应的端口就可以控制相应芯片完成相应任务，整个系统在微处理的控制下协同工作。另外，为了增强人机交互功能，增加了Profibus-DP从站号设置拨码开关和工作状态指示灯。

3、本发明采用了两种形式解决用户主控制器和装置中微处理器的通讯问题，供使用者选择。方式一：采用双端口RAM并行总线，实现两处理器之间的高速重复不需握手的数据交换，可提高系统传输速度和效率50％。双端口RAM，具有两套独立的地址、数据及读写控制线，可同时分别与两个不同的CPU相连，只要不同时操作同一存储单元，两侧CPU就能互不相干的读写存储器中的数据。采用这种芯片，使得电路设计简化，集成度高，数据交换更快速、可靠。每个与之相连的CPU都把双端口RAM作为自己的外部存储器用。即将用户微处理系统总线的8位数据线DO-D7、地址线低11位AO-A10以及内存读写控制线，片选，中断申请，等信号通过接口插头引向双端口RAM的一侧。模块内部微处理器的读写控制线直接引向双端口RAM，单片机的所有数据、地址总线都引向锁存、译码逻辑单元，在ALE信号的控制下完成地址、数据总线分离的同时也完成高位地址的译码，再引到8位的数据线和11位的地址总线，以及双端口RAM片选信号CSR。2K双端口RAM分为5个区域分别为输入缓冲区、输出缓冲区、输入邮箱、输出邮箱，命令缓冲区。

方式二：采用速度较慢的异步串行接口与外部的微处理器进行异步数据交换。内外两个微处理器异步串行控制器引脚直接交叉相连，电平是TTL的，其协议为标准的NRZ格式(1起始位，8个数据位，2个停止位，无奇偶校验位)。

微处理器程序主要包括3个部分：SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和DPRAM中断处理程序。在SPC3正常工作之前，必须进行初始化，以配置各个需要的寄存器。SPC3中断处理程序用于完成SPC3发生的各种事件的处理，主要有新的参数提出报文事件，进入或退出数据交换状态事件，新的配置报文事件，新的地址设置报文事件，监测到波特率事件和看门狗溢出事件等。数据输入和输出处理(输入输出相对于主站而言)以及用户诊断数据输入可以放在应用程序循环中。在一个应用循环中，由应用来刷新输入BUF中的数据，保障所有输入数据是最新的数据。而SPC3在接收到由Profibus主站传送的不同输出数据时，会产生输出标志位(同样位于中断请求字单元)，CPU通过在应用循环中轮询标志位来接收主站数据。相对于特定应用的诊断信息，需要实时传递到主站；主应用程序在应用循环中判断是否有可用的诊断BUF存在，当有空闲BUF时，应用程序输入诊断信息并请求更新。对于实时性要求严格的系统，应采用中断方式进行输出数据和诊断数据处理。DPRAM采用中断方式或令牌方式交换数据。中断工作方式在传输数据时须发出中断请求，得到CPU响应后，硬件发出中断向量，并打断原有程序运行，转向执行数据传输中断服务程序。令牌工作总方式约定只有得到令牌的一方才能传输数据。一旦令牌被两个CPU中的一个得到，则另一方只能等到他用完再传输。运行时外部主控制器处理器将命令写入DPRAM的命令缓冲区，置中断标志位，内部微处理器接受到中断后，转入中断处理子程序，读取命令并执行，将执行结果和数据放回DPRAM，供外部处理器读回。

本发明与现有的技术相比，具有如下显而易见的突出特点和显著的进步：

(1)采用协议芯片SPC3，实现了Profibus-DP从站通讯功能，符合JB/T 10308.3-2001：测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线第3部分：Profibus规范。

(2)该接口模块一端通过双端口RAM、或TTL电平的异步串行口，与外部控制器交换数据，并作为其外围设备嵌入智能仪表设备中，实现接入PROFBUS总线，通讯速率高、接口设计简单。

(3)本发明装置可嵌入到使用者产品电路板中，快速、便捷地将不具有Profibus接口的产品接入到Profibus-DP现场总线网络中，使其具有与主战通讯功能，简化了开发流程，缩短了开发周期。可靠性高，可以应用在各种工业场合；既可以通过并行总线接口连接，也可以通过串行口接入，接入方式灵活、实现形式多样化。

附图说明

图1：为本发明Profibus-DP现场总线从站接口装置示意图。

图2：接口装置程序流程图。

图3：Profibus-DP现场总线接口装置接线端子图。

图4：Profibus接口实施方案一连接示意图。

图5：Profibus接口实施方案二连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明具体实施方式：

图1为本发明Profibus-DP现场总线从站接口装置示意图：主要包括：Profibus-DP协议处理芯片(SPC3)(U1)。总线驱动器(U8)、高速光电隔离(U7)、DC/DC变换器(U13)、DB9插针型(J2)、5芯可插拔型插座(J3)和5芯螺丝固定型插座(J4)；微控制器(U2)、串行EEPROM(U14)、电源监视、看门狗芯片(U10)、锁存器(U5)、译码器(U6)，从站地址设置拨码开关(U11)和工作状态指示灯(U12)；32K外部数据存储器(U4)、双端口RAM(U3)、34针插座(J1)。

采用双端口RAM并行总线，实现两处理器之间的高速重复不需握手的数据交换，可提高系统传输速度和效率。双端口RAM，具有两套独立的地址、数据及读写控制线，可同时分别与两个不同的CPU相连，只要不同时操作同一存储单元，两侧CPU就能互不相干的读写存储器中的数据。采用这种芯片，使得电路设计简化，集成度高，数据交换更快速、可靠。每个与之相连的CPU都把双端口RAM作为自己的外部存储器用。即将用户微处理系统总线的8位数据线D0-D7、地址线低11位A0-A10以及内存读写控制线，片选，中断申请，等信号通过接口插头引向双端口RAM的左侧控制引脚。模块内部微处理器的读写控制线直接引向双端口RAM右侧控制引脚，单片机的所有数据、地址总线都引向锁存、译码逻辑单元，在ALE信号的控制下完成地址、数据总线分离的同时也完成高位地址的译码，再引到8位的数据线和11位的地址总线，以及双端口RAM片选信号CSR。2K双端口RAM分为5个区域分别为输入缓冲区、输出缓冲区、输入邮箱、输出邮箱，命令缓冲区。

方式二：采用速度较慢的异步串行接口与外部的微处理器进行异步数据交换。内外两个微处理器异步串行控制器引脚直接交叉相连，因此电平是TTL的，其协议为标准的NRZ格式(1起始位，8个数据位，2个停止位，无奇偶校验位)。

图2为微控制器U2内部程序流程图。

图3为嵌入式接口装置接插件管脚定义说明，J1见下表：

管脚	说明	管脚	说明
				1	VCC，(+5V直流电源)	2	GND，(VCC的地)
3	VCC，(+5V直流电源)	4	GND，(VCC的地)
				5	保留(未定义)	6	RTS信号线TTL电平
7	Txd，TTL接用户板CPU的Rxd	8	Rxd，TTL接用户模板CPU的Rxd
				9	地址线A01	10	地址线A02
11	地址线A03	12	地址线A04
				13	地址线A05	14	地址线A06
15	地址线A07	16	地址线A08
				17	地址线A09	18	地址线A10
19	数据线D1	20	数据线D2
				21	数据线D3	22	数据线D4
23	数据线D5	24	数据线D6
				25	数据线D7	26	数据线D8
27	BUSY控制线	28	IRQ控制线
				29	RD控制线	30	WR控制线
31	CE控制线	32	RESET控制线
				33	地址线A11	34	保留(未定义)

J2，J3，J4见下表

管脚	J2	J3	J4
				1	保留(未定义)	5V	5V
2	保留(未定义)	0V	0V
				3	B-profibus数据线	A，profibus数据线	A，profibus数据线
4	RTS-信号线	B-profibus数据线	B-profibus数据线
				5	0V	RTS-信号线	RTS-信号线；

6	5V，光隔外电源	无	无
				7	保留(未定义)	无	无
8	A，profibus数据线	无	无
				9	保留	无	无

图4为Profibus协议转换接口模块与用户产品之间的一种典型连接方式。从图中可以看出，在这种连接方式中，Profibus协议转换接口B可以看作是一个专用模块嵌入到用户产品的电路板A中，Profibus协议转换接口B和用户产品电路模板A经过接线端子⑥进行连接，通过双口RAM，进行并行数据的交换。CPU①、SPC3③和光隔及485驱动④共同实现Profibus-DP协议接口功能，并通过PROFIBSU总线接头⑤将用户产品A接入到Profibus现场总线网络中。双口RAM②为CPU①和CPU⑦共有，即CPU①和CPU⑦都把DPRAM②作为自己的外部RAM，当用户产品电路模板A需要与现场总线网络交换数据的时候，首先CPU⑦把数据写入DPRAM②中，然后CPU①再从DPRAM②中把数据读出交与SPC3③进行处理，SPC3③经过协议转换处理后把其变成Profibus总线格式的数据，再经光隔及485驱动④电路送到Profibus总线接头⑥，最终实现把数据传输到Profibus现场总线的主站设备中。数据的反向传输过程正好相反，Profibus主站设备的数据经总线网络送入Profibus总线接头⑥，经过光隔及485驱动④交与SPC3③进行数据协议转换处理，然后交与CPU①存入到DPRAM②中，最后CPU⑦再从DPRAM④中取出主站送来的数据，从而完成数据的接收任务。

图4中用户产品电路模板A与嵌入式Profibus接口模板B通过接线端子⑥相互连接，其中主要包括与DPRAM④进行连接的数据线和地址线，CPU的中断及握手信号，具体信息参见J1定义表Profibus接口信号以及相互隔离的两组电源信号。嵌入式Profibus接口模板B可以做到非常小巧，对于用户接口电路板来说就如同一个集成电路块，在实施本方案的过程中，开发工程师不必了解Profibus技术的太多细节，只要把嵌入式Profibus接口模板B看成一个黑匣子即可，可以在短时间内推出具有Profibus网络接口的产品。

实施例2：

图5为用户产品电路模板实现Profibus现场总线接口的第二种连接方式。在这种连接方式下，用户产品电路模板A与Profibus协议转换接口B是通过TTL异步串行口实现数据信息交换的。这种方式的特点是连接线少、结构简单、速度较慢。当用户产品需要与现场总线的主站设备进行通信时，只需通过两条异步收发数据线连接用户产品电路模板A的CPU⑦和Profibus协议转换接口B上的CPU①即可实现。在用户产品电路模板A向Profibus现场总线的主站设备发送数据时，首先CPU⑦通过异步串口UART把数据传输给CPU①，CPU①在接收到数据以后经SPC3③进行Profibus-DP协议转换后变成现场总线能够识别的数据格式，经光隔485及驱动④后送入Profibus总线接头⑤并最终通过Profibus总线网络到达主站设备；反之，当主站设备需要向用户产品电路模板A发送数据时，首先主站设备通过总线网络经Profibus总线接头⑤送入Profibus协议转换接口B中，然后经光隔及485驱动送入SPC3进行格式转换，再由CPU①把格式转换后的数据经异步串行口传输到CPU⑦中，从而实现主站设备到用户产品的整个数据传输过程。

Claims (7)

1、一种嵌入式现场总线协议接口装置，其特征在于它包括：Profibus接口模块，8位或16位微处理器和双口RAM或TTL电平的异步串行口，Profibus接口模块的一端通过双口RAM或TTL电平的异步串行口与8位或16位微处理器连接；在8位或16位微处理器里还嵌入SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和DPRAM中断处理程序。

2、按照权利要求1所述的现场总线协议接口装置，其特征在于所述的Profibus智能接口模块包括：

1)SPC3 Profibus-DP协议处理芯片，用于Profibus-DP从设备的智能通信ASIC芯片，其内部集成有1.5k的双口RAM(Dual-Port-RAM)，整个空间被分为192个段，每段长8个字节，包括有方式寄存器，状态寄器存器，中断寄存器及各种缓冲器指针和缓冲区；微处理器通过系统数据、地址总线与SPC3的8根数据线和11根地址线相连，其中低8位地址线与数据线复用；

2)总线驱动器以及电器隔离芯片：在总线驱动器和SPC3控制器之间加有高速光电隔离芯片，最高速度可达12M，减少外部Profibus总线信号对系统内部电路的干扰，利用它可以在隔离的状态下保证系统的通讯的高速可靠；与内部电路隔离的Profibus驱动器的供电由高效率的DC/DC变换器完成；

3)可选的3种形式的物理接口：DB9插针型、5座插拔型或5座螺丝固定型，与总线进行物理连接。

3、按照权利要求1所述的现场总线协议接口装置，其特征在于所述的SPC3具有3个输入缓冲器，3各输出缓冲器，2个诊断缓冲器，2个辅助缓冲器，1个配置缓冲器，1个参数缓冲器和一个地址设置缓冲器，在SPC3芯片将微处理器的并行数据流变换成串行数据流发到总线上和将从总线上收到串行数据流变换成并行数据流，以中断形式告知；当SPC3工作前，过程特定的参数站首地址，标识号或各种控制位要输入到特定的寄存器单元之后SPC3才能正常工作。

4、按照权利要求1所述的现场总线协议接口装置，其特征在于所述的双端口RAM并行总线与处理器之间的数据交换是将外部微控制器的8位数据线、地址线低11位以及内存读写控制线，片选，中断申请，通过接口插头引向双端口RAM的左侧，模块内部微处理器的读写控制线直接引向双端口RAM，数据、地址总线都引向锁存、译码逻辑单元，在ALE信号的控制下完成地址、数据总线分离的同时也完成高位地址的译码，产生双端口RAM片选信号CSR；双端口RAM分为：输入缓冲区、输出缓冲区、输入邮箱、输出邮箱和命令缓冲区。

5、按照权利要求1所述的现场总线协议接口装置，其特征在于所述的TTL电平的异步串行口与两处理器之间的数据交换是将用户微控制器的RXD、TXD数据线与异步串行控制器引脚直接交叉相连。

6、按照权利要求1所述的现场总线协议接口装置，其特征在于所述的SPC3的初始化程序、SPC3的中断处理程序和DPRAM中断处理程序：

SPC3的初始化程序：在SPC3正常工作之前，必须进行初始化，配置输出的读、写和诊断各个需要的寄存器；

SPC3的中断处理程序：主要有新的参数提出报文事件，进入或退出数据交换状态事件，新的配置报文事件，新的地址设置报文事件，监测到波特率事件和看门狗溢出事件；

相对于主站的数据输入和输出处理以及用户诊断数据输入可以放在应用程序循环中；在一个应用循环中，由应用来刷新输入BUF中的数据，保障所有输入数据是最新的数据，而SPC3在接收到由Profibus主站传送的不同输出数据时，会产生输出标志位，同样位于中断请求字单元，CPU通过在应用循环中轮询标志位来接收主站数据；相对于特定应用的诊断信息，需要实时传递到主站；主应用程序在应用循环中判断是否有可用的诊断BUF存在，当有空闲BUF时，应用程序输入诊断信息并请求更新；

DPRAM中断处理程序：DPRAM采用中断方式或令牌方式交换数据，中断工作方式在传输数据时须发出中断请求，得到CPU响应后，硬件发出中断向量，并打断原有程序运行，转向执行数据传输中断服务程序；令牌工作总方式约定只有得到令牌的一方才能传输数据，一旦令牌被两个CPU中的一个得到，则另一方只能等到他用完再传输；运行时外部主控制器处理器将命令写入DPRAM的命令缓冲区，置中断标志位，内部微处理器接受到中断后，转入中断处理子程序，读取命令并执行，将执行结果和数据放回DPRAM，供外部处理器读回。

7、一种基于嵌入式现场总线协议接口装置实现方法，其特征在于

它是包括：将智能仪表或设备与PROFBUS总线连接，接口装置的接口模块一端通过双口RAM或TTL电平的异步串行口，与通用8位或16位微处理器为核心的智能控制器交换数据，并作为其外围设备嵌入智能仪表设备的电路结构中，另一端是标准Profibus-DP从站接口，使智能设备或仪表作为Profibus-DP从站可接入Profibus总线与其他设备通讯，接口模块自动将需要交换的数据转换成Profibus-DP协议与Profibus主站通信。

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