CN2759070Y - 一种适用于现场总线的转换接口装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于Profibus－DP现场总线的转换接口装置，应用设备通过该转换接口装置可以实现与Profibus－DP现场总线主站的通讯。该转换接口装置与应用设备采用并行方式传输数据信息，转换接口装置与Profibus－DP现场总线实现串行方式传输数据信息。本实用新型的转换接口装置包括壳体、硬件电路控制模块、以及设在壳体上的指示灯，所述的硬件电路控制模块至少有双端口RAM、34针的接口、单片机、存储器、协议转换电路、译码器、DIP开关、通讯接口电路、电源电路。

Description

一种适用于现场总线的转换接口装置

技术领域

本实用新型涉及一种电子协议转换装置，具体地说，是指一种适用于Profibus-DP现场总线协议的转换接口装置。

背景技术

随着信息技术的飞速发展，信息交换的范围正迅速覆盖从工厂的管理、控制到现场设备层的各个层次，并逐步形成了全分布式网络集成自动化系统和以此为基础的企业信息系统。现场总线就是顺应这种发展趋势而发展起来的新技术。

Profibus-DP是一种国际化，开放式，不依赖于设备生产商的现场总线标准，广泛适用于制造业自动化、楼宇自动化、交通管理自动化、过程自动化、电力工业和电力输送等领域自动化，是使用最频繁的通信行规。

为了使各种应用设备(如控制器、智能仪器仪表等)能够实现与Profibus-DP现场总线通讯，开发一种可重复利用的、相对独立的、通用的Profibus-DP智能从站接口装置是非常必要的。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以作为Profibus-DP现场总线的一个从站的转换接口装置，该转换接口装置与应用设备采用并行方式传输数据信息，转换接口装置与Profibus-DP现场总线实现串行方式传输数据信息。

本实用新型的一种适用于Profibus-DP现场总线的转换接口装置，包括壳体、硬件电路控制模块、以及设在壳体上的指示灯，所述的硬件电路控制模块至少有单片机、存储器、协议转换电路、译码器、DIP开关、通讯接口电路、电源电路，还包括双端口RAM和34针的接口电路。双端口RAM的数据线D0～D7管脚分别与34针的接口电路的D0～D7管脚连接，数据线DB0～DB7管脚分别与单片机的数据线连接；双端口RAM的地址线A0～A10管脚分别与34针的接口电路的A0～A10管脚连接，地址线AB0～AB10管脚分别与单片机的地址线连接；双端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚分别与34针的接口电路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚连接，双端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚分别与单片机的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚连接；双端口RAM的片选信号CER管脚与译码器的片选信号CER管脚连接；双端口RAM和34针的接口电路的其它管脚为常规连接；所述的通讯接口电路由RS485驱动电路和光电隔离电路组成，所述的协议转换电路的RTS、RXD、TXD管脚分别与光电隔离电路连接，接收与发射信息经光电隔离电路后分别与RS485驱动电路的输入端连接。

所述的转换接口装置与应用设备采用并行方式传输数据信息，与Profibus-DP现场总线采用串行方式传输数据信息。

本实用新型的优点：(1)适合于各种具有独立处理功能的应用设备，通用性强；(2)可作为可选件，独立性强；(3)采用C语言模块化应用端软件，对于不同的应用设备处理器可复用性较强。

附图说明

图1是本实用新型的硬件结构框图。

图2是与应用设备连接的接口电路的电路原理图。

图3是双端口RAM的电路原理图。

图4是通讯接口电路原理图。

图5是指示灯的连接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型的转换接口装置与应用设备采用并行方式传输数据信息，转换接口装置与Profibus-DP现场总线实现串行方式传输数据信息。在本实用新型的转换接口装置中增加一34针的接口和双端口RAM，并且与Profibus-DP现场总线采用并行方式的RS485驱动电路及9针插头与其通讯。这样可以达到传输速度快的特点。通过34针的接口以有线方式与应用设备实现连接，转换接口装置通过9针接口以有线方式与Profibus-DP现场总线连接，这样便使应用设备成为了Profibus-DP现场总线上的一个从站，数据信息经该装置与应用设备的数据信息进行交互。

本实用新型转换接口装置，包括壳体、硬件电路控制模块、以及设在壳体上的指示灯，所述的硬件电路控制模块至少有单片机、存储器、协议转换电路、译码器、DIP开关、通讯接口电路、电源电路，以及双端口RAM和34针的接口电路，双端口RAM的数据线D0～D7管脚分别与34针的接口电路的D0～D7管脚连接，数据线DB0～DB7管脚分别与单片机的数据线连接；双端口RAM的地址线A0～A10管脚分别与34针的接口电路的A0～A10管脚连接，地址线AB0～AB10管脚分别与单片机的地址线连接；双端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚分别与34针的接口电路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚连接，双端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚分别与单片机的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚连接；双端口RAM的片选信号CER管脚与译码器的片选信号CER管脚连接；双端口RAM和34针的接口电路的其它管脚为常规连接；所述的通讯接口电路由RS485驱动电路和光电隔离电路组成，所述的协议转换电路的RTS、RXD、TXD管脚分别与光电隔离电路连接，接收与发射信息经光电隔离电路后分别与RS485驱动电路的输入端连接。

下面将对硬件电路控制模块进行说明，各管脚非特指，一般为常规连接法。

本实用新型的硬件结构框图如图1所示。板上核心处理器为Philips公司的51单片机P89C58，内部集成有一个32k FLASH，提供了足够的程序空间；还有一个32k的RAM作为数据空间；CYPRESS公司的2K双端口RAM一边映射到单片机中，另一边与一个34针的接插件相连；VPC3+B为Profibus协议芯片，一端与单片机相连，另一端与RS485驱动电路相连；EEPROM用于存储一些重要参数；DIP用于设置从站地址；板上还有74HCT573锁存器、看门狗复位电路和指示灯等。电源电路提供5V电源。

在本实用新型中，应用端以总线的方式访问双端口RAM，包括12个地址线、8位数据线、读写及片选信号；当有新的事件发生时，会产生中断信号；当双端口RAM的同一地址空间同时被应用端和板上单片机访问时会产生忙信号。2K字节的双端口RAM被划分为几个区间，输入输出区间用于放置输入输出数据，邮箱区间用于初始化通讯板并进行参数的传递，控制区间用于存放一些通讯板信息，包括通讯状态、通讯参数和版本信息等。具体现场总线区暂时没有用到，还有两个握手寄存器用于实现通讯握手。

(1)34针接口电路

34针接口电路如图2所示，接口为双排间距为2mm的接插头，用于与用户端的接口，其中3、4、7、8、34插针没有用到。1、2为5V电源输入端，给RS485驱动电路供电；5、6为另一个5V电源输入端，为板上其余部分电路供电。这两个电源输入端都有高频和低频滤波电容，增强了整个电路板的抗干扰能力，另外还有稳压管用于过电压保护，防止电路板被烧坏。同时在整个电路板上靠近芯片的电源和地之间都接有滤波电容，保证电路板的可靠运行。

32为复位端，连接到看门狗复位电路中用于复位单片机。其余脚都连到双端口RAM的CY7C136芯片上，为8个数据线、11个地址线和5个控制线。A4、A10、BUSY、INT针脚分别接10K上拉电阻。

(2)双端口RAM的CY7C136芯片

请参见图3所示，在该通讯接口卡中，使用的是CYPRESS公司的双端口RAMCY7C136-55NC，大小为2K字节。作用是作为共享内存在单片机和应用端之间起着缓冲隔离的作用，实现用户端与该通讯接口卡之间的通讯。双端口RAM的两端可以独立的对其进行操作，左边的数据线、地址线和控制线分别连接到34针接口的相应针脚上，右端的数据线和地址线分别连接到51单片机P89C58芯片的数据线和地址线上，控制线除片选信号CER即CY7C136的44管脚外都连接到单片机的相应引脚上，片选信号是由译码电路操作的。

(3)单片机P89C58及外围电路

P89C58是内部集成32K字节FLASH程序存储器的51系列单片机，采用的是贴式PLCC封装的芯片，便于接口卡固件的升级。P89C58为板上核心处理器。时钟选用的是24MHZ无源晶振；由于该单片机为低8位地址线与数据线复用，用地址锁存器74HCT573芯片作为单片机低8位地址锁存器；存储器62256芯片为32K外部扩展数据RAM；单片机P89C58芯片的P1.0、P1.1管脚接串行EEPROM的SCL和SDA管脚，P1.2管脚接看门狗复位电路的MAX705的WDI管脚，P1.3、P1.4、P1.6、P1.7、P3.0接指示灯限流电阻的一端，P1.5接到CY7C136的BUSYR管脚，INT0和INT1分别接CY7C136的INTR管脚和VPC3+B的9管脚，复位脚接看门狗复位电路，TXD接VPC3+B的复位引脚，其余控制管脚接相应外围电路的各控制管脚。该单片机的各管脚连接为常规连接。

(4)指示灯电路

请参见图5所示，在本实用新型的转换接口装置上共有5个指示灯，有电源指示灯D1、在线状态指示灯D2、离线状态指示灯D3、现场总线诊断指示灯D4和一个为红绿双色指示灯D5。其中，红绿双色指示灯D5指示转换接口装置的工作状态。

工作状态	颜色	频率
			协议转换电路的检查错误	红	2Hz
转换接口装置没有初始化	绿	2Hz

转换接口装置初始化成功并且运行正常	绿	1Hz
			数据存储器RAM检查错误	红	1Hz
双端口RAM检查错误	红	4Hz

(5)译码电路

译码电路主要由三八译码器构成，这里用的是74HCT138芯片。

(6)拨码开关电路

本实用新型中选用8位拨码开关，用于设置从站地址(1-127)，只有上电时从站地址才会被加载，因此如果要修改从站地址必须重新上电。拨码开关一端接地，另一端通过上拉电阻后接入移位寄存器74HCT244芯片的输入端，移位寄存器74HCT244芯片的输出端接到单片机的数据总线上，片选由译码电路控制。

(7)协议转换VPC3+B电路

在本实用新型中，协议转换电路选取VPC3+B芯片。Profichip公司的VPC3+B是带有处理器接口的PROFIBUS通信专用芯片，可以执行PROFIBUS-DP的信息和地址识别，数据的安全传输和协议的处理。另外，支持PROFIBUS-DPV1和PROFIBUS-DPV2扩展。VPC3+B的总线接口是个可参数化的同步/异步8位接口，适合于Motorola和Intel的微控制器/处理器。DP通信的服务存取点(DP-SAPs)由VPC3+B自动建立，各种报文信息呈现在用户面前的是不同buffer的内部数据，用户可以通过总线接口访问这些内部数据。

由于本实用新型中处理器用的是51系列单片机，所以VPC3+B的MODE管脚接VCC，选择数据地址线复用。INT/MOT管脚接地，选择因特尔模式。时钟管脚CLK管脚接48MHZ有源晶振的输出管脚。VPC3+B内部集成了地址锁存器，将锁存使能管脚ALE即24管脚接到单片机的ALE端，8位数据线也同时作为低8位地址线使用，接到VPC3+B的DB0-DB7管脚。地址线的AB8、AB9、AB10分别接到VPC3+B的AB0、AB1、AB2管脚。当VPC3+B处于本实用新型所使用的工作方式时，管脚AB3-AB10全为低电平时，VPC3+B才被选通，本实用新型中管脚AB4-AB10都接地，AB3接译码电路中74HCT138的Y0管脚，同时接上拉电阻，实际上AB3管脚提供VPC3+B的片选信号。VPC3+B的读、写、中断管脚分别接单片机的读、写、中断管脚，复位管脚接单片机，同时接上拉电阻。VPC3+B的CS#管脚与单片机的地址线AB11管脚连接。

(8)光电隔离及RS485驱动电路

请参见图4所示，RS485驱动电路选取DS75176芯片，光电隔离电路由三片光耦芯片组成，片选准备信息隔离选取HCPL0601芯片，接收信息隔离选取HCPL0710芯片，发射信息隔离选取HCPL0710芯片。协议转换电路的RTS管脚与片选准备HCPL0601芯片连接，协议转换电路的RXD管脚与接收信息HCPL0710芯片连接，协议转换电路的TXD管脚与发射信息HCPL0710芯片连接，HCPL0601芯片的片选输出端与接口JP2的4端连接，接收信息HCPL0710芯片的输出端与RS485驱动电路DS75176芯片的1端连接，发射信息HCPL0710芯片的输出端与RS485驱动电路DS75176芯片的4端连接，RS485驱动电路DS75176芯片的6、7两端与JP2的3、8端连接。

本实用新型的软件部分包括单片机软件、应用端软件和设备数据库GSD文件。下面分别具体说明。

本实用新型在单片机P89C58中运行，采用的是C语言编程方法，包括主程序和VPC3+B中断程序。

主程序是单片机软件的主线，主要任务是识别不同状态下调用相应的子程序处理模块，并将它们联系起来，形成一个有机的整体，从而实现对该转换接口装置的全部管理功能。上电以后，单片机首先对板上硬件资源进行检测，包括外部数据和双端口RAM，如果检查硬件有问题，则点亮相应指示灯报错。硬件检测完成通过后，先使能协议转换电路VPC3+B中断，等待应用端的初始化从站参数，紧接着进行VPC3+B初始化，包括设置VPC3+B允许的中断，写入从站识别号和地址，设置VPC3+B方式寄存器，设置诊断缓冲区，参数缓冲区，配制缓冲区，地址缓冲区，初始长度，并根据以上初始值求出各个缓冲区的指针及辅助缓冲区的指针。根据传输的数据长度，确定输出缓冲区，输入缓冲区及指针。在VPC3+B初始化完成后，如果配置正确，则使能VPC3+B中断并启动，然后进入主循环：复位看门狗，输入输出数据处理，PROFIBUS中断事件处理，如果有外部诊断，可对诊断进行处理。中断程序主要用来处理PRM报文，CFG报文，SSA报文，完成微处理器对VPC3+B的中断信号的反应。

本实用新型的转换装置作为PROFIBUS-DP现场总线上的一个从站，拥有独立的驱动程序，也就是所谓的GSD文件，以方便现场总线组态软件对其识别、组态。本实用新型的GSD文件完全符合其标准，包含其名称、版本号、支持的通讯波特率、同/异步传输、通讯字节数等信息。

Claims (4)

1、一种适用于Profibus-DP现场总线的转换接口装置，包括壳体、硬件电路控制模块、以及设在壳体上的指示灯，所述的硬件电路控制模块至少有单片机、存储器、协议转换电路、译码器、DIP开关、通讯接口电路、电源电路，其特征在于：还包括双端口RAM和34针的接口电路，

双端口RAM的数据线D0～D7管脚分别与34针的接口电路的D0～D7管脚连接，数据线DB0～DB7管脚分别与单片机的数据线连接；

双端口RAM的地址线A0～A10管脚分别与34针的接口电路的A0～A10管脚连接，地址线AB0～AB10管脚分别与单片机的地址线连接；

双端口RAM的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚分别与34针的接口电路的INT、BUSY、CE、OE、R/W管脚连接，双端口RAM的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚分别与单片机的INTR、BUSYR、OER、R/WR管脚连接；

双端口RAM的片选信号CER管脚与译码器的片选信号CER管脚连接；

双端口RAM和34针的接口电路的其它管脚为常规连接；

所述的通讯接口电路由RS485驱动电路和光电隔离电路组成，所述的协议转换电路的RTS、RXD、TXD管脚分别与光电隔离电路连接，接收与发射信息经光电隔离电路后分别与RS485驱动电路的输入端连接。

2、根据权利要求1所述的转换接口装置，其特征在于：双端口RAM选取CY7C136芯片，单片机选取P89C58芯片，协议转换电路选取VPC3+B芯片，RS485驱动电路选取DS75176芯片，光电隔离电路由三片光耦芯片组成，片选准备信息隔离选取HCPL0601芯片，接收信息隔离选取HCPL0710芯片，发射信息隔离选取HCPL0710芯片。

3、根据权利要求1所述的转换接口装置，其特征在于：与应用设备采用并行方式传输数据信息，与Profibus-DP现场总线采用串行方式传输数据信息。

4、根据权利要求1所述的转换接口装置，其特征在于：设有5个指示灯。

Images