摘 要：本文设计了一种带有RS232，RS422/485，Profibus-DP现场总线接口的电路，主要应用于自动控制系统中。
关键词：现场总线；Profibus；接口电路；RS422/485；RS232
1 引言
现场总线是用于过程自动化、制造自动化、楼宇自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。它作为工厂数字通信网络的基础，沟通了生产过程现场及控制设备之间及其与更高控制管理层次之间的联系。它不仅是一个基层网络，而且还是一种开放式、新型全分布控制系统，具有可靠性高、稳定性好、抗干扰能力强、通讯速率快、系统安全符合环境保护要求、造价低、维护成本低等特点。这项以智能传感、控制、计算机、数字通讯等技术为主要内容的综合技术，已经广泛应用于自动控制系统中。
2 设计背景
在实际应用中，由于应用范围不同以及所要达到的性能指标高低要求不同等诸多原因，而存在着多种现场总线标准。目前，国内外应用得比较广泛的有RS232，RS422/485，Profibus，CAN，HART，LonWorks，FF，CEbus等。而国内的实际情况是：RS232，RS422/485，Profibus，CAN最为普及，所使用的大部分终端设备具备现场总线通讯功能，但同时能支持多种总线标准的设备则比较少。这样在控制系统中就会遇到一些问题，一方面，若在同一个控制系统有支持不同标准的设备，那么它们之间的数据传输，互联及系统集成就会比较困难，此时可以利用接口电路将不同的协议互相转化成同一种协议。另一方面，有些设备只支持较低速的总线标准，在一些控制系统中无法满足高速通讯的要求，不能很好的完成控制目的，甚至容易造成系统故障，对此，解决方法之一是更换设备，但所需成本较高，另外一种方法是利用接口电路将低速总线转换成高速总线。因此，针对上述问题，考虑到国内现场总线应用的实际情况，本文设计了一种带有RS232，RS422/485，Profibus-DP接口，支持多种总线标准的现场总线接口电路，能有效的完成控制系统中设备的互联及系统集成。
3 电路设计
3.1硬件设计
本电路采用模块化设计，主要分为四个模块，主控模块，RS232接口模块，RS422/485接口模块，Profibus-DP接口模块。各模块的设计如下。
3.1.1主控模块
主控模块主要由CPU，看门狗电路，EEPROM，程序存储器，RAM构成。
CPU采用80C32单片机。看门狗电路采用XICor公司的X5045芯片。由于它内部自带有512字节的EEPROM，故本设计中直接利用了X5045的EEPROM用来存放现场总线网络的相关参数配置信息。程序存储器采用Winbond公司的27C512芯片，具有64K字节的存储容量，用来存放本设计的软件程序已经足够。RAM采用6264芯片，用于通信过程中各网络的接收和发送缓冲区，网络节点的接收和发送缓冲区以及CPU数据缓冲。
主控模块电路原理图如图1所示。
图1 主控模块原理图
3.1.2 RS232接口模块
由于本设计中需使用两个串行接口，而主控模块的80C32单片机只带有一个串行口，故RS232接口需通过另外扩展的UART控制芯片连接至主控模块中的80C32单片机。本设计中应用的UART控制芯片为Maxim公司的MAX3100，它其主要性能为：SPI／Microwire兼容的μP接口，8字节接收FIFO、9位地址识别中断、IrDA SIR时序兼容、RTS输出和CTS输入、最高波特率230 k、工作电压＋ 2.7 V至5.5 V、工作电流仅0.5mA。RS232接口模块包括UART控制芯片和RS232至TTL电平转换电路。电平转换芯片使用MAX232E。
RS232接口模块电路原理图如图2所示。
图2 RS232接口模块原理图
3.1.3 RS422/485接口模块
本模块直接使用80C32的串行口，RS422/485模式之间的切换通过模块上的模式选择开关来实现。接口电平转换芯片使用MAX489。
此模块原理图如图3所示。
图3 RS422/485模块原理图
3.1.4 Profibus-DP接口模块
在此模块中主用的芯片为西门子公司的SPC3芯片。SPC3协议芯片是西门子公司为优化的智能PROFIBUS-DP从站提供的专用芯片，集成了PROFIBUS-DP协议，遵照EN 50170标准。主要性能为：
（1）在PROFIBUS-DP上自动检测波特率，自9.6K到12M波特率。
（2）集成了1.5kB数据通信RAM。
（3）PROFIBUS-DP协议集成在芯片中，减轻微处理器的负担。
（4）简单的用户接口、时间解耦的通信和应用循环。
SPC3的内部有RAM、方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器以及各种缓冲器指针和缓冲区等。SPC3有8根数据线和11根地址线，其中8根数据线与地址线复用，可以接80C32、80C166、80C196、HC196等单片机。
此模块电路原理图如图4所示。
图4 Profibus-DP接口模块原理图
3.2 软件设计
本接口电路软件设计采用模块化结构设计，按照各部分功能大致可分为主控模块初始化，各接口模块初始化，网络节点配置信息初始化，主循环程序，各接口中断，协议互转，接收数据处理，出错处理等模块。
4 结语
本接口电路能够解决支持不同现场总线协议的设备之间的互联，以及低速总线转换成高速总线的问题，可以使一些只有RS232或者RS422/485接口而不具备Profibus-DP接口的设备连接到Profibus-DP网络中，能有效的实现控制系统的集成及自动化，具有较高的应用价值。
本文关键字：接口 接口电路，单元电路 - 接口电路
