基于89C51单片机的PROFIBUS-DP从站接口电路的设计摘要：针对PROFIBUS-DP现场总线从站通信接口的问题，给出了基于89C51单片机接口电路的设计，详细说明了PROFIBUS-DP从站设计的方法和思想，包括硬件电路和软件设计，最后以ACS400变频器为开发对象进行了通信组网试验。关键词：PROFIBUS-DP；89C51单片机；接口电路；RS485文献标识码：A中图分类号：TS7341引言随着现代科学技术的迅猛发展，自动化技术日新月异。现场总线（Fieldbus）在智能现场设备、自动化系统之间提供了一个全数字化的、双向的、多节点的通信网络，是现代计算机、通信和控制技术的集成，它以数字信号取代传统的4~20mA模拟信号，一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点连接，实现了现场管理和控制的统一，真正实现了系统的开放性、互操作性，所以有人预言，现场总线技术使得自动化技术正在进入第三次飞跃[1]。现场总线技术起始于20世纪80年代中期，到现在已经有多个标准，PROFIBUS-DP总线技术则是其中的佼佼者。伴随着PROFIBUS-DP总线的发展，PROFIBUS-DP通信协议得到了广泛应用[2]。因此，如何自行开发稳定、可靠的国产PROFIBUS-DP智能从站通信接口，实现同一生产厂家的各种设备或不同生产厂家的同种设备能够同时工作在同一个PROFIBUS-DP网上，解决部分生产厂家的设备不支持PROFIBUS-DP通讯方式的问题，显得尤为重要。为此我们设计了基于89C51单片机开发的PROFIBUS-DP从站接口电路，该产品自开发以后，解决了主站和从站的接口问题，经应用证明通信速率较高。2PROFIBUS-DP从站接口电路的硬件设计2.1PROFIBUS-DP从站开发工具简介SPC3(SiemensProfibusController)是SIEMENS公司提供的一款很具代表性的DP从站专用智能通信协议芯片，采用44管脚的POFP封装，支持PROFIBUS-DP协议，SPC3能自动标识总线波特率（9.6kbps-12Mbps），其内部结构如图1。图1SPC3内部结构2.2PROFIBUS-DP从站硬件电路框图在硬件设计中，为了使硬件更具有通用性，能够适合更多的设备，增加接口硬件的灵活性，将硬件电路设计成以下几个部分：控制核心-单片机，SPC3与单片机的连接，存储器的扩展，PROFIBUS-DP接口，复位电路的设计，RS-485接口电路设计，供电电源的设计，其总体框图如图2所示。由于篇幅所限，本文仅对SPC3与单片机的连接，PROFIBUS-DP接口和RS-485接口电路设计进行说明。图2PROFIBUS-DP从站硬件电路框图2.3SPC3与单片机89C51的连接[3]SPC3与单片机89C51的连接如图3所示，SPC3的DB0~DB7与单片机的P0口相连、AB0~AB7与单片机的P2口相连，且AB4与P2.4连接时中间加反相器；RESET接单片机的T1端，由单片机控制SPC3的复位状态；X/INT接单片机的外部中断0；XRD、XWR、ALE分别与单片机的读、写、ALE相连接；SPC3的CLK端接48MHz晶振的输出。图3SPC3与单片机89C51的连接2.4PROFIBUS-DP的接口电路PROFIBUS-DP网络接口在物理特性上与RS-485网络接口相近。在PROFIBUS-DP总线驱动和光耦隔离的通信部分，它的接口电路如图4所示，PROFIBUS-DP总线驱动一侧与主站连接，另一侧通过光耦与SPC3连接。图4PROFIBUS-DP接口电路图2.5RS-485接口电路的设计RS-485接口电路如图5所示，主要由光电隔离、电平转换、电阻网络组成，其原理与PROFIBUS-DP接口类似，其区别在于RS-485的通信速率远小于PROFIBUS-DP的通信速率，因此在光电隔离的选择上就没有很严格的要求，用一般的521-1光电隔离器就可以了。在这里不再详细介绍。图5RS-485接口电路图3PROFIBUS-DP从站通信接口的软件设计PROFIBUS-DP的ASIC芯片SPC3集成了PROFIBUS-DP协议，能处理PROFIBUS-DP状态机构，89C51微处理器需要对SPC3进行合理配置、初始化及各种报文的处理，89C51主程序的流程图如图6所示。图6程序流程图4组网通讯试验要配置一个PROFIBUS-DP主站，需要组态软件和相应的硬件，在本试验中，使用Siemens公司的COMPROFIBUS组态软件，然后用PC机作为主站，组态软件根据从站的GSD文件得到所需的组态数据。采用COMPROFIBUS的设备模块，组成如图7所示的网络，然后配置各种数据，生成一个包含总线系统所有相关数据的二进制文件（.bin），其中PC-KIT4为主站（IM180＋IM181），另外两个变频器为从站，值...