基于单片机的CAN-PROFIBUS-DP总线桥的设计

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7 H7 n' e) U( L: p8 x; c+ P摘要:针对目前自动化领域两种流行的现场总线CAN和Profibus通信协议标准互不相容的问题，提出了一种基于单片机、SPC3 和
/ c0 ^, |$ @" {1 H4 JSJA1000组建CAN- Profibus- DP总线桥的设计方案，以解决各总线协议标准相互协调与兼容的问题;文中重点阐述了单个CAN节点
和单个Profibus-DP从站节点之间通信的硬件和软件设计与实现;该方法能很好地将CAN总线和Profibus-DP总线形成统一的多点测
控网络，具有通信速度快，稳定的性高、低成本等特点，可应用于具有一站多级或多站伺服机构的工业控制系统中.
关键词:现场总线;总线桥; Profibus- DP; CAN
) v& c) i$ v/ ?5 S# r3 `/ X0引言
* I7 T4 Y" L8 e0 G- }& b现场总线(field bus)是- -种应用于各种自动化领域的现
2 B  i5 U& n' J8 c( ^8 n场智能设备间实现双向串行多节点数字通信的通信网络，它是
5 U! o& N. J2 N* e4 p* v工厂计算机网络到现场级设备的延伸。目前在全球范围内有几
十种不同的现场总线标准，但这些标准和协议存在着很大的差
) [; I3 B! E+ E' n+ J* x异，给使用带来了复杂性，影晌了开放性和可互操作性.因
$ W$ W: v! {) x5 x此，研究不同现场总线系统的互联和协议的转换具有十分重要
( i/ x( h: x+ f% M" C的意义，可以使用户在选择产品时有更大的灵活性。
; i/ {9 e9 Q" ?5 rCAN总线和Profibus总线是两种应用非常广泛的现场总
- @- t! C6 j( r% v线凹。CAN总线价格低廉、通信方式灵活、抗干扰性好，适
用于工业控制领域的各个方面; Profibus523J 总线可分为DP. .
* J8 c% V! ~- VPA、FMS,其中以Profibus- DP应用范围最为广泛，它主要
  e, a8 L/ Y  v3 b! B7 `. p/ s应用于控制末端的传感器和执行器的高速数据传输，特点是速
度快、实时性好。由于CAN总线和Profibus总线的在数据链
路层的传输协议不同，使两种现场总线设备的通信不很畅通，
为此必须设计一总线桥以完成两者之间的协议转换。
( Z0 o& c- ]1 A; _1 r4 k; J文中给出一种基于单片机的可实现CAN与Profibus- DP
$ A2 q6 X9 D/ K+ Y7 x+ Z之间协议转换的低成本总线桥。
: |9 L$ D' r; R- _1设计方案
# b/ r. c; _9 r( p- k+ \7 f1.1 设计原理
7 b$ u8 _% k8 {& eCAN总线和Profibus-DP总线以OSI模型为参考模型,
) u" J3 P8 H7 }
都只定义了物理层和数据链路层，而省略了其余的3~7层，
$ B0 J7 R$ b9 {9 z4 S但是两者在数据链路层的规范和协议完全不同，所以要进行两
者之间的通信就必须进行协议转换]。如在CAN总线中，数
1 R% S6 {. y- K/ o0 N7 b, ~7 r据帧中的数据域为0~8个字节，而在Profibus- DP 总线中，
数据字段长度是可变的，数据帧包括1~246个数据字节。因
此，总线桥的作用就是把- -种总线上传来的数据，经过解析数
1 ~4 y/ e% T4 w# \3 b, M据包后获取用户需要的信息，然后再按照另一种总线的协议对
; U3 S" h% e) x% h8 N1 I其进行打包，然后发送到该总线对应的设备中去。
% |( {& a$ u. G2 c1.2 总线桥结构
CAN- Profibus- DP总线桥主要包括、CAN总线接口、
) z. ^8 }/ y: y# E* `: EProfibus- DP总线接口、处理器控制电路、隔离电路以及总
线驱动电路，其硬件结构如图1所示。
  q. v; y6 @. \图1 CAN- PROFIBUS- DP总线桥的硬件结构
( t+ Y6 l9 j. D; p! ^3 M9 n7 s其中，系统微处理器选用单片机AT89C52; SPC3 是Pro-
% N$ f, B0 r" E; |4 Tfibus- DP的专用通信芯片，内部集成了完整的DP协议，最
大数据传输速率为12Mbps,可自动检测并调整数据传输速
率，集成看门狗，外部时钟为24MHz或48MHz,5V供电;
/ o# S$ W/ S2 {: A8 h/ HSJA1000是CAN控制器，具有扩展的接收缓冲器，64 字
+ U1 r$ ~" u0 P% l: L节的FIFO结构，支持CAN2.0B，支持11位和29位的识别
* ^; O* a; }8 w4 j9 l4 q码，位速率可达1Mbit/s, 24 MHz的时钟频率，5 V供电;
CAN总线- -侧的光耦隔离器件采用6N137, CAN驱动芯
. f2 z7 F! V* A& y9 B. s* S0 t片为TJA1050;
Profibus- DP总线一侧则采用双向隔离器件ADuM1201
和光耦隔离器件TLP521，驱动芯片为SN75ALS176.



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Monika

研究不同现场总线系统的互联和协议的转换具有十分重要的意义

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