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[毕业设计] 基于单片机的CAN-PROFIBUS-DP总线桥的设计

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发表于 2020-4-22 09:47 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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3 R$ {5 f% s, P) h: |
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
! H4 K0 M( l  _# ?6 fSJA1000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
# j# @  S! O/ v/ m. X. A2 A6 U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: I* J1 L" {. [- q3 D
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." a1 \2 P' W9 y: e) A: x
关键词:现场总线;总线桥; Profibus- DP; CAN! o5 K+ K1 x) R' M; L8 r6 u
0引言/ V$ u% U# u$ `* y% |: [" {
现场总线(field bus)是- -种应用于各种自动化领域的现5 M* z# K# ~6 j) Q, [9 _
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
" l" P9 D/ u5 Z% j' X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
' v- P5 Q4 v+ v% b, a% D+ c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8 B2 Z% |: p, b8 N0 z$ n2 ?
异,给使用带来了复杂性,影晌了开放性和可互操作性.因
, {* f' |" B+ j$ x& v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
9 E+ y; d& D! q2 k  t' B! t0 y的意义,可以使用户在选择产品时有更大的灵活性。
- `( v2 Q" x, H; M/ a4 @& [CAN总线和Profibus总线是两种应用非常广泛的现场总
2 g: Q$ O) V. h- J线凹。CAN总线价格低廉、通信方式灵活、抗干扰性好,适
& t/ t4 `2 @8 _" k用于工业控制领域的各个方面; Profibus523J 总线可分为DP. .
) H: A2 g) _! TPA、FMS,其中以Profibus- DP应用范围最为广泛,它主要5 s, @$ }  {+ b
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8 ?2 l' c) s) ~- s+ U2 C
度快、实时性好。由于CAN总线和Profibus总线的在数据链
1 M7 Q  ~0 R% a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,
0 }- ?  P9 M# ~: z, X% u为此必须设计一总线桥以完成两者之间的协议转换。
6 [" [' l4 B& H0 Z8 [: J  m文中给出一种基于单片机的可实现CAN与Profibus- DP2 z( p' ]/ |+ r0 h. J# d! `
之间协议转换的低成本总线桥。6 {$ i& Q% A9 k3 N
1设计方案" m' Q- |+ h7 ?  w; N9 E0 Z
1.1 设计原理
- q, m' x" d; h/ V% f1 B! q- J/ ICAN总线和Profibus-DP总线以OSI模型为参考模型,
' u+ A/ ^& D9 b9 `3 Y* i/ L
! s) \. e# E+ A. m. _/ [: N* N都只定义了物理层和数据链路层,而省略了其余的3~7层,
- w3 A% L. B7 B4 N  @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. K) @1 j" y: V. ~+ k- h
者之间的通信就必须进行协议转换]。如在CAN总线中,数
# c3 `9 d, \& Z  ?据帧中的数据域为0~8个字节,而在Profibus- DP 总线中,; g4 u8 K; B0 h
数据字段长度是可变的,数据帧包括1~246个数据字节。因
9 ^& ^* U! s4 E* i此,总线桥的作用就是把- -种总线上传来的数据,经过解析数
# M" G/ v* L8 p3 s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
# n* P" t' S5 l- G9 [其进行打包,然后发送到该总线对应的设备中去。
4 E6 U8 a. A- Z, ~- {9 [$ {# r1.2 总线桥结构
8 w2 j# w+ N5 G$ O3 ^: O% ICAN- Profibus- DP总线桥主要包括、CAN总线接口、
3 l" b- ~& v( K5 C: z/ V1 Y& SProfibus- DP总线接口、处理器控制电路、隔离电路以及总
  |4 S6 l1 Z$ K8 n/ Q# W" S; x! R线驱动电路,其硬件结构如图1所示。0 y+ {9 b. X. G
图1 CAN- PROFIBUS- DP总线桥的硬件结构- Q0 R" k/ K9 A4 O
其中,系统微处理器选用单片机AT89C52; SPC3 是Pro-
4 _# ~6 X. y+ S9 F" J  ~fibus- DP的专用通信芯片,内部集成了完整的DP协议,最
" q) m$ i6 N5 O3 k$ B" M大数据传输速率为12Mbps,可自动检测并调整数据传输速& C  y. `5 r  l9 h, j+ ~9 l% ^
率,集成看门狗,外部时钟为24MHz或48MHz,5V供电;
9 i& [( H( y7 l$ Q5 t+ Z- GSJA1000是CAN控制器,具有扩展的接收缓冲器,64 字& ?" l4 X, S2 b; W0 E& f
节的FIFO结构,支持CAN2.0B,支持11位和29位的识别
5 V9 B! f- ]$ n3 f码,位速率可达1Mbit/s, 24 MHz的时钟频率,5 V供电;( Z4 |# p4 ^2 e
CAN总线- -侧的光耦隔离器件采用6N137, CAN驱动芯) ^: ?) y4 l7 {. c3 P
片为TJA1050;$ m8 b3 h6 y, i* G& ^
Profibus- DP总线一侧则采用双向隔离器件ADuM1201* R, o) N5 ?7 ?# K# u
和光耦隔离器件TLP521,驱动芯片为SN75ALS176.
$ c1 S" z9 `$ S. W8 u4 R* Q$ f  G: v2 P' T9 ~; w" T

$ y& J+ I4 G4 Z7 |, V5 i7 U3 R+ [  N8 u. ^+ T
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发表于 2020-4-22 11:16 | 只看该作者
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
  • TA的每日心情

    2023-12-28 15:57
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    [LV.7]常住居民III

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