基于单片机的CAN-PROFIBUS-DP总线桥的设计

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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
9 c+ y- R/ \; F/ K8 QSJA1000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
" ~3 _1 U2 N. s% R1 C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.
7 \5 u1 [" x/ ~6 U& b关键词:现场总线;总线桥; Profibus- DP; CAN
0引言
现场总线(field bus)是- -种应用于各种自动化领域的现
( Y, t+ D! a2 U) M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
+ y3 v: |, V6 N% m& u- _: k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
  e/ v7 Z& c6 t& F% K0 `- E, g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
6 V- [4 g- y8 S8 U异，给使用带来了复杂性，影晌了开放性和可互操作性.因
5 e" q( q- t% @3 ^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
的意义，可以使用户在选择产品时有更大的灵活性。
CAN总线和Profibus总线是两种应用非常广泛的现场总
9 g1 q  ~4 L, J8 @5 U/ ~线凹。CAN总线价格低廉、通信方式灵活、抗干扰性好，适
6 g, o2 X3 \& l& z9 ]8 C. v用于工业控制领域的各个方面; Profibus523J 总线可分为DP. .
8 I3 C( e7 p# J, S* s4 I6 r% GPA、FMS,其中以Profibus- DP应用范围最为广泛，它主要
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。
' y  ?$ }( J" |文中给出一种基于单片机的可实现CAN与Profibus- DP
之间协议转换的低成本总线桥。
" u5 L# a0 G% m7 k9 ~9 E" h1设计方案
6 ]0 [2 {* J2 J# b4 S, D7 H$ c% n# B1.1 设计原理
; A1 ^  T3 C( |/ n/ L: ?CAN总线和Profibus-DP总线以OSI模型为参考模型,

都只定义了物理层和数据链路层，而省略了其余的3~7层，
% e! G; _9 c5 C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
+ v! G; ^* ^! T/ q者之间的通信就必须进行协议转换]。如在CAN总线中，数
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
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
( x! U% S" I- @/ Q/ M其进行打包，然后发送到该总线对应的设备中去。
1.2 总线桥结构
" \( z% a- l6 i1 E- HCAN- Profibus- DP总线桥主要包括、CAN总线接口、
Profibus- DP总线接口、处理器控制电路、隔离电路以及总
4 y) I9 l& W- ]# I线驱动电路，其硬件结构如图1所示。
图1 CAN- PROFIBUS- DP总线桥的硬件结构
3 b+ P" h( N3 \2 S/ ]  s7 M( v0 `其中，系统微处理器选用单片机AT89C52; SPC3 是Pro-
fibus- 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
* k/ E/ M& O+ v6 ^率，集成看门狗，外部时钟为24MHz或48MHz,5V供电;
* i  d* U' N1 O* Y, `% `- B1 JSJA1000是CAN控制器，具有扩展的接收缓冲器，64 字
3 A: b7 h. f+ D. ?9 ?节的FIFO结构，支持CAN2.0B，支持11位和29位的识别
/ C8 u& ~; P1 P3 ~. I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
4 Q) p9 {; G  L! @$ |: b7 |4 H片为TJA1050;
, M1 K- Q9 G1 X* yProfibus- 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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