PROFIBUS-DP与PROFIBUS-PA的接口研究与开发
摘要
现场总线是20世纪80年代末发展起来的一种数字式、智能、双向、多节点的通信与控制系统。在现有的现场总线标准中，PROFIBUS现场总线由于具有通信实时性强、传输率高和成本低等特点应用最为广泛，它包括PROFIBUS-DP，PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS三个系列。因为DP与PA所采用的传输技术和编码方式不同，所以二者之间不能直接连接进行数据传输，本文通过对DP与PA总线协议和传输技术进行研究，完成PROFIBUS DP/PA耦合器的开发设计，从而使PROFIBUS-PA设备能便捷的接入PROFIBUS-DP总线，实现现场总线的统一集成。
本文首先介绍了PROFIBUS现场总线的基本的特性、协议的结构、数据的存取机制，并结合本课题的研究目标对物理层和数据链路层技术做了详细研究，为DP/PA耦合器的设计打下基础。其次，提出了选用单片机与现阶段PROFIBUS接口开发与实现的热门控制芯片——ASIC芯片进行DP/PA耦合器产品开发的思路，选用智能芯片SPC3，SPC4作为DP、PA总线的控制器负责完成数据的转换和收发功能，单片机则负责完成两种总线之间的数据交换。
在理论分析的基础上，搭建了以AT89S51、SPC3和SPC4为核心的硬件电路，同时完成了软件程序的编程和GSD文件的编写。
Fieldbus is developed in the late1980s，a digital, intelligent，bi-directional,multi-node communication and control system． Existing fieldbus standardPROFIBUS fieldbus with communication of real-time strong，the transmission rateand low cost characteristics of the most widely used，it includes the PROFIBUS-DPPROFIBUS-PA and PROFIBUS-FMS three series．DP and PA used in transmissionand encoding between the two can not be directly connected for data transfer，thisarticle by DP and PA bus protocol and transmission technology to complete thedevelopment and design of the PROFIBUS DP/PA coupler，allowing convenientaccess for PROFIBUS-PA devices on PROFIBUS-DP fieldbus unified andintegrated．
This Thesis first introduces the basic features of the PROFIBUS fieldbus，adetailed study of the structure of the agreement，the data access mechanisms，andwith the research objectives of this project on the physical layer and data link layertechnology for the DP/PA couplerdesign and lay a foundation．Secondly，thechoice of microcontroller and at this stage PROFIBUS interface development andimplementation of popular control chip-ASIC chip DP/PA coupler productdevelopment ideas，the choice of smart chip SPC3，SPC4as DP，PA bus controllerresponsible for the completion of data conversion and transceiver function， themicrocontroller is responsible for the completion of the exchange of data betweentwo buses．
On the basis of theoretical analysis， to build the hardware circuit of theAT89S51，SPC3and SPC4and completion of the software programming and thepreparation of the GSD file．
本文首先介绍了PROFIBUS现场总线的基本的特性、协议的结构、数据的存取机制，并结合本课题的研究目标对物理层和数据链路层技术做了详细研究，为DP/PA耦合器的设计打下基础。其次，提出了选用单片机与现阶段PROFIBUS接口开发与实现的热门控制芯片——ASIC芯片进行DP/PA耦合器产品开发的思路，选用智能芯片SPC3，SPC4作为DP、PA总线的控制器负责完成数据的转换和收发功能，单片机则负责完成两种总线之间的数据交换。
在理论分析的基础上，搭建了以AT89S51、SPC3和SPC4为核心的硬件电路，同时完成了软件程序的编程和GSD文件的编写。
Fieldbus is developed in the late1980s，a digital, intelligent，bi-directional,multi-node communication and control system． Existing fieldbus standardPROFIBUS fieldbus with communication of real-time strong，the transmission rateand low cost characteristics of the most widely used，it includes the PROFIBUS-DPPROFIBUS-PA and PROFIBUS-FMS three series．DP and PA used in transmissionand encoding between the two can not be directly connected for data transfer，thisarticle by DP and PA bus protocol and transmission technology to complete thedevelopment and design of the PROFIBUS DP/PA coupler，allowing convenientaccess for PROFIBUS-PA devices on PROFIBUS-DP fieldbus unified andintegrated．
This Thesis first introduces the basic features of the PROFIBUS fieldbus，adetailed study of the structure of the agreement，the data access mechanisms，andwith the research objectives of this project on the physical layer and data link layertechnology for the DP/PA couplerdesign and lay a foundation．Secondly，thechoice of microcontroller and at this stage PROFIBUS interface development andimplementation of popular control chip-ASIC chip DP/PA coupler productdevelopment ideas，the choice of smart chip SPC3，SPC4as DP，PA bus controllerresponsible for the completion of data conversion and transceiver function， themicrocontroller is responsible for the completion of the exchange of data betweentwo buses．
On the basis of theoretical analysis， to build the hardware circuit of theAT89S51，SPC3and SPC4and completion of the software programming and thepreparation of the GSD file．
引文
[1]陈浩．基于Profibus-DP现场总线智能从站的开发与研究[D]．机械科学研究院硕士学位论文，2006．
[2]甘永梅，李庆丰，刘晓娟等编．现场总线技术及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[3]张培仁等．基于C语言编程MCS－51单片机及原理与应用[M]．北京：清华大学出版社，2003，5~235．
[4]贺昀．现场总线Profibus协议研究及其终端仪表技术实现[D]．重庆大学硕士学位论文，2005．
[5]叶杨婷．基于PROFIBUS-DP和CAN的多现场总线接口转换器的设计与实现[D]．武汉科技大学硕士学位论文，2009．
[6]中国机电一体化应用协会JB／T10308．3-2001．测量和控制数字数据通信工业控制系统用现场总线第3部分：PROFlBOS规范[S]．北京：中国机械工业联合会，2001．
[7] PROFIBUS Technical Description[S]．Version：April，1997．15—18．
[8]郝丽，王东兴．PROFIBUS-DP从站开发研究[J]．北京机械工业学院学报，2000，15(1)．23-27．
[9]林鹏进．网络化虚拟仪器中数据的传输和处理技术[D]．重庆大学硕士学位论文，2005．
[10]李佰煌．PROHBUS技术简介[R]．北京：中国机电一体化技术应用协会现场总线(PROFIBUS)专业委员会．2004：1．93．
[11]夏磊．具技术功能的总线式多数字量接口模块开发[D]．西安科技大学硕士学位论文，2011．
[12]刘泽祥编．现场总线技术[M]．北京：机械工业出版社，2005．
[13]侯维岩，费敏锐编．PROFIBUS协议分析和系统应用[M]．北京：清华大学出版社，2006．
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[20]梁涛，肖骁，孙鹤旭．安全型智能差压变送器Profibus-PA通信接口的设计[J]．低压电器，2011．
[21]李正军编．现场总线及其应用技术[M]．北京：机械工业出版社，2005．
[22]邬宽明．现场总线应用选编[M]．北京：北京航空航天大学出版，2004．
[23]李丹丹．基于PROFIBUS-DPV1的智能从站研究[D]．天津理工大学硕士学位论文，2010．
[24]SIMATIC NET SPC3Siemens PROFIBUS-DP Controller with C31Core[S]．Gemany：SIEMENS，2000．36-75．
[25]李永杰． PROFIBUS智能从站研究与实现[D]．东南大学硕士学位论文，2005．
[26]高胜法．CAN总线通信适配卡的设计与实现[J]．国外电子元器件．2003年第1期，2003年1月．68～70．
[27]SIMATIC NET SPC3Siemens PROFIBUS Controller[S]．Siemens AG，2003．
[28]郑旭扬．基于PROFIBUS-DP现场总线通信接口的研究[D]．广东工业大学硕士学位论文，2009．
[29]Siemens AG， PROFIBUS Controller SPC4-2Manual[S]． Siemens AG，2001．1．20-36．
[30]Siemens AG， PROFIBUS Controller SPC4-2Manual[S]． Siemens AG，2001.1．
[31]张凤登编．现场总线技术与应用[M]．北京：科学出版社，2008．
[32]SIMATIC NET SPC4Siemens PROFIBUS Controller[S]．Siemens AG，2003．
[33]徐春玲．基于PROFIBUS-PA的本安仪表设计及其应用研究[D]．华东理工大学硕士学位论文，2006．
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[36]LiMin，Qingjin Meng，Shaoyun Wang．Research on DP/PA Coupler Based onSpecific Agreement Chip． International Forum on Computer Science-Technology and Applications，2009．
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[38]姜建芳，鲜玮，傅启国等．基于AT89S52的Profibus-DP从站的设计与实现[J]．自动化仪表，2008．
[39]徐春玲，凌志浩，王秀英． Profibus_PA总线系统结构及其接口模块设计[J]．自动化仪表，2007，28（8）．
[40]蔡向前．PROFIBUS-PA过程自动化现场总线及其应用技术[J]．计量控制，2003．
[41]文莉辉．现场总线PROFIBUS-PA从站技术研究及远程I/O开发[D]．北京化工大学硕士学位论文，2009．
[42]PNO-Lab．Instruction For Laboratory for PROFIBUS DP Slave of device[S]．after EN50170Version2.1，October2000．
[43]冯世光．基于现场总线的污水处理厂控制系统的实现[D]．内蒙古大学硕士学位论文，2010．
[44]GSD-Specification for PROFlBUS-DP GSD Revision2Versionl.0[S]．Germany：SIEMENSOctober1998．
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