一种基于FPGA的嵌入式通用Prifibus-DP从站装置，包括：核心单元---协议转换模块，用于分析报文，处理数据，完成数据交换；外围单元，用于与Profibus-DP网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态。本装置具有广泛的通用性，当外部设备满足通信接口装置中接口电路的规范时，通信接口装置可与任意外部设备互联交换Profibus-DP数据信息。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工业现场总线通信领域，特别是设计一种具有广泛通用性和开放性的Profibus-DP通信装置。
技术介绍
Profibus-DP是一种开放的现场总线系统，由于其具有通信速率高,通信质量可靠，组网简单的优势，在各个生产领域都得到了广泛应用。但是目前市场存在的DP从站装置存在以下问题I)都是专门针对某一设备进行开发，集成在设备内部，不具有通用性。 2)无法把不同厂家的设备介入到同一网络中。3)针对用户的开放性差，用户难以根据自己的需要进行二次开发。4)需要专门的电源供电，不便于现场应用。现有的Profibus-DP从站的缺点在于无法把不同厂家的不同设备组态到同一控制网络中，导致这一缺点的原因就是对规约用户层的设计不全面，硬件设计也只考虑某一设备，不具备通用性。
技术实现思路
本专利技术的目的就是克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于FPGA的Prof ibus-DP从站装置，这一装置具有广泛通用性，能够把不同厂家的不同设备接入到同一网络中协同工作。符合总线标准的供电设计使本装置具有更好的适应性。装置还提供了指示电路，方便工作人员随时获取设备的工作状态。本专利技术提供的基于FPGA的嵌入式通用Prifibus-DP从站装置，由核心单元即协议转换模块和外围支持单元构成；协议转换模块是PrifibUS-DP从站装置的核心，负责对规约的解释和执行，用于分析报文，处理数据，对需要传输的数据按照规约进行解析或者封装，完成数据交换；该模块包括相互连接的FPGA芯片和SPC3芯片；FPGA芯片通过I/O 口与外部设备相连，FPGA从外部设备读取到的数据经由协议转换模块通过外围支持单元中的隔离保护电路接入Prifibus-DP总线网络,也负责把经由Prifibus-DP总线网络传送的指令经协议转换模块解析后发送给外部设备；SPC3芯片在本装置中由FPGA进行控制，负责对PR0FIBUS-DP规约进行解释；SPC3芯片是SIEMENS公司研制的用于设计智能DP从站的产品，该芯片在功能上集成了大多数普通用户在通信过程中需要用到的主要功能，主要集成了全部的Profibus-DP协议，可以自动完成Profibus-DP的状态机，舍弃了部分特殊功能如集成模拟功能(RS-485驱动器)、FDL (Fieldbus Date Link)传输协议等，在满足用户需要的基础上尽量降低成本。外围支持单元包括总线通信电路、隔离保护电路、电源转换电路和外部指示电路；隔离保护电路一方面与总线通信电路双向连接，另一方面同时与协议转换模块双向连接；总线通信电路与Prifibus-DP总线网络连接；电源转换电路和外部指示电路分别与协议转换模块双向连接；外围支持单元用于与Profibus网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态。所述的总线通信电路用于所述从站装置与Prifibus-DP总线网络的连接；Prifibus-DP总线网络在物理层采用RS-485通信机制，所述的总线通信电路负责在从站装置与Prif ibus-DP总线网络之间以RS-485通信方式交换相应格式的数据帧；总线通信电路采用了 SN75ALS176D芯片来设计RS-485通信电路。所述的隔离保护电路，采用了 HCPL7101芯片和HCPL0601芯片来设计隔离电路；其中两片HCPL7101的Vo引脚分别连接外围支持单元的总线通信电路中收发芯片SN75ALS176D芯片的D和R引脚，用来对RS-485的A、B信号线进行隔离，HCPL0601的Vo引 脚连接SN75ALS176D芯片的DE引脚，用于对RTS信号线进行隔离，以消除本通信装置在工作过程中产生的电磁干扰对总线信号的干扰。所述的外部指示电路选用了 N沟道场效应管BSH103和P沟道场效应管BSH203，当供电电压高于22V时，BSH103导通而BSH203截止，指示本装置供电正常，当电压低于22V时，BSH203导通而BSH103截止，指示电源异常。所述的电源转换电路采用了 FB2405电压转化芯片作为核心来设计电源转换电路，将总线标准的24V电源转换为5V直流电源来为所述的从站装置供电。本专利技术的优点和有益效果本专利技术装置具有广泛的通用性，能够把不同厂家的不同设备接入到同一网络中协同工作。采用高速计算能力的FPGA芯片进行设计，使本装置具有比传统从站装置更高效的数据处理能力。FPGA的在线可编程能力也使本装置能够方便的进行升级和用户的二次开发。符合总线标准的供电设计，使本装置具有更好的适应性。该装置还提供了指示电路，方便工作人员随时获取设备的工作状态。附图说明图I为本专利技术提供的一种基于FPGA的嵌入式通用Prifibus-DP从站装置的总体结构框图；图2为图I中所示的协议转换模块的主要引脚连线图。具体实施例方式如图I所示，本专利技术提供的基于FPGA的嵌入式通用Prifibus-DP从站装置，由核心单元即协议转换模块和外围支持单元构成。协议转换模块包括相互连接的FPGA芯片和SPC3芯片；所述的外围支持单元，包括隔离保护电路、总线通信电路、电源转换电路和外部指示电路。FPGA是整个装置的控制核心和运算核心，既要结合SPC3对写入写出的数据进行运算封装，还要对整个装置的工作状态进行监测，并通过外部指示电路进行指示。隔离保护电路负责对电路电平进行保护，消除现场电磁干扰信号的传输，保证总线传输电路与SPC3之间信号传输的稳定和正确。上电后，首先对FPGA进行配置，配置文件保存在EPRAM中，上电后自动下载到FPGA进行配置。然后在FPGA的控制下，开始对SPC3进行初始化首先对SPC3进行一次复位，然后设定从站地址，设定中断优先级，关闭中断；设置看门狗值，设置各个寄存器，完成初始化。初始化完成后，SPC3打开中断，通信装置开始进入工作状态，在工作状态下，各个功能单元按照以下方式进行动作，完成通信任务。协议转换模块承担规约的主要实现功能。将从设备读取的数据按照规约要求的格式进行封装，将从总线接收的数据按照规约进行解封以便设备的接收。同时处理主站的轮询请求，根据从站状态决定是否与主站进行数据交换。隔离保护电路用于消除从站通信装置在数据传输和处理过程中产生的各种电磁干扰对总线信号的影响。保证在多从站系统中Profibus总线仍然能高质量的传输数据。总线通信电路设计了 RS-485驱动电路，与Profibus总线双向连接。用于和 Profibus总线交换符合规约要求的封装格式的数据。外部指示电路用于指示从站装置的电源状态和数据交换状态。当供电电源小于22V时，电源指示电路报警，供电恢复后报警信号解除。当从站装置处于和总线交换数据状态时，数据交换指示灯点亮，当数据交换结束后，指示灯断开。电源转换电路本从站装置采用现场总线标准的24V供电，经由电源转换电路转换为协议转换芯片SPC3所需的5V电源和FPGA的3. 3V电源，电源转换电路的设计省去了现场铺设设备时专门的供电电源，增强了装置的适应性。本专利技术装置涉及的各单元电路的具体结构如下协议转换模块是设计的核心，负责对规约的解释和执行。FPGA从外部设备接收信息传入的数据，输入协议转换本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于FPGA的嵌入式通用Prifibus？DP从站装置，其特征在于所述的从站装置由核心单元即协议转换模块和外围支持单元构成；协议转换模块：是Prifibus？DP从站装置的核心，负责对规约的解释和执行，用于分析报文，处理数据，对需要传输的数据按照规约进行解析或者封装，完成数据交换；该模块包括相互连接的FPGA芯片和SPC3芯片；FPGA芯片通过I/O口与外部设备相连，FPGA从外部设备读取到的数据经由协议转换模块通过外围支持单元中的隔离保护电路接入Prifibus？DP总线网络，也负责把经由Prifibus？DP总线网络传送的指令经协议转换模块解析后发送给外部设备；SPC3芯片在本装置中由FPGA进行控制，负责对PROFIBUS？DP规约进行解释；外围支持单元：包括总线通信电路、隔离保护电路、电源转换电路和外部指示电路；隔离保护电路一方面与总线通信电路双向连接，另一方面同时与协议转换模块双向连接；总线通信电路与Prifibus？DP总线网络连接；电源转换电路和外部指示电路分别与协议转换模块双向连接；外围支持单元用于与Profibus网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态；总线通信电路用于所述从站装置与Prifibus？DP总线网络的连接；Prifibus？DP总线网络在物理层采用RS？485通信机制，所述的总线通信电路负责在从站装置与Prifibus？DP总线网络之间以RS？485通信方式交换相应格式的数据帧；总线通信电路采用了SN75ALS176D芯片来设计RS？485通信电路；隔离保护电路采用了HCPL7101芯片和HCPL0601芯片来设计隔离电路；其中两片HCPL7101的Vo引脚分别连接外围支持单元的总线通信电路中收发芯片SN75ALS176D的D和R引脚，用来对RS？485的A、B信号线进行隔离，HCPL0601的Vo引脚连接SN75ALS176D芯片的DE引脚，用于对RTS信号线进行隔离，以消除本通信装置在工作过程中产生的电磁干扰对总线信号的干扰。...
【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的嵌入式通用PrifibUS-DP从站装置，其特征在于所述的从站装置由核心单元即协议转换模块和外围支持单元构成； 协议转换模块是Prifibus-DP从站装置的核心，负责对规约的解释和执行，用于分析报文，处理数据，对需要传输的数据按照规约进行解析或者封装，完成数据交换；该模块包括相互连接的FPGA芯片和SPC3芯片； FPGA芯片通过I/O 口与外部设备相连，FPGA从外部设备读取到的数据经由协议转换模块通过外围支持单元中的隔离保护电路接入Prifibus-DP总线网络，也负责把经由Prifibus-DP总线网络传送的指令经协议转换模块解析后发送给外部设备； SPC3芯片在本装置中由FPGA进行控制，负责对PROFIBUS-DP规约进行解释； 外围支持单元包括总线通信电路、隔离保护电路、电源转换电路和外部指示电路；隔离保护电路一方面与总线通信电路双向连接，另一方面同时与协议转换模块双向连接；总线通信电路与Prifibus-DP总线网络连接；电源转换电路和外部指示电路分别与协议转换模块双向连接； 外围支持单元用于与Profibus网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态； 总线通信电路用于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈在平，贾超，倪建云，邱振兴，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：
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