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2 K: x) e/ ?9 P7 c: q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
" b7 j! F: V/ X" a/ f& B, i& lSJA1000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- e2 V" j# S8 b' O
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. D; ~! {/ W$ v, J! C* ^2 N
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 T0 A! w& L
关键词:现场总线;总线桥; Profibus- DP; CAN0 H- l- i' z- ]1 W
0引言
" u& F0 T+ P. h( O" ^现场总线(field bus)是- -种应用于各种自动化领域的现/ R+ S* C7 K/ M+ H; x8 z3 K
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% B! A; y5 q' G" ?) w2 y7 p
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& R6 Q! J" D: y) h. v
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" z! W+ X4 X+ i+ H, x
异，给使用带来了复杂性，影晌了开放性和可互操作性.因: Y8 }) N( e3 c( U0 L F2 J, x p
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+ g+ o" F" y D# J
的意义，可以使用户在选择产品时有更大的灵活性。
1 A" { m) M$ w/ q# S) ^CAN总线和Profibus总线是两种应用非常广泛的现场总
" H" U0 }, V8 y5 o, y8 N线凹。CAN总线价格低廉、通信方式灵活、抗干扰性好，适
9 i# o- `5 s0 b9 c% y用于工业控制领域的各个方面; Profibus523J 总线可分为DP. .: S3 Z6 ~5 H. y& w
PA、FMS,其中以Profibus- DP应用范围最为广泛，它主要# n# q" |! ]& G- J4 F, U* J
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$ f) }2 P: k" g$ h6 Z s7 \
度快、实时性好。由于CAN总线和Profibus总线的在数据链; |+ ~( v7 W+ _! B( K$ L2 r! j
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，
# S! b' W d! n( m) Q为此必须设计一总线桥以完成两者之间的协议转换。" ]" A% b. J& y$ [9 Y
文中给出一种基于单片机的可实现CAN与Profibus- DP5 J0 \5 D" ?' {* X9 X5 O8 G+ d
之间协议转换的低成本总线桥。& `. ?% f( R* j% `0 N( i
1设计方案, z4 j5 X: `1 d9 x
1.1 设计原理
5 M2 \1 `' ]1 s" T( Q1 X% Y4 CCAN总线和Profibus-DP总线以OSI模型为参考模型,
# d6 R- r1 s. v) R$ K/ E" Z- D) U1 Z) t
都只定义了物理层和数据链路层，而省略了其余的3~7层，
2 }& n, p" \/ u' M: }2 O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
9 \; w( ~8 V, X+ K' U者之间的通信就必须进行协议转换]。如在CAN总线中，数
" Y8 a7 q' J+ Z! ?" l9 P3 }5 W1 Y% P据帧中的数据域为0~8个字节，而在Profibus- DP 总线中，
5 v, P6 K" @+ @# `8 y% P( [$ E数据字段长度是可变的，数据帧包括1~246个数据字节。因$ @% O( ^/ D6 K+ n
此，总线桥的作用就是把- -种总线上传来的数据，经过解析数/ o' Z. h, k: E* ?* l0 j7 _7 {
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! w L3 O M; F0 P# ?
其进行打包，然后发送到该总线对应的设备中去。8 e7 s( E0 U. [% W X$ G
1.2 总线桥结构( a; l4 e5 w( s2 |8 Q
CAN- Profibus- DP总线桥主要包括、CAN总线接口、9 h: P; O- `, i, b; M2 m
Profibus- DP总线接口、处理器控制电路、隔离电路以及总% P2 @# S- T0 G. u% }
线驱动电路，其硬件结构如图1所示。5 {1 h P" I' J8 F" k
图1 CAN- PROFIBUS- DP总线桥的硬件结构9 ^$ V$ p' l: V- q, l+ s2 R
其中，系统微处理器选用单片机AT89C52; SPC3 是Pro-
7 E& w3 [: K( M% E& W# p' I; e( T6 Bfibus- DP的专用通信芯片，内部集成了完整的DP协议，最' g" l; t0 N$ k
大数据传输速率为12Mbps,可自动检测并调整数据传输速
' G) @# u- b& W- T率，集成看门狗，外部时钟为24MHz或48MHz,5V供电;6 t; o% H( @7 n) Q0 X. s3 D
SJA1000是CAN控制器，具有扩展的接收缓冲器，64 字6 V) |: b/ V) \: D- Z
节的FIFO结构，支持CAN2.0B，支持11位和29位的识别5 ]0 c! N, _ x1 M4 z3 f+ G. r
码，位速率可达1Mbit/s, 24 MHz的时钟频率，5 V供电;
' y+ }9 c2 E6 s3 NCAN总线- -侧的光耦隔离器件采用6N137, CAN驱动芯: a }" s1 b0 ~; z* ?
片为TJA1050;7 C5 m: p1 P7 L9 y! s
Profibus- DP总线一侧则采用双向隔离器件ADuM1201! X; F2 S, t7 i+ }3 K. R1 [1 B6 I
和光耦隔离器件TLP521，驱动芯片为SN75ALS176.
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( X: i3 { Z0 g. s3 w& t' k
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附件下载：
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发表于 2020-4-22 09:47
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