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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
8 g! E4 u+ e5 [+ K! O5 r; ?' B# H0 x# ]SJA1000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/ N: \3 Z! K) ?/ y. N; 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
7 @" b7 ?. T4 l4 X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.- o, Q9 Q" q) G, ^
关键词:现场总线;总线桥; Profibus- DP; CAN
* T$ f; J& O. z: r* I0 g+ O0引言) a3 e# i6 c, {
现场总线(field bus)是- -种应用于各种自动化领域的现
$ @6 [5 t+ h( z) A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
9 v' I- s r$ g/ ]( m* Z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
$ Z: I3 I8 s5 C; x( i! I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! b+ `8 @7 [( e$ [1 x- E( u
异，给使用带来了复杂性，影晌了开放性和可互操作性.因0 F9 g" w; R: |: A+ T
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
0 N3 O# F7 Y) e的意义，可以使用户在选择产品时有更大的灵活性。
3 U5 q! S0 i" K3 w3 o. p# JCAN总线和Profibus总线是两种应用非常广泛的现场总' E/ @8 P+ m y3 e
线凹。CAN总线价格低廉、通信方式灵活、抗干扰性好，适
5 B1 c- [0 ^7 ?! C1 t5 T6 s用于工业控制领域的各个方面; Profibus523J 总线可分为DP. .
. k! d) y9 {8 dPA、FMS,其中以Profibus- DP应用范围最为广泛，它主要
& P6 ?3 v% f# @- ^0 c! _+ ~& a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. \! c: z6 e4 B$ I
度快、实时性好。由于CAN总线和Profibus总线的在数据链
$ Z# m* H( ?# _* y [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，* D( ?6 y' h v/ Q8 V' F2 i: ?
为此必须设计一总线桥以完成两者之间的协议转换。/ f( y3 d: ]* G8 Q) {% t, I: Q0 }. m
文中给出一种基于单片机的可实现CAN与Profibus- DP+ f5 A' y5 H9 P) b- e6 |3 Z
之间协议转换的低成本总线桥。
8 @4 }$ D' r' e1设计方案( A2 b- F( i- ^6 ^% _# s
1.1 设计原理
- M- A# Y7 W/ q2 W: wCAN总线和Profibus-DP总线以OSI模型为参考模型,
' [/ a8 T; \9 q7 }( R7 }" @* u) }2 q- B* a3 n1 l* w3 A
都只定义了物理层和数据链路层，而省略了其余的3~7层，
+ D. s$ f' u; h1 {, z b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 P3 A! n, v5 F0 R* W' y
者之间的通信就必须进行协议转换]。如在CAN总线中，数$ u, F9 r9 S4 P4 }9 L
据帧中的数据域为0~8个字节，而在Profibus- DP 总线中，
2 x7 ]' q) v# U9 B' }& j数据字段长度是可变的，数据帧包括1~246个数据字节。因3 o$ X% P: F9 o/ s" {1 ~
此，总线桥的作用就是把- -种总线上传来的数据，经过解析数4 n9 b5 ?( |2 a+ Z% C! y F& F h
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
0 t6 P# n% g: s5 K- [- o其进行打包，然后发送到该总线对应的设备中去。! K. ~( V1 o3 r+ N$ g5 }7 j# b
1.2 总线桥结构1 X4 `+ s- Z8 U3 }# V. ^
CAN- Profibus- DP总线桥主要包括、CAN总线接口、
s, i2 s4 x+ ^8 CProfibus- DP总线接口、处理器控制电路、隔离电路以及总) k3 ]$ g7 v; B3 b5 D
线驱动电路，其硬件结构如图1所示。
9 _- q5 {6 n, s t图1 CAN- PROFIBUS- DP总线桥的硬件结构
9 i2 u* x9 W6 v3 F: z其中，系统微处理器选用单片机AT89C52; SPC3 是Pro-$ ]* v9 |! I' a: E- v0 J
fibus- DP的专用通信芯片，内部集成了完整的DP协议，最
9 U. z! z# _4 r* P+ a大数据传输速率为12Mbps,可自动检测并调整数据传输速3 K) P4 w0 h6 d8 |- ^4 l8 ]3 f. w* P
率，集成看门狗，外部时钟为24MHz或48MHz,5V供电;2 Y) t/ a, ? @+ \) V8 d
SJA1000是CAN控制器，具有扩展的接收缓冲器，64 字2 N; ]" U3 h. N8 ]5 [% t' c) n
节的FIFO结构，支持CAN2.0B，支持11位和29位的识别
/ O% ?! s6 W* p2 ?3 k# `5 d& x码，位速率可达1Mbit/s, 24 MHz的时钟频率，5 V供电;- ^, a" c) K) [+ u6 c& J! f. P
CAN总线- -侧的光耦隔离器件采用6N137, CAN驱动芯
+ F( k1 o: L! N5 H" i片为TJA1050;
& D) j8 ~+ C: r4 }, e* _+ z* eProfibus- DP总线一侧则采用双向隔离器件ADuM1201
; p/ S$ x7 u' ^# k( E4 H和光耦隔离器件TLP521，驱动芯片为SN75ALS176.
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# u! Q, S) _9 c+ N6 @" x附件下载：
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发表于 2020-4-22 09:47
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