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摘要：介绍了PWM控制电路的基本构成及工作原理，给出了美国Silicon General公司生产的高性能集成PWM控制器SG3524的引脚排列和功能说明，同时给出了其在不间断电源中的应用电路。 关键词：PWM SG3524 控制器 １ 概述 ＰＲＯＦＩＢＵＳ是Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ的缩写，是一种国际性的开放式现场总线标准，即ＥＮ５０１７０欧洲标准。目前世界上许多自动化技术生产厂家都为它们生产的设备提供了ＰＲＯＦＩＢＵＳ接口。ＰＲＯＦＩＢＵＳ已经广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化，目前已发展成为一种成熟技术。 ＰＲＯＦＩＢＵＳ根据应用特点分为ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ三个兼容版本。ＰＲＯＦＩＢＵＳ协议定向根据ＩＳＯ７４９８国际标准以开放系统互联网络ＯＳＩ为参考模型。ＰＲＯＦＩＢＵＳ的ＤＰ、ＦＭＳ和ＰＡ均使用单一的总线存取协议，可通过ＯＳＩ参考模型的第２层实现，包括数据的可靠性以及传输协议和报文的处理。其中ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ用于解决车间级通用性通信任务，能提供大量的通信服务，并可完成中等传输速度的循环和非循环通信任务；ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ则专为过程自动化设计，它采用标准的本质安全传输技术来实现ＩＥＣ１１５８－２中规定的通信规程，适用于对安全性要求较高的场合及由总线供电的站点；而ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ在经过优化的高速、廉价的通信连接后，可专用于自动控制系统和设备级分散Ｉ／Ｏ之间的通信设计。使用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ模块可取代价格昂贵的２４Ｖ或０～２０ｍＡ并行信号线，用于分散式控制系统的高速数据传输。ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ使用ＩＳＯ／ＯＳＩ参考模型的第１层、第２层和用户接口，而第３层到第７层未加描述，这种流水线型结构确保了数据传输的快速和有效。它的直接数据链路映像（DDLM，ｄａｔａ ｌｉｎｋ ｍａｐｐｅｒ）提供有进入第２层的用户接口。该用户接口规定了用户及系统以及不同设备的调用功能，同时说明了各种不同ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ设备的设备行为，此外，还提供了传输用的ＲＳ－４８５传输技术或光纤。 ＰＲＯＦＩＢＵＳ的通信协议比较复杂。原则上讲，只要安装了异步串行收发器（ＵＡＲＴ），它就可以在任何微处理器上由软件实现。但现在，开发人员却常常使用专用的通信处理芯片来将复杂的协议完全撇开。ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信协议芯片已形成广泛系列。使用这些芯片可使ＰＲＯＦＩＢＵＳ协议的实现更加简单、方便、省时、省力，从而达到快速提供产品的目的。适合于智能从站的ＡＳＩＣ种类较多，其中西门子的ＳＰＣ３ 通信协议芯片比较具有代表性。ＳＰＣ３的内部结构示意图如图１所示。 ＳＰＣ３集成了ＤＰ协议中的ＦＤＬ层它可以承担通信部分的微处理器负载从而实现ＤＰ从站的通信处理。微处理器操作ＳＰＣ３ 芯片就像操作它的内部ＲＡＭ一样。ＳＰＣ３能保障报文的有效性并可满足整个报文的一致性数据交换。总线接口是个可参数化的同步／异步８位接口，适合于Ｍｏｔｏｒｏｌａ 和Ｉｎｔｅｌ 微控制器／ 处理器。ＳＰＣ３内部集成了１．５ｋＢ的双口ＲＡＭ，整个ＲＡＭ 采用８字节的段结构方式，共分成１９２段，所有需要分配地址的ＢＵＦ指针必须指向段的开头。ＤＰ通信的服务存取点由ＳＰＣ３自动建立，呈现在用户面前的各种报文信息就是不同ＢＵＦ的内部数据。用户可以通过总线接口访问ＳＰＣ３的内部ＲＡＭ。 ＳＰＣ３的内部看门狗定时器可工作于３ 种不同状态波特率监测、波特率控制和ＤＰ控制状态。内部的ＵＡＲＴ可实现串并数据流的相互转变。ＳＰＣ３可自动标识总线的波特率（范围为９．６ｋ～１２Ｍｂｐｓ） 。空闲定时器用于控制串行总线电缆上的总线定时，微序列器（ＭＳ Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ） 则控制整个ＳＰＣ３的工作过程。 （１）从００Ｈ到０１５Ｈ为方式设定和状态指示寄存器区域。其中中断请求寄存器可读可写写时主要用于调试。必须配置的还有中断屏蔽寄存器、工作模式寄存器０和１、用于波特率控制的看门狗定时寄存器以及从站最小延迟时间寄存器。用于指示ＳＰＣ３工作情况的寄存器有中断请求和中断发生寄存器、状态寄存器、输入ＢＵＦ、输出ＢＵＦ 和诊断ＢＵＦ的状态寄存器。 （２）从０１６Ｈ到０３ＦＨ为配置参数区域。各种ＢＵＦ的指针与长度（包括本站地址、地址允许改变变量、用户看门狗值和设备标识号）均在此区域设置。这些ＢＵＦ包括三个输入ＢＵＦ、三个输出ＢＵＦ、两个诊断ＢＵＦ、两个辅助ＢＵＦ、一个配置ＢＵＦ、一个参数ＢＵＦ 和一个地址设置ＢＵＦ。这里的输入输出是相对于主站而言。需注意各个ＢＵＦ的指针定义，此处的指针指的是段序号。由于各个ＢＵＦ 的长度必须是８字节的整数倍即各ＢＵＦ的起始地址能被８整除所以可以用段序号０～１９１标识出具体的ＢＵＦ 起始地址例如参数ＢＵＦ的起始地址３Ｅ０Ｈ可以用指针７ＣＨ 表示。这种方法不仅可节约存储空间而且简洁明了。 （３）从０４０Ｈ到５ＦＦＨ的１４７２字节为用户区域，可用于接收来自Ｉ／Ｏ应用和主站的数据。这些ＢＵＦ的配置（包括ＢＵＦ的长度和初始地址）必须在ＳＰＣ３的“离线（ｏｆｆｌｉｎｅ） ”状态下完成。用户可以采用中断或者轮循方式通过Ｉ／Ｏ与ＳＰＣ３交互数据。 ３ ＳＰＣ３与ＡＴ８９Ｃ５１的接口设计 ＳＰＣ３有８根数据线和１１根地址线，其中低８位地址线与数据线复用，可以接８０Ｃ３２ 、８０Ｃ１６６、８０Ｃ１６５、ＨＣ１１、ＨＣ１６、ＨＣ１９６等单片机，ＳＰＣ３本身具有地址锁存功能不需另加锁存器，自身可以产生片选信号。芯片配置是借助ＳＰＣ３的两个输入引脚ＸＩＮＴ／ＭＯＴ和ＭＯＤＥ 进行的。ＸＩＮＴ／ＭＯＴ表示Ｉｎｔｅｌ和Ｍｏｔｏｒｏｌａ等芯片类别。ＭＯＤＥ表示ＳＰＣ３的工作模式，其中包括同步和异步。当其工作在同步模式时，ＳＰＣ３的ＸＲＥＡＤＹ（请求外部等待）引脚无效。 本设计中使用的单片机是ＡＴ８９Ｃ５１，其与ＳＰＣ３的接口电路如图２所示。应当注意的是，当ＳＰＣ３采用Ｉｎｔｅｌ芯片工作于同步模式时内部有自己的地址锁存及解码电路所以，ＣＰＵ的低８位地址线可不经过５７３锁存器，而是直接与ＳＰＣ３连接低８位地址线与８位数据线分时共用传输线。而ＣＰＵ 的高８位地址线则直接与ＳＰＣ３的ＡＢ０～ＡＢ７相连且必须为０００００ＸＸＸＸ表示０、１信号都行，同时ＡＢ８－ＡＢ１０必须为低。此时片选信号输入引脚不起作用应将其接高电平。 ＳＰＣ３ 用于进行串行通信的４个管脚分别为ＸＣＴＳ、ＲＴＳ、ＴＸＤ和ＲＸＤ。ＸＣＴＳ的含义为清除发送是ＳＰＣ３的输入信号表示允许ＳＰＣ３发送数据。此信号为低电平有效且应一直维持低电平。ＲＴＳ为ＳＰＣ３ 的请求发送信号通常接到收发器的输出使能端。ＲＸＤ 和ＴＸＤ分别为串行接收和发送端口。 为提高系统的抗干扰性ＳＰＣ３内部线路必须与物理接口在电气上隔离。输入输出通道上的电气隔离采用的是６Ｎ１３７高速光耦。电源的电气隔离则采用ＤＣＰ０５０５，这是一种５Ｖ到５Ｖ的隔离转换电源。ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信协议可保障通信的高可靠性但应以硬件和软件设计为基础。在通信接口设计时必须遵循一定的规范如信号的隔离、总线接口与收发间应避免线路过长、电源的滤波处理、收发器和光耦的限流电阻及负载电阻必须与收发器光耦配合适当等。本设计选用６Ｎ１３７的高速光耦，ＳＮ７５ＡＬＳ１７６的收发器，通信速率可达６Ｍｂｐｓ，可用于大部分应用系统。如果用户需要更高的通信速率，可以将光耦换成可达２５Ｍ波特率的ＨＣＰＬ－７７２０／７７２１。ＳＰＣ３与收发器的连接图见图３所示。 ４ 软件实现 在进行软件设计时，首先要对ＳＰＣ３内部ＲＡＭ的０００Ｈ～０３ＤＨ进行初始化。在为指针变量赋值时要注意：指针是段序号，且应能被８整除。ＳＰＣ３不允许地址溢出。也就是说，如果用户读写超过了存储范围，就要减掉４００Ｈ，从而访问一个新地址。这样可节省存储空间，但禁止覆 过程参数。如果由于缓冲器初始化错误而使微处理器溢出也要执行同样的过程。初始化时进行第一次数据配置的数据格式如下 １７Ｈ＝８字节输入，无连续性 ２７Ｈ＝８字节输出，无连续性。 该数据格式定义了输入和输出数据的长度。而诊断则分为状态诊断和外部诊断，其中状态诊断由ＳＰＣ３自动执行无需用户考虑。用户只需编写外部诊断程序即可。 ５ 结束语 本文主要从研发的角度介绍了ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ 智能从站通信接口的硬件和软件设计。其中硬件基本上属于标准线路只是由于速度的要求对有些芯片要求较高。如果用户对通信速度没有过高的要求完全可以选用较普通的芯片。而软件则是开发ＤＰ接口的难点应在深入了解ＳＰＣ３芯片机理及ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ状态机的基础上进行开发。 |
