在眾多的工業現場總線中，Profibus總線由于有眾多廠商的支持，且產品比較豐富，在制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通、電力自動化等領域有著廣泛的應用。而對于很多不具備Profibus接口的傳統設備，要使其接入總線網絡、達到自動控制的目的，就必須在該設備和Profibus總線之間做一個協議接口模塊。PROFIBUS，是一種國際化。開放式。不依賴于設備生產商的現場總線標準。

PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud范圍內選擇且當總線系統啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成相同的速度。廣泛適用于制造業自動化、流程工業自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。本文結合對傳統電動執行器升級改造的工程實踐，介紹了一種基于Profibus-DP的接口模塊的具體設計。

1 硬件設計

系統主要包括指令處理部分和接口部分，如圖1所示。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監控和現場設備層數據通信與控制的現場總線技術。可實現現場設備層到車間級監控的分散式數字控制和現場通信網絡，從而為實現工廠綜合自動化和現場設備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設備級控制系統與分散式I/O的通信。使用PROFIBUS－DP可取代辦24VDC或4－20mA信號傳輸。下面簡單介紹主要模塊的功能。

調試（JTAG）：M16C／62P通用通信模塊的設計提供一個JATG仿真器，它可以用來進行配置或者是編程。

SRAM模塊：當編寫比較大的程序（如操作系統）時，M16C的內部RAM可能不夠用，此時就可以用外接的SRAM（128K×16位）。

撥碼開關：撥碼開關用于通信地址方案的實施。PORFIBUS－PA：專為過程自動化設計，適合于本質安全的場合，可使傳感器和執行機構聯在一根總線上，并有本征安全規范。PR-OFIBUS-DP從站通信地址的設計方案有兩種：一種是由遠程的PROFIBUS-DP主站通過特定的數據通信設定或修改從站地址；另一種是禁止PROF-IBUS-DP主站設定和修改從站地址，從站的地址由從站本地設定。本設計采用的是后一種設計方案，通過一個8位的撥碼開關手動設定閥門控制器的地址，然后由中央處理器讀入并寫入VPC3特定的存儲位置。PROFIBUS－FMS：用于車間級監控網絡，是一個令牌結構。實時多主網絡。為車間級通信任務提供了大量的通信服務。

A／D、D／A等模塊：由于PROFIUBS-DP通信卡在工作過程中共有兩個數據需要在DP總線上傳輸，因此需要兩個數據通道，一個用于16位模擬量輸入（A／D），另一個用于16位模擬量輸出（D／A）。其中模擬與數字電路之間采用PC417進行光耦隔離。

本設計一共有兩個時鐘：一個是M16的時鐘，M16本身有兩個時鐘（分別為主時鐘和副時鐘），但是由于VPC3的特殊性使得M16的時鐘必須由VPC3提供；另一個是VPC3的時鐘，直接由48 MHz的有源晶振提供。其中，M16的時鐘是由VPC3對48 MHz的時鐘進行1／4分頻得到的12 MHz。在電子學上，通常將含有晶體管元件的電路稱作“有源電路”（如有源音箱、有源濾波器等），而僅由阻容元件組成的電路稱作“無源電路”。電腦中的晶體振蕩器也分為無源晶振和有源晶振兩種類型。無源晶振與有源晶振的英文名稱不同，無源晶振為crystal（晶體），而有源晶振則叫做oscillator（振蕩器）。無源晶振是有2個引腳的無極性元件，需要借助于時鐘電路才能產生振蕩信號，自身無法振蕩起來，所以“無源晶振”這個說法并不準確；有源晶振有4只引腳，是一個完整的振蕩器，其中除了石英晶體外，還有晶體管和阻容元件，因此體積較大。

VPC3通過表1中的信號與光耦隔離驅動相連接。總線接口引腳如表1所列，VPC3的數據傳輸是在RS485模式下進行的。

按鍵復位：其作用是對M16和VPC3進行復位。該電路用于監視M16的核電壓，當核電壓低于3.3 V時，該電路產生一個低脈沖信號傳送到M16的RESE（10）引腳。除了監視的功能以外，還可以通過按鍵的閉合來產生一個低脈沖的復位信號。

2 軟件設計

對VPC3的軟件操作主要包括兩個部分：VPC3的初始化、主程序和VPC3的中斷處理。主程序和中斷處理流程分別如圖2和圖3所示。

VPC3的初始化程序應放在主程序的前面，而中斷處理程序完成CPU（中央處理器（英文Central Processing Unit，CPU）是一臺計算機的運算核心和控制核心。CPU、內部存儲器和輸入/輸出設備是電子計算機三大核心部件。電腦中所有操作都由CPU負責讀取指令，對指令譯碼并執行指令的核心部件）對VPC3中斷輸出的響應。VPC3上電復位之后，在正常工作之前必須進行初始化，以配置各個寄存器。中斷處理程序用于處理VPC3發生的各種事件。

數據輸入和輸出處理（輸入、輸出相對于主站而言）及用戶診斷數據輸入可以放在應用程序主循環中。在一個應用循環申，由應用來刷新輸入BUF中的數據，保障所有輸入數據是最新的更新數據。而VPC3在接收到由PROFI-BUS-DP主站傳送的不同輸出數據時，會產生輸出標志位（同樣位于中斷請求字單元中），CPU通過在應用循環中輪詢該標志位來進行接收主站數據。對于特定應用的診斷信息，需要實時地傳遞到主站。主應用程序在應用循環中判斷是否有可用的診斷BUF存在，當有空閑BUF（BUF,是英文buffer的縮寫，意思是緩沖區，指在工廠中生產出來產品的臨時存放位置，在達到一定數量后會搬運到其它的地方）時應用程序輸入診斷信息，并請求更新。對于實時性要求嚴格的系統，應采用中斷方式進行輸出數據和診斷數據處理。

結語

VPC3芯片的使用方法簡單（與SPC3相似），功能比較完善，可以滿足本通信接口設計的要求。SPC3（SIMENS PROFIBUS CONTROLER）是一種用于PROFIUBS-DP開放式工業現場總線智能化接口芯片，可廣泛用于工業自支化和樓宇管理自動化中的單片機接口。SPC３集成了完整的DP協議，其中包括方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區等。有效地減輕了處理器的壓力，因此可用于12Mbaud總線。使用VPC3進行PROFIBUS-DP從站接口的開發，能夠降低開發難度和開發成本；使用現場設備／儀表上配置PROFIBUS-DP接口，可以滿足相關行業的需要。