基于PROFIBUS-DP和CAN的多现场总线接口转换器的设计与实现

摘要

现场总线技术的飞速发展，造成通信网络的多样性，这给用户带来了更多选择的同时，也带来了很多现实问题。目前采用的具有现场总线通信能力的设备、仪表主要是国外进口产品，价格较高，国产现场设备多数不具有现场总线通信能力，而且多种现场总线协议并存、多种行业甚至企业通信标准并存，有时即使在同一车间内的不同生产线也采用了不同的总线标准，因此，用户不得不面对将多种总线、各种通信协议产品接入同一种现场总线的技术难题。所以，研究不同总线之间的通讯接口，是现实而有意义的课题。 本文针对目前应用广泛的两种现场总线PROFIBUS-DP和CAN设计了一种多现场总线接口转换器，以解决普通串行接口与PROFIBUS-DP和CAN总线接口之间的转换。通过这种接口，除了实现串口设备接入现场总线系统，还可实现两种现场总线网络对同一串口设备的监控管理与资源共享，达到异构网络互联的目的。 论文首先对PROFIBUS和CAN现场总线技术进行概述，主要从现场总线的技术特点、协议结构、传输技术、存取协议等方面进行介绍，重点对PROFIBUS-DP和CAN系统组成、工作方式、报文结构和数据传递等进行研究和分析。然后对系统的各模块进行了硬件和软件设计，主要包括核心控制模块、串口通信模块、CAN总线通信模块以及PROFIBUS-DP模块。最后搭建网络试验平台，通过构建DP网络和CAN网络，验证了本设计的可行性，实现了普通串行接口与PROFIBUS-DP和CAN总线接口之间的转换。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3本论文创新点及主要内容

1.4本论文结构安排

第二章现场总线介绍

2.1现场总线概述

2.1.1现场总线技术产生的意义

2.1.2基于现场总线的现场级与车间级自动化监控及信息集成系统

2.1.3几种典型的现场总线标准简介

2.1.4 ISO现场总线标准

2.2 PROFIBUS现场总线技术

2.2.1 PROFIBUS概述

2.2.2 PROFIBUS的协议结构

2.3.3 PROFIBUS-DP系统配置和设备类型

2.3.4 PROFIBUS-DP的通信模型

2.3.5 PRDFIBUS-DP报文通信的基本顺序

2.3.6 DP从站状态机的实现

2.3.7 GSD文件

2.3 CAN现场总线技术

2.3.1 CAN的基本概念

2.3.2 CAN结点的分层结构

2.3.3报文传送及其帧结构

2.3.4错误类型和鉴定

2.4小结

第三章 多现场总线接口转换器的硬件设计

3.1系统设计实现方案

3.2硬件系统组成

3.3核心控制模块

3.3.1 核心控制模块C8051F040芯片介绍

3.3.2核心控制模块的功能实现

3.4 PROFIBUS-DP总线通信接口模块

3.4.1 器件选型

3.4.2 ROFIBUS-DP通信接口模块硬件设计

3.5 CAN总线通信接口模块

3.5.1 C8051F040集成的CAN控制器

3.5.2 CAN总线收发器介绍

3.5.3 CAN通信接口模块硬件设计

3.6 RS-232串口通信模块

3.7电源转换模块

3.8 小结

第四章 多现场总线接口转换器的软件设计

4.1 系统软件组成及开发环境

4.2主流程模块

4.3 PROFIBUS-DP总线通信模块

4.3.1 SPC3内部寄存器介绍

4.3.2 SPC3初始化程序

4.3.3 SPC3的中断处理程序

4.4 CAN总线通信模块

4.4.1 CAN控制器内部寄存器介绍

4.4.2 CAN控制器初始化程序

4.4.3发送接受程序

4.5 串口通信模块

4.6 小 结

第五章系统功能测试

5.1测试系统搭建

5.2系统运行测试

5.3运行结果

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文及科研成果

致谢