一种基于FPGA的Profibus-DP从站装置

摘要

一种基于FPGA的嵌入式通用Prifibus-DP从站装置，包括：核心单元---协议转换模块，用于分析报文，处理数据，完成数据交换；外围单元，用于与Profibus-DP网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态。本装置具有广泛的通用性，当外部设备满足通信接口装置中接口电路的规范时，通信接口装置可与任意外部设备互联交换Profibus-DP数据信息。

主权项

一种基于FPGA的嵌入式通用Prifibus‑DP从站装置，其特征在于所述的从站装置由核心单元即协议转换模块和外围支持单元构成；协议转换模块：是Prifibus‑DP从站装置的核心，负责对规约的解释和执行，用于分析报文，处理数据，对需要传输的数据按照规约进行解析或者封装，完成数据交换；该模块包括相互连接的FPGA芯片和SPC3芯片；FPGA芯片通过I/O口与外部设备相连，FPGA从外部设备读取到的数据经由协议转换模块通过外围支持单元中的隔离保护电路接入Prifibus‑DP总线网络，也负责把经由Prifibus‑DP总线网络传送的指令经协议转换模块解析后发送给外部设备；SPC3芯片在本装置中由FPGA进行控制，负责对PROFIBUS‑DP规约进行解释；外围支持单元：包括总线通信电路、隔离保护电路、电源转换电路和外部指示电路；隔离保护电路一方面与总线通信电路双向连接，另一方面同时与协议转换模块双向连接；总线通信电路与Prifibus‑DP总线网络连接；电源转换电路和外部指示电路分别与协议转换模块双向连接；外围支持单元用于与Profibus网络进行通信交换按照Profibus格式封装的数据，消除从站设备对总线信号的干扰，提高信号质量，将总线标准的24V供电转换为5V电源，指示通信装置的工作状态；总线通信电路用于所述从站装置与Prifibus‑DP总线网络的连接；Prifibus‑DP总线网络在物理层采用RS‑485通信机制，所述的总线通信电路负责在从站装置与Prifibus‑DP总线网络之间以RS‑485通信方式交换相应格式的数据帧；总线通信电路采用了SN75ALS176D芯片来设计RS‑485通信电路；隔离保护电路采用了HCPL7101芯片和HCPL0601芯片来设计隔离电路；其中两片HCPL7101的Vo引脚分别连接外围支持单元的总线通信电路中收发芯片SN75ALS176D的D和R引脚，用来对RS‑485的A、B信号线进行隔离，HCPL0601的Vo引脚连接SN75ALS176D芯片的DE引脚，用于对RTS信号线进行隔离，以消除本通信装置在工作过程中产生的电磁干扰对总线信号的干扰。