基于16位DSP的PROFIBUS-DP從站系統(tǒng)設(shè)計

核心器件的選擇

SPC3協(xié)議芯片

SPC3是專用于從站開發(fā)的智能通訊芯片，它支持PROFIBUS-DP協(xié)議。圖1為SPC3結(jié)構(gòu)圖，其主要性能如下：44腳、PQFP封裝；在PROFIBUS上自動檢測波特率，自9. 6kbps至12Mbps；RS-485傳輸；完整的PROFIBUS-DP協(xié)議；內(nèi)部集成監(jiān)視定時器；5V DC電源。

圖1　SPC3結(jié)構(gòu)圖

SPC3內(nèi)部集成了1. 5KB的雙口RAM，其地址空間從00H到5FFH。內(nèi)部以8字節(jié)為一單元，分為192個段。根據(jù)功能可分為3個區(qū)域：
00H到015H為方式設(shè)定和狀態(tài)指示寄存器區(qū)。016H到03FH為參數(shù)配置區(qū)，各種BUF的指針與長度在此區(qū)域設(shè)置。040H到5FFH為用戶區(qū)，用來接收來自IO應(yīng)用和主站的數(shù)據(jù)。這些BUF的配置，包括BUF的長度和初始地址必須在SPC3的“離線”狀態(tài)下完成；在操作過程中除輸入輸出BUF的長度可變外，其他的配置不能更改。此外，SPC3內(nèi)部還集成了一個看門狗定時器，可工作于3種不同的狀態(tài)：波特率監(jiān)測、波特率控制和DP控制。

TMS320F206

TMS320F206是16位定點DSP，運算速率為40MIPS。它采用靜態(tài)CMOS集成電路工藝制造，其結(jié)構(gòu)以‘C5x為基礎(chǔ)，采用改進的哈佛結(jié)構(gòu)，有一條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有并行32bit算術(shù)邏輯單元、16×16bit并行的硬件乘法器、片內(nèi)存貯器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集。片內(nèi)資源還有:內(nèi)部時鐘發(fā)生器，可外接時鐘源進行×1、×2、×4和/2來產(chǎn)生CPU時鐘；片內(nèi)還有RAM4.5KB， FLASH32KB，能夠適合于許多工程應(yīng)用， 32KB FLASH可作為程序存貯器，給系統(tǒng)的設(shè)計和程序的調(diào)試帶來很大的方便;3個外部中斷INT1、INT2、INT；1個同步串口和一個異步串口；1個軟件可編程定時器；4個獨立可編程的I/O引腳，1個輸出引腳XF和1個輸入引腳B IO；JTAG掃描仿真接口，用來實現(xiàn)在線仿真測試。

硬件系統(tǒng)構(gòu)成

圖2 為PROFIBUS-DP 從站的硬件框圖，系統(tǒng)由MAX125、TMS320F206、SPC3、EPM7128SQC100、DS1286、HK1225、外部RAM以及地址撥碼開關(guān)組成一個PROFIBUS-DP從站，用于鐵路信號電源故障的診斷。三相交流電壓和電流信號經(jīng)MAX125同步采樣，DSP通過一定的算法進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)運算，再綜合相關(guān)開關(guān)量信號情況作出診斷，對電力設(shè)備進行控制。同時將根據(jù)PROFIBUS主站的要求把必要的數(shù)據(jù)與故障信息通過協(xié)議芯片SPC3傳送至主站。主站也通過SPC3對從站進行設(shè)置和電力設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

圖2　硬件電路圖

設(shè)計中8位的SPC3使用TMS320F206的低8位數(shù)據(jù)線，并將其映射到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間;同時也將DS1286、HK1225數(shù)字輸入和數(shù)字輸出映射到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間。這樣，DSP對它們的操作，就象操作外部RAM那樣簡便。程序設(shè)計中16位的DSP對SPC3、DS1286、HK1225進行寫操作時，先寫低8位再寫高8位。
系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

PROFIBUS-DP 從站(即故障診斷的終端單元) 主要完成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、故障判斷以及將必要的電能參數(shù)與故障信息根據(jù)主站的要求傳送到主站，同時主站能夠?qū)恼具M行賦值。