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基于FPGA的PROFIBUSDP从站接口研究

FPGA PROFIBUS-DP 现场总线工业通信

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发布日期 2023-06-11

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PROFIBUS现场总线技术是当今控制领域的一个热点。目前国内对于PROFIBUS-DP的应用和研究主要以西门子等国外大公司的成套设备为主，用单片机+固态程序的方法做PROFIBUS-DP接口控制器的技术比较成熟，而自主开发PROFIBUS-DP通用接口的研究却比较少。针对这一现状，本论文采用FPGA做控制器，提出了基于FPGA技术的从站接口通信模块的设计方案，使具有RS-232接口的从站可以通过该接口通信模块与PROFIBUS-DP主站进行通讯连接。论文首先对PROFIBUS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。对PROFIBUS-DP系统组成和配置、工作方式及数据传递、DP的功能和从站状态机制等进行研究和分析。然后详细论述了基于PROFIBUS-DP的通信接口的硬件及软件实现。在硬件设计中，本文从PROFIBUS协议芯片SPC3实现的具体功能出发，结合EDA(Electronic Design Amomation)设计自项向下的设计思想，给出了总线接口的总体设计方案。同时给出其设计逻辑框图、算法流程图、引脚说明以及部分模块的仿真结果。并充分考虑了硬件的通用性及将来的扩展。本设计使用VHDL描述，在此基础之上采用专门的综合软件对设计进行了综合优化，最后在FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片EP1C6上得以实现。在软件设计中，详细介绍了通信接口的软件设计实现，包括状态机的实现、各种通信报文的实现、GSD文件的编写等。再通过Siemens公司的CP5611网络接口卡和PC机做主站，使用COMPROFIBUS组态软件，组建系统进行通讯测试，得到良好结果。

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