(毕业论文 页数:45 字数:14018 带程序)摘 要:针对现场总线在我国的应用和发展现状，在研究PROFIBUS-DP现场总线基本理论(主要包括系统组成、协议结构、数据存取机制、从站通信原理)，并在此基础上，提出了通过用软件实现数据链路层协议开发智能化从站接口的方案。研究过程中利用先进的编程工具和编程语言完成系统软件开发。整个设计过程经历了系统方案的设计，系统软硬件的设计，以及系统测试几个阶段。
本文采用单片机的串行口(UART)与主站进行通信，由软件实现数据链路层协议，即在51系列单片机中集成PROFIBUS-DP从站的部分协议，通过运行单片机中的程序，实现DP从站协议，从而代替专用协议芯片。
最后本文对课题的设计工作进行了总结，并对 PROFIBUS-DP智能通信接口的设计进行实验与实现。

关键字： 现场总线；PROFIBUS；通信接口；通信协议；OEM2；
ABSTRACT
Exactly according to the current status of Fieldbus development and application in our country, studying the basic theory of PROFIBUS-DP (including system composing, protocol structure, data access mechanism and slave station communication principle), based on which this paper puts forward development proposal for the PROFIBUS-DP intelligent slave station’s communication interface. During the research of the thesis, use advanced programming tool and program language to develop software of the system. The whole research and design has come through the following stages: design of system scheme, design of hardware and software, and system test.
This paper is use the MCU serial port (UART) and the main station for communications, actualize the protocol of data link layer by the software.That is integrating parts of PROFIBUS Slave Station protocol in the 51 series CMOS. So it can replace the special protocol chip and realizes the function of intelligent slave station.
Finally, this paper summarizes the whole work of the design, and brings forward the experimentation and actualization for the design of PROFIBUS-DP intelligent slave station interface.

Keywords：Fieldbus；PROFIBUS；Communication Interface；Communication Protocol；OEM2；

目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2现场总线的概念 2
1.3现场总线的特点 2
第2章 PROFIBUS原理 4
2.1 PROFIBUS类型 4
2.2 PROFIBUS-DP协议 5
2.2.1 PROFIBUS-DP协议结构 5
2.2.2 PROFIBUS-DP报文格式 6
2.2.3 PROFIBUS-DP通信方式 8
2.2.4 PROFIBUS-DP波特率自适应 9
2.3 PROFIBUS－DP物理层 9
2.3.1 RS-485传输技术 9
2.3.2总线连接器 10
2.3 PROFIBUS－DP数据链路层 11
2.3.1 PROFIBUS－DP帧格式 11
第3章 PROFIBUS的通信系统设计 13
3.1 系统概述 13
3. 2系统总体设计 13
3.2.1 单片机的选择 14
3.2.2 接口的设计 15
3.3通信接口的通信过程 17
3.4 OEM2介绍 17
第4章 接口板的软件设计 19
4.1程序流程图 19
4.2模拟串口的实现 22
4.2.1 串行通信的基本原理 22
4.2.2 模拟串口程序设计 23
4.3设备数据库文件(GSD) 25
第5章 系统仿真与实验 26
5.1 KEIL C51开发系统 26
5.2实验结果 26
第6章 结论 28
参考文献 29
致 谢 30
附录 31

第1章 绪论
1.1 引言
随着控制、计算机和通信技术的发展，工业生产中的信息交换已经延伸到现场的各个设备，形成了从工厂的现场设备层到控制层、管理层、监控层和决策层之间的通信网络，达到了信息的实时交换，从而大大提高了生产效率。
现场总线系统就是近年来在工业自动化领域内发展起来的，一种在工业过程控制领域中用于替代传统的双向数字式通信网络。通过它可以实现跨网络的分布式控制，具有开放性、互操作性、互换性、可集成性等特点，是现场级设备的控制网络。它克服了传统工业过程控制系统的投资高、抗干扰性差、系统不开放等缺点，已在制造业、交通、楼宇和电力等行业的自动化系统中得到广泛的应用。目前有几种现场总线技术已经发展成熟并广泛的应用于特定的领域，它们各具特点，已经形成自己的产品系列。PROFIBUS现场总线就是其中的一种，在现场总线技术中，由于它具有高速传输数据，良好的实时性，灵活的系统配置，便宜的价格等特点，其应用已经覆盖于工业过程控制的各个领域。
目前，国外一些大的仪表制造厂商(如著名的SIEMENS公司等)都推出了PROFIBUS-DP现场总线控制系统及相应的现场总线产品，许多智能仪表和设备具备了PROFIBUS-DP接口，这些智能仪表和设备，包括传感器、执行器、阀门、马达、继电器、开关电源等。随着PROFIBUS-DP现场总线控制系统在国际市场上的广泛应用和不断发展，国外的仪表制造厂商也正加快研制新的具有PROFIBUS-DP接口智能仪表和设备的步伐。
就国内而言，我国的自动化企业和科研单位在跟踪PROFIBUS-DP现场总线技术发展的同时，也先后开始了PROFIBUS-DP现场总线的研究工作。1997年7月中国现场总线(PROFIBUS)专业委员会组建成立，同时开始筹建现场总线(PROFIBUS)产品演示及认证实验室。起初我国对于PROFIBUS-DP现场总线技术主要以系统集成和应用为主，处于系统底层的智能仪表和设备都是有国外大公司提供的。此后，包括上海交通大学、西安电子科技大学等企业和科研院校都开始研制PROFIBUS-DP总线控制系统底层智能仪表和设备，希望实现相关产品的国产化。目前，随着PPROFIBUS-DP总线控制系统在我国应用的深入，PROFIBUS-DP总线技术产品的需求会越来越大，因此，PROFIBUS智能通信接口的开发与研究在我国有着广阔的市场前景。
1.2现场总线的概念
根据国际电工委员会IEC标准和现场总线基金会FF的定义：现场总线是连接智能现场设备和自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络。也被称为开放式、数字化、多点通信的底层实时控制网络。
现场总线技术将专用微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有了数字计算和数字通信能力，成为能独立承担某些控制、通信任务的网络节点。采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表、计算机等作为网络节点连接成网络系统，并按公开、规范的通信协议，在位于生产控制现场的多个微机化测量控制设各之间、以及现场仪表与用作监控、管理的远程计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统。简而言之，现场总线技术是把单个分散的智能化测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络系统与控制系统。
现场总线不单单是一种通信技术，其意义不仅仅是用数字仪表代替了模拟仪表，更重要的是引起了整个控制系统体系结构的根本性变革。它给自动化领域带来的变化，正如计算机网络给单台计算机带来的变化。如果说，计算机网络把人类引入到信息时代，那么现场总线则使自控系统与设备加入到信息网络的行列，成为企业信息网络的底层，使企业信息沟通的覆盖范围一直延伸到生产现场。
1.3现场总线的特点
现场总线完整地实现了控制技术、计算机技术与通信技术的集成，是现场仪表所采用的双向的、将取代现今广泛使用4～20mA标准模拟信号的数字通信方式，标准化的现场总线具有“开放”的通信接口、“透明”的通信协议，允许用户选用不同制造商生产的现场设备。具体来说，它有以下的特点。
(1)数字传输方式。现场总线取代了传统的4～20mA电流环信号传输，实现了全数字式通信，从而提高了控制系统高精度的信息处理能力，进而提高了控制质量。
(2)双向传输。过去现场设备采用的是点到点的模拟量信号传输或者是开关量信号的单项并行传输，而采用现场总线，将这种传输变为多点一线的双向串行传输。
(3)系统的开放性。一个开放系统可以与任何遵守相同标准的其它设备或系统相连。开放系统把系统集成的权利交给了用户，用户可按自己的需要把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统。
(4)可互操作性与互换性。现场总线采用公开化、标准化、规范化的通信协议来规范系统部件的接口、外部连接和相互通信，不同厂商的设备可互连、互操作，实现“即接即用”，不同品牌的同类设备可互换，实现了设备的供应不再依赖特定的制造商。
(5)现场设备的智能化与功能自治性。在控制室就可以对现场仪表进行调试、校验、诊断和维护。
(6)系统结构的高度分散性。由于现场设备本身已可完成自动控制的基本功能，而不再需要一个中央控制计算机，实现了彻底的分布式控制，从根本上改变了现有DOS集中与分散相结合的集散控制系统体系，简化了系统结构，提高了可靠性。
(7)对现场环境的适应性。现场总线是专为在现场环境工作而设计的，它支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力。