SIEMENS公司PROFIBUS-DP从站设备芯片简介

用于开发PROFIBUS 从站的典型协议芯片有：IAM 公司的PBS 集成PROFIBUS-FMS、PA 协议，摩托罗拉公司的68302 和68360 均集成PROFIBUS-FMS、PA 协议，VIPA公司VPC3+ 和VPM2L 均集成PROFIBUS-FMS、PA 协议及SIEMENS 公司的PROFIBUS 协议系列芯片，如图3-4 所示。

从图3-7 中可看出SIEMENS 公司用于从站的PROFIBUS协议系列芯片有：SPC3 集成PROFIBUS-DP/DPV1 协议，SPC41 集成PROFIBUS-DP/DPV1 和PROFIBUS-FMS 协议，DPC31 集成PROFIBUS-DP/DPV1 和80C32 单片机，SIM1 配合DPC31 可为符合IEC1158-2 传输规则的PROFIBUS-PA 提供一种集成的紧凑解决方案。由于SIEMENS 公司协议处理芯片应用较为广泛，现我们把其中能用于设计PROFIBUS-DP 从站设备的SPM2、LSPM2、SPC3、DPC31 四种芯片作简要介绍。

图3-7　SIEMENS PROFIBUS 协议芯片

SPM2：SPM2 用于设计简单从站，可使诸如开关、指示器、热偶传感器等设备连接到 PROFIBUS-DP 上，最大传输速率为12Mbps，SPM2 共有64 输入/ 输出位，为120 脚PQFP封装，输入/输出点可再分为组，由软件配置。SPM2 可独立地处理全部数据信息，不需外接MCU 和固件就能完全独立地处理总线协议。当SPM2 从站设备在PROFIBUS-DP 总线上运行时，SPM2 从主站接收到一个无差错的报文帧时，会自动产生需要的回答帧。传输数据可通过I/O 口，用带上拉电阻的参数化输入线路予以组态，8 位诊断口用于高优先级报文。连接到NORMOPER 脚的LED 指示通信数据正确信号，而DIAERROR 脚信号指示故障状态。接线XSREE 告知ASIC 是移位寄存器或是EEPROM 用作存储介质。可通过参数化输入针脚，用户可规定输入/输出口的功能。应用SPM2 芯片时，参数化报文、组态报文和诊断报文的结构是固定的。芯片数据传输率从9.6Kbps 到12Mbps，能自动选择和监视。

LSPM2：LSPM2 的功能类似于SPM2，只是仅有32 输入/输出位，封装在一个有90 脚插针的小型MAFP 封装内。LSPM2 具有以下特点：支持PROFIBUS-DP 协议；最大数据传输速率12Mbps；可自动检测并调整数据传输速率；LSPM2为80 管脚PQFP 封装，具有集成的32 位I/O，其中16 个可诊断输入8 个诊断位；集成的看门狗（WATCHDOG TIMER）；外部时钟接口24MHz 或48MHz；5VDC 供电。SPM2 和LSPM2均不需接MCU，只需外接总线接口驱动装置、晶振等即可。(https://www.xing528.com)

SPC3：SPC3（SIEMENS PROFIBUS CONTROLLER） 用于PROFIBUS-DP 智能协议从站处理芯片。它直接建立在OSI 参考模型的第一层上，并需要外接MCU 来完成第二层至第七层，其中第二层的有关总线协议已集成在芯片中，只剩用户接口、数据管理等需由MCU 完成。由于芯片集成了PROFIBUS-DP 的全部协议，SPC3 可大大减轻相连接MCU的负荷。在SPC3 中，除了模拟驱动功能外，芯片还集成有传输技术、从站节点的数据链路层传输协议、DP 从站协议等。SPC3 为44 脚PQFP 封装芯片，包括一个用来控制芯片整体操作的微顺序控制器、一个RAM 控制器、1.5K 双端口RAM、总线接口单元、中断控制器、方式状态寄存器、看门狗定时器、波特率发生器等。

SPC3 内部包含1.5K 双端口RAM，用作SPC3 和应用软件的接口。整个寄存器分为192 个部分，每个字节一部分，用户在寄存器中是通过内部寄存器的指针直接寻址。指针可以对寄存器内任何一个部分寻址定位，但所有缓冲区必须定位在每部分的开头。在开始通信时，SPC3 将自动设置所有的DP-SAP（DP 服务存取点），如参数设置、用户数据等报文信息通过单独的数据缓冲区送给用户。对于输入/输出数据，SPC3 为其提供了三个缓冲区，通信报文有一个缓冲区，因此在通信中不会存在任何资源问题发生。为了提供最优的诊断支持，SPC3 设有两个诊断缓冲区，用户用它来输入最新的诊断数据。SPC3 还具有一个参数化的同步/异步8 位数据接口，用于同MCU 的连接。用户通过该8 位数据接口可以直接读取内部的1.5K RAM 中的参数，如指示错误、校验错误等。可以进入芯片中断控制器，然后由芯片生成一个共同中断输出，送给MCU 处理。在通信中，芯片内部的UART 能将并行数据流自动转换为串行数据流或者反之，并能自动的识别9.6K-12M 的波特率。为了完成整个PROFIBUS 第二层功能，SPC3 必须外接MCU，SPC3 支持多种处理器，如INTEL的80C51 系列，MOTOROLA 的HC11、HC16 系列，SIEMENS的80C166 等MCU。SPC3 中的BIU（总线接口单元）组成了芯片与MCU 之间的连接接口，SPC3 内部结构如图3-8 所示。

SPC3 主要技术指标如下：支持PROFIBUS-DP 协议；最大数据传输速率12Mbps，可自动检测并调整数据传输速率； 与80C32、80X86、80C166/165/167 和HC11、HC16、HC916 系列等MCU 兼容；44 管脚的PQFP 封装；集成的看门狗（WATCHDOG TIMER）；外部时钟接口24MHz 或48MHz；5VDC 供电。

图3-8　SPC3 内部结构

DPC31：DPC31 是SIEMENS 公司新推出的智能从站协议芯片，它将SPC3 和一个80C31 MCU 内核集成在同一芯片中，同时包含24KROM。DPC31 不仅有一个用于RS-485 的异步接口，而且还有连接到SIM1 的同步接口，该接口可以使DPC31 与采用IEC1158-2 同步传输技术的PROFIBUS-PA 相连。DPC31 不仅具有SPC3 的全部功能，同时还支持DP-V1功能，DP-V1 是PROFIBUS-DP 基本功能的扩展，其主要特征是用于非循环通信的扩展功能，在运行期间可对总线现场设备进行参数化和检查，以及确认报警报文的传输，这些扩展功能是必须的。DPC31 是高度集成的PROFIBUS 智能从站芯片，具有非常广泛的应用范围。一是它可以通过其内部的80C31 处理器来实现简单的智能外设；二是通过内部集成的64K RAM 可进行高速数据交换。DPC31 集成有完整的DP 协议，异步工作时能自动检测从9.6K 到12M 波特率，同步工作时波特率固定在31.25K。DPC31 内部集成有6K 的RAM、方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器及各种缓冲区指针和缓冲器等，DPC31 采用100 插针的PQFP 封装。