摘要：介紹了PWM控制電路的基本構成及工作原理，給出了美國Silicon General公司生產的高性能集成PWM控制器SG3524的引腳排列和功能說明，同時給出了其在不間斷電源中的應用電路。
關鍵詞：PWM SG3524 控制器
１ 概述
ＰＲＯＦＩＢＵＳ是Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ的縮寫，是一種國際性的開放式現場總線標準，即ＥＮ５０１７０歐洲標準。目前世界上許多自動化技術生產廠家都為它們生產的設備提供了ＰＲＯＦＩＢＵＳ接口。ＰＲＯＦＩＢＵＳ已經廣泛應用於加工製造、過程和樓宇自動化，目前已發展成為一種成熟技術。
ＰＲＯＦＩＢＵＳ根據應用特點分為ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ三個兼容版本。ＰＲＯＦＩＢＵＳ協議定向根據ＩＳＯ７４９８國際標準以開放系統網際網路ＯＳＩ為參考模型。ＰＲＯＦＩＢＵＳ的ＤＰ、ＦＭＳ和ＰＡ均使用單一的總線存取協議，可通過ＯＳＩ參考模型的第２層實現，包括數據的可靠性以及傳輸協議和報文的處理。其中ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＦＭＳ用於解決車間級通用性通信任務，能提供大量的通信服務，並可完成中等傳輸速度的循環和非循環通信任務；ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＰＡ則專為過程自動化設計，它採用標準的本質安全傳輸技術來實現ＩＥＣ１１５８－２中規定的通信規程，適用於對安全性要求較高的場合及由總線供電的站點；而ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ在經過優化的高速、廉價的通信連接後，可專用於自動控制系統和設備級分散Ｉ／Ｏ之間的通信設計。使用ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ模塊可取代價格昂貴的２４Ｖ或０～２０ｍＡ並行信號線，用於分散式控制系統的高速數據傳輸。ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ使用ＩＳＯ／ＯＳＩ參考模型的第１層、第２層和用戶接口，而第３層到第７層未加描述，這種流水線型結構確保了數據傳輸的快速和有效。它的直接數據鏈路映像（DDLM，ｄａｔａ ｌｉｎｋ ｍａｐｐｅｒ）提供有進入第２層的用戶接口。該用戶接口規定了用戶及系統以及不同設備的調用功能，同時說明了各種不同ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ設備的設備行為，此外，還提供了傳輸用的ＲＳ－４８５傳輸技術或光纖。
２ ＳＰＣ３晶片介紹
ＰＲＯＦＩＢＵＳ的通信協議比較複雜。原則上講，只要安裝了異步串行收發器（ＵＡＲＴ），它就可以在任何微處理器上由軟體實現。但現在，開發人員卻常常使用專用的通信處理晶片來將複雜的協議完全撇開。ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信協議晶片已形成廣泛系列。使用這些晶片可使ＰＲＯＦＩＢＵＳ協議的實現更加簡單、方便、省時、省力，從而達到快速提供產品的目的。適合於智能從站的ＡＳＩＣ種類較多，其中西門子的ＳＰＣ３ 通信協議晶片比較具有代表性。ＳＰＣ３的內部結構示意圖如圖１所示。
ＳＰＣ３集成了ＤＰ協議中的ＦＤＬ層?它可以承擔通信部分的微處理器負載?從而實現ＤＰ從站的通信處理。微處理器操作ＳＰＣ３ 晶片就像操作它的內部ＲＡＭ一樣。ＳＰＣ３能保障報文的有效性?並可滿足整個報文的一致性數據交換。總線接口是個可參數化的同步／異步８位接口，適合於Ｍｏｔｏｒｏｌａ 和Ｉｎｔｅｌ 微控制器／ 處理器。ＳＰＣ３內部集成了１．５ｋＢ的雙口ＲＡＭ，整個ＲＡＭ 採用８字節的段結構方式，共分成１９２段，所有需要分配地址的ＢＵＦ指針必須指向段的開頭。ＤＰ通信的服務存取點由ＳＰＣ３自動建立，呈現在用戶面前的各種報文信息就是不同ＢＵＦ的內部數據。用戶可以通過總線接口訪問ＳＰＣ３的內部ＲＡＭ。
ＳＰＣ３的內部看門狗定時器可工作於３ 種不同狀態?波特率監測、波特率控制和ＤＰ控制狀態。內部的ＵＡＲＴ可實現串並數據流的相互轉變。ＳＰＣ３可自動標識總線的波特率（範圍為９．６ｋ～１２Ｍｂｐｓ） 。空閒定時器用於控制串行總線電纜上的總線定時，微序列器（ＭＳ ?Ｍｉｃｒｏ Ｓｅｑｕｅｎｃｅｒ） 則控制整個ＳＰＣ３的工作過程。
ＳＰＣ３內部的１．５ｋＢ雙口ＲＡＭ的地址空間從００Ｈ到５ＦＦＨ，以８字節為一個單元，共分成１９２段，按其功能可分為以下三個區域：
（１）從００Ｈ到０１５Ｈ為方式設定和狀態指示寄存器區域。其中中斷請求寄存器可讀可寫?寫時主要用於調試。必須配置的還有中斷屏蔽寄存器、工作模式寄存器０和１、用於波特率控制的看門狗定時寄存器以及從站最小延遲時間寄存器。用於指示ＳＰＣ３工作情況的寄存器有中斷請求和中斷發生寄存器、狀態寄存器、輸入ＢＵＦ、輸出ＢＵＦ 和診斷ＢＵＦ的狀態寄存器。
（２）從０１６Ｈ到０３ＦＨ為配置參數區域。各種ＢＵＦ的指針與長度（包括本站地址、地址允許改變變量、用戶看門狗值和設備標識號）均在此區域設置。這些ＢＵＦ包括三個輸入ＢＵＦ、三個輸出ＢＵＦ、兩個診斷ＢＵＦ、兩個輔助ＢＵＦ、一個配置ＢＵＦ、一個參數ＢＵＦ 和一個地址設置ＢＵＦ。這裡的輸入輸出是相對於主站而言。需注意各個ＢＵＦ的指針定義，此處的指針指的是段序號。由於各個ＢＵＦ 的長度必須是８字節的整數倍?即各ＢＵＦ的起始地址能被８整除?所以可以用段序號?０～１９１?標識出具體的ＢＵＦ 起始地址?例如參數ＢＵＦ的起始地址３Ｅ０Ｈ可以用指針７ＣＨ 表示。這種方法不僅可節約存儲空間?而且簡潔明了。
（３）從０４０Ｈ到５ＦＦＨ的１４７２字節為用戶區域，可用於接收來自Ｉ／Ｏ應用和主站的數據。這些ＢＵＦ的配置（包括ＢＵＦ的長度和初始地址）必須在ＳＰＣ３的「離線（ｏｆｆｌｉｎｅ） 」狀態下完成。用戶可以採用中斷或者輪循方式通過Ｉ／Ｏ與ＳＰＣ３交互數據。
３ ＳＰＣ３與ＡＴ８９Ｃ５１的接口設計
ＳＰＣ３有８根數據線和１１根地址線，其中低８位地址線與數據線復用，可以接８０Ｃ３２ 、８０Ｃ１６６、８０Ｃ１６５、ＨＣ１１、ＨＣ１６、ＨＣ１９６等單片機，ＳＰＣ３本身具有地址鎖存功能?不需另加鎖存器，自身可以產生片選信號。晶片配置是藉助ＳＰＣ３的兩個輸入引腳ＸＩＮＴ／ＭＯＴ和ＭＯＤＥ 進行的。ＸＩＮＴ／ＭＯＴ表示Ｉｎｔｅｌ和Ｍｏｔｏｒｏｌａ等晶片類別。ＭＯＤＥ表示ＳＰＣ３的工作模式，其中包括同步和異步。當其工作在同步模式時，ＳＰＣ３的ＸＲＥＡＤＹ（請求外部等待）引腳無效。
本設計中使用的單片機是ＡＴ８９Ｃ５１，其與ＳＰＣ３的接口電路如圖２所示。應當注意的是，當ＳＰＣ３採用Ｉｎｔｅｌ晶片工作於同步模式時?內部有自己的地址鎖存及解碼電路?所以，ＣＰＵ的低８位地址線可不經過５７３鎖存器，而是直接與ＳＰＣ３連接?低８位地址線與８位數據線分時共用傳輸線?。而ＣＰＵ 的高８位地址線則直接與ＳＰＣ３的ＡＢ０～ＡＢ７相連?且必須為０００００ＸＸＸ?Ｘ表示０、１信號都行?，同時ＡＢ８－ＡＢ１０必須為低。此時片選信號輸入引腳不起作用?應將其接高電平。
ＳＰＣ３ 用於進行串行通信的４個管腳分別為ＸＣＴＳ、ＲＴＳ、ＴＸＤ和ＲＸＤ。ＸＣＴＳ的含義為清除發送?是ＳＰＣ３的輸入信號?表示允許ＳＰＣ３發送數據。此信號為低電平有效?且應一直維持低電平。ＲＴＳ為ＳＰＣ３ 的請求發送信號?通常接到收發器的輸出使能端。ＲＸＤ 和ＴＸＤ分別為串行接收和發送埠。
為提高系統的抗幹擾性?ＳＰＣ３內部線路必須與物理接口在電氣上隔離。輸入輸出通道上的電氣隔離採用的是６Ｎ１３７高速光耦。電源的電氣隔離則採用ＤＣＰ０５０５，這是一種５Ｖ到５Ｖ的隔離轉換電源。ＰＲＯＦＩＢＵＳ通信協議可保障通信的高可靠性?但應以硬體和軟體設計為基礎。在通信接口設計時?必須遵循一定的規範?如信號的隔離、總線接口與收發間應避免線路過長、電源的濾波處理、收發器和光耦的限流電阻及負載電阻必須與收發器光耦配合適當等。本設計選用６Ｎ１３７的高速光耦，ＳＮ７５ＡＬＳ１７６的收發器，通信速率可達６Ｍｂｐｓ，可用於大部分應用系統。如果用戶需要更高的通信速率，可以將光耦換成可達２５Ｍ波特率的ＨＣＰＬ－７７２０／７７２１。ＳＰＣ３與收發器的連接圖見圖３所示。
４ 軟體實現
在進行軟體設計時，首先要對ＳＰＣ３內部ＲＡＭ的０００Ｈ～０３ＤＨ進行初始化。在為指針變量賦值時要注意：指針是段序號，且應能被８整除。ＳＰＣ３不允許地址溢出。也就是說，如果用戶讀寫超過了存儲範圍，就要減掉４００Ｈ，從而訪問一個新地址。這樣可節省存儲空間，但禁止覆 過程參數。如果由於緩衝器初始化錯誤而使微處理器溢出?也要執行同樣的過程。初始化時?進行第一次數據配置的數據格式如下?
１７Ｈ＝８字節輸入，無連續性?
２７Ｈ＝８字節輸出，無連續性。
該數據格式定義了輸入和輸出數據的長度。而診斷則分為狀態診斷和外部診斷，其中狀態診斷由ＳＰＣ３自動執行?無需用戶考慮。用戶只需編寫外部診斷程序即可。
５ 結束語
本文主要從研發的角度介紹了ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ 智能從站通信接口的硬體和軟體設計。其中硬體基本上屬於標準線路?只是由於速度的要求?對有些晶片要求較高。如果用戶對通信速度沒有過高的要求?完全可以選用較普通的晶片。而軟體則是開發ＤＰ接口的難點?應在深入了解ＳＰＣ３晶片機理及ＰＲＯＦＩＢＵＳ－ＤＰ狀態機的基礎上進行開發。