嵌入式Modbus TCP通訊模塊設(shè)計(jì)
一、引言
Modbus應(yīng)用層協(xié)議由美國(guó)Modicon公司(現(xiàn)為施耐德電氣旗下品牌)于1979年開(kāi)發(fā)的，用于實(shí)現(xiàn)其PLC產(chǎn)品與上位機(jī)的通信。由于其簡(jiǎn)單易用，得到了廣大工業(yè)自動(dòng)化儀器儀表企業(yè)的采納與支持，實(shí)際上已成為了業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等。這些年來(lái)，隨著PLC的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通訊功能要求越來(lái)越高。一方面，網(wǎng)絡(luò)化，集成化的要求，使得PLC需要越來(lái)越多的接入到計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，作為網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。另一方面，智能儀表應(yīng)用越來(lái)越廣，因此要求PLC具備較多的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，能直接與智能儀表進(jìn)行通訊。鑒于此，1999年施奈德電氣發(fā)布了Modbus TCP協(xié)議，使得以太網(wǎng)上的Modbus設(shè)備可以通過(guò)502端口進(jìn)行通信①。
二、模塊總體設(shè)計(jì)
本模塊采用基于Cortex-M3內(nèi)核的新一代ARM LPC1758為CPU主控芯片，工作頻率為100 MHz。它內(nèi)置高速存儲(chǔ)器(高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強(qiáng)I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。同時(shí)集成多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)的通信接口：I2C、SPI、I2S、SDIO、USART、USB Host/Device/OTG、CAN、Ethernet MIC等。本模塊硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示：
CPU通過(guò)PHY向以太網(wǎng)總線傳輸Modbus TCP數(shù)據(jù)，向RS232或RS485總線傳輸Modbus RTU數(shù)據(jù)?？紤]工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，串口接口和LAN接口均需要隔離，才能保證電氣上，可靠穩(wěn)定。支持ISP下載，便于模塊生產(chǎn)。JTAG只有在研發(fā)調(diào)試時(shí)用到。撥碼配置主要配置工作模式，IP地址，波特率。
三、硬件設(shè)計(jì)
CPU LPC1758芯片自身并不集成以太網(wǎng)PHY，而提供了使用RMII（簡(jiǎn)化的媒體獨(dú)立接口）協(xié)議和片上MIIM（媒體獨(dú)立接口管理）串行總線、還有MDIO（管理數(shù)據(jù)輸入/輸出）來(lái)實(shí)現(xiàn)與片外以太網(wǎng)PHY之間的連接。本設(shè)計(jì)采用DP83848C物理層PHY芯片，它是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一款魯棒性好、功能全、功耗低的10／100 Mbps單路物理層(PHY)器件。它支持MII(介質(zhì)無(wú)關(guān)接口)和RMII(精簡(jiǎn)的介質(zhì)無(wú)關(guān)接口)，使設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單靈活；同時(shí)，支持10BASE～T和100BASE-TX以太網(wǎng)外設(shè)，對(duì)其他標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)解決方案有良好的兼容性和通用性②。
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