80C196MC的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器及其應(yīng)用

　　摘要：介紹利用專用于電機(jī)控制的16位單片機(jī)80C196MC的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS在變頻器中實(shí)現(xiàn)異步串行通信的方法。重點(diǎn)介紹PTS和普通中斷的差別及程序設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題，同時(shí)給出通用變頻器通信協(xié)議及程序框圖。

    關(guān)鍵詞：單片機(jī) 變頻器 通信

引言

　　變頻器在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用越來越廣泛。為了能實(shí)現(xiàn)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，同時(shí)能監(jiān)視多臺(tái)變頻器的運(yùn)行狀況，方便地對(duì)單一變頻器或多臺(tái)變頻器實(shí)行啟停、正反轉(zhuǎn)、升降速、參數(shù)設(shè)置等操作是非常必要的。本文介紹利用變頻器的主控芯片80C196MC內(nèi)的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS在變頻器中實(shí)現(xiàn)異步串行通信的方法。

1 關(guān)于外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS

1.1 PTS和普通中斷

　　90C196MC高性能16位單片機(jī)內(nèi)部“嵌入”了各種以往被認(rèn)為是“外圍設(shè)備”的電路。外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS（Peripheral Transaction Server）就是一種被嵌入的“外設(shè)”。它是一種微代碼硬件中斷處理器，對(duì)中斷可提供一種類似于DMA（直接存儲(chǔ)器訪問）的響應(yīng)，其CPU 的開銷比普通中斷系統(tǒng)（基于上是一種軟件中斷服務(wù)系統(tǒng)）要少得多。為便于理解PTS的工作過程，圖1示出了PTS和普通中斷流程的主要差別。從圖1可以看出：

　?、貾TS的執(zhí)行是靠CPU硬件微代碼來完成的；而普通中斷是靠中斷正常的程序，由PC入棧、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)、用戶服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)與PC出棧來完成。顯然后者對(duì)CPU的開支要比前者多得多。

　?、谕ǔＶ袛嗨龅氖窍嗤墓ぷ?，如不斷的連續(xù)A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)組的傳遞、通信的多字節(jié)傳遞等。PTS正利用這點(diǎn)，由一個(gè)程序啟動(dòng)PTS，讓之在PTS計(jì)數(shù)器單元控制下不中斷正常程序靠硬件微代碼（即類似DMA的插入）來分時(shí)完成，在PTS計(jì)數(shù)單元完成后轉(zhuǎn)化為一次普通中斷，通過普通中斷進(jìn)行一系列PTS完成后的結(jié)果處理。

　　③在80C196MC中，PTS優(yōu)先級(jí)總是比普通中斷優(yōu)先級(jí)要高，并且有近16個(gè)中斷源，對(duì)應(yīng)用16位的允許位和響應(yīng)位的字寄存器進(jìn)行各自控制；同時(shí)，PTS和普通中斷是各位相對(duì)應(yīng)的，這樣使得PTS完成后轉(zhuǎn)化為一次普通中斷就變得很簡(jiǎn)單。

　　④在80C196MC中，與PTS有關(guān)的控制有：總允許位PSW.10以及各中斷源的選擇位PTSSEL寄存器。其中PSW.10通過EPTS指令置位，允許PTS服務(wù)。與普通中斷有關(guān)的控制有：總允許位PSW.9以及中斷屏蔽寄存器INT-MASK。

1.2 PTS實(shí)現(xiàn)串行輸入/輸出模式

　　80C196MC沒有硬件通用異步收發(fā)器UART，但是利用專門的PTS模式可以方便且低軟件開銷地實(shí)現(xiàn)串行輸入和輸出功能。既可實(shí)現(xiàn)異步SIO（ASIO）功能，也可實(shí)現(xiàn)同步SIO（SSIO）功能。采用16MHz晶振，用PTS完成波特率為9600的半雙工串行輸入輸出時(shí)，CPU的的開銷只有4%左右。

　　PTS SIO模式占用2個(gè)控制塊，每個(gè)控制塊包含8個(gè)8位寄存器，如圖2所示。

　　這2個(gè)控制塊的地址不一定是連續(xù)的，但它們都應(yīng)在寄存器RAM區(qū)內(nèi)，控制塊首地址都應(yīng)能被8整除。

2 程序設(shè)計(jì)

　　采用80C196MC異步串行輸入/輸出模式實(shí)現(xiàn)變頻器與計(jì)算機(jī)之間的通信，其初始化程序主要包括P2端口和定時(shí)器的初始化以及PTS SIO模式初始化等。

　　首先將接收端的CAPCOMP1設(shè)置為下降沿捕獲方式。當(dāng)CAPCOMP1捕捉到起始位的前沿后，進(jìn)入接收中斷服務(wù)子程序，其程序流程如圖3所示。

下面介紹程序中應(yīng)注意的要點(diǎn)：

　?、俳邮粘绦蛑校捎肊PA CAPCOMP1捕獲/比較模塊。它首先利用其捕獲功能造成1次普通中斷，而不是1個(gè)PTS周期。在這次啟動(dòng)中斷中，把CAPCOMP1模塊切換成比較方式，啟動(dòng)PTS周期。

　?、?0個(gè)PTS周期后，將產(chǎn)生1次END of PTS中斷。該中斷與啟動(dòng)斷共享1個(gè)中斷向量，因此，在該中斷服務(wù)程序中必須判斷本次中斷是啟動(dòng)中斷還是END-of-PTS中斷。區(qū)分的依據(jù)可以是CAPCOMP1 CON.6（CE位）：若CE=0，模塊為捕獲方式，表明是啟動(dòng)中斷；反之，模塊已切換為比較方式，表明是END-of-PTS中斷。

　　③END-of-PTS中斷服務(wù)中，必須禁止捕獲/比較模塊，并清除相應(yīng)中斷是掛位。為繼續(xù)接收或發(fā)送后續(xù)的數(shù)據(jù)幀，在退出中斷前必須重新設(shè)置捕獲/比較模塊的方式以及PTSCB中的PTSCOUNT-PTSCON1、DATA等寄存器；必須重置PTSSEL的相應(yīng)位，允許相應(yīng)的PTS服務(wù)。

　?、茉诎l(fā)送任何數(shù)據(jù)前，用于TXD的端口（P2.0）引腳必須初始化為“1”；向TXD腳寫“0”，即上當(dāng)于發(fā)起始位，整個(gè)數(shù)據(jù)的傳輸過程就開始了。

3 通信協(xié)議

　　上位機(jī)（計(jì)算機(jī)）與下位機(jī)（變頻器）之間每次通信均是7個(gè)字節(jié)，每個(gè)字節(jié)8位。其通信協(xié)議格式如下所示：

　　其中，報(bào)頭STX=02H，地址ADDR為下位機(jī)（變頻器）的編號(hào)，BCC為各幀數(shù)據(jù)異或后的結(jié)果。下面結(jié)合不同的操作分別介紹其它各幀的含義。

3.1 讀數(shù)據(jù)

　　根據(jù)變頻器參數(shù)的不同使用級(jí)別，將其參數(shù)分為F、P、E三級(jí)數(shù)據(jù)：F組數(shù)據(jù)主要為用戶常用的一級(jí)參數(shù)，如給定頻率等；P組數(shù)據(jù)為專業(yè)用戶或廠內(nèi)的整定數(shù)據(jù)，如閉環(huán)PID參數(shù)等；E組數(shù)據(jù)為顯示及當(dāng)前狀態(tài)的臨時(shí)參數(shù)與數(shù)據(jù)，如輸出頻率、輸出速度等。

　　CM1：0FXH（X表示變頻器參數(shù)組號(hào)）

　　F0：讀取F組數(shù)據(jù)

　　F1：讀取P組數(shù)據(jù)

　　F2：讀取E組數(shù)據(jù)

　　CM2：表示參數(shù)在組內(nèi)的代號(hào)

　　DATA1、DATA2：建議寫入00

3.2 寫數(shù)據(jù)

　　CM1：0EXH（X表示變頻器參數(shù)組號(hào)）

　　CM2：含義同讀數(shù)據(jù)

　　DATA1：數(shù)據(jù)高位字節(jié)

　　DATA2：數(shù)據(jù)低位字節(jié)

3.3 讀/寫控制

　　CM1：0CCH

　　CM2：控制字節(jié)，其格式如下所示：

　　各位含義如表1所列。

表1

　　當(dāng)CON=1且FEQ=1時(shí)，DATA1、DAT2中的數(shù)據(jù)為運(yùn)行狀態(tài)控制的有效頻率值；否則，數(shù)據(jù)無效。

3.4 應(yīng)答

　　下位機(jī)（如變頻器）接收到上位機(jī)（即PC機(jī)）的完整的7個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)后，除上位機(jī)廣播通信外均應(yīng)作出應(yīng)答。如果異或校驗(yàn)無誤，其應(yīng)答格式同接收到的數(shù)據(jù)格式，只是DATA1、DATA2兩位為上位機(jī)要訪問參數(shù)碼的當(dāng)前值；若異或校驗(yàn)有誤，則發(fā)回出錯(cuò)幀：

　　STR ADDR 0DH 0DH 0FFH 0FFH BCC。

4 小結(jié)

　　變頻器通過采用80C196MC中的PTS SIO與計(jì)算機(jī)通信后，可在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)變頻器的狀態(tài)顯示、參數(shù)修改、在線操作以及優(yōu)化控制等遠(yuǎn)程控制功能。這樣，現(xiàn)場(chǎng)的操作在控制室就可以完成了，可以最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，改善工作環(huán)境，提高企業(yè)的自動(dòng)化水平。同時(shí)由于采用PTS方案，大大減少了CPU的開銷。