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在變頻器中實現(xiàn)異步串行通信的方法。重點介紹PTS和普通中斷的差別及程序設(shè)計中應(yīng)注意的問題，同時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)場中應(yīng)用越來越廣泛。為了能實現(xiàn)整個自動化系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制，同時能監(jiān)視多臺變頻器的運行狀況，方便地對單一變頻器或多臺變頻器實行啟停、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
　　
　　1.1PTS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（PeripheralTransactionServer）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，對中斷可提供一種類似于DMA（直接存儲器訪問）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：
　　
　　①PTS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)場保護(hù)、用戶服務(wù)程序、恢復(fù)現(xiàn)場與PC出棧來完成。顯然后者對CPU的開支要比前者多得多。
　　
　�、谕ǔＶ袛嗨�做的是相同的工作，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，由一個程序啟動PTS，讓之在PTS計數(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）來分時完成，在PTS計數(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)先級總是比普通中斷優(yōu)先級要高，并且有近16個中斷源，對應(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，PTS和普通中斷是各位相對應(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。
　　
　　1.2PTS實現(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現(xiàn)串行輸入和輸出功能。既可實現(xiàn)異步SIO（ASIO）功能，也可實現(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，CPU的的開銷只有4%左右。
　　
　　PTSSIO模式占用2個控制塊，每個控制塊包含8個8位寄存器，如圖2所示。
　　
　　這2個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
　　
　　采用80C196MC異步串行輸入/輸出模式實現(xiàn)變頻器與計算機(jī)之間的通信，其初始化程序主要包括P2端口和定時器的初始化以及PTSSIO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：
　　
　�、俳邮粘绦蛑校�采用EPACAPCOMP1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PTS周期。在這次啟動中斷中，把CAPCOMP1模塊切換成比較方式，啟動PTS周期。
　　
　　②10個PTS周期后，將產(chǎn)生1次ENDofPTS中斷。該中斷與啟動斷共享1個中斷向量，因此，在該中斷服務(wù)程序中必須判斷本次中斷是啟動中斷還是END-of-PTS中斷。區(qū)分的依據(jù)可以是CAPCOMP1CON.6（CE位）：若CE=0，模塊為捕獲方式，表明是啟動中斷；反之，模塊已切換為比較方式，表明是END-of-PTS中斷。
　　
　�、跡ND-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，整個數(shù)據(jù)的傳輸過程就開始了。
　　
　　3通信協(xié)議
　　
　　上位機(jī)（計算機(jī)）與下位機(jī)（變頻器）之間每次通信均是7個字節(jié)，每個字節(jié)8位。其通信協(xié)議格式如下所示：
　　
　　STXADDRCM1CM2DATA1DATA2BCC報頭地址命令1命令2數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2異或校驗
　　其中，報頭STX=02H，地址ADDR為下位機(jī)（變頻器）的編號，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)的不同使用級別，將其參數(shù)分為F、P、E三級數(shù)據(jù)：F組數(shù)據(jù)主要為用戶常用的一級參數(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）
　　
　　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
　　
　　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）
　　
　　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：
　　
　　CONFEQSTASTOPFOREBACKUPDOWN
　　各位含義如表1所列。
　　
　　表1
　　
　　CON1控制字節(jié)有效0控制字節(jié)無效FEQ1頻率值有效0頻率值無效STA1啟動0狀態(tài)不變STOP12停機(jī)0狀態(tài)不變FORE1正轉(zhuǎn)0狀態(tài)不變BACK1反轉(zhuǎn)0狀態(tài)不變UP1升速0狀態(tài)不變DOWN1減速0狀態(tài)不變
　　當(dāng)CON=1且FEQ=1時，DATA1、DAT2中的數(shù)據(jù)為運行狀態(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；若異或校驗有誤，則發(fā)回出錯幀：
　　
　　STRADDR0DH0DH0FFH0FFHBCC。
　　
　　4小結(jié)
　　
　　變頻器通過采用80C196MC中的PTSSIO與計算機(jī)通信后，可在計算機(jī)上實現(xiàn)對變頻器的狀態(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)的自動化水平。同時由于采用PTS方案，大大減少了CPU的開銷。
　　
　　
　　
　　

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