80C196MC的外設事務(wù)服務(wù)器及其應用

　　摘要：介紹利用專(zhuān)用于電機控制的16位單片機80C196MC的外設事務(wù)服務(wù)器PTS在變頻器中實(shí)現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計中應注意的問(wèn)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 變頻器 通信

引言

　　變頻器在工業(yè)現場(chǎng)中應用越來(lái)越廣泛。為了能實(shí)現整個(gè)自動(dòng)化系統的協(xié)調控制，同時(shí)能監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(shí)行啟停、正反轉、升降速、參數設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內的外設事務(wù)服務(wù)器PTS在變頻器中實(shí)現異步串行通信的方法。

1 關(guān)于外設事務(wù)服務(wù)器PTS

1.1 PTS和普通中斷

　　90C196MC高性能16位單片機內部“嵌入”了各種以往被認為是“外圍設備”的電路。外設事務(wù)服務(wù)器PTS（Peripheral Transaction Server）就是一種被嵌入的“外設”。它是一種微代碼硬件中斷處理器，對中斷可提供一種類(lèi)似于DMA（直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)）的響應，其CPU 的開(kāi)銷(xiāo)比普通中斷系統（基于上是一種軟件中斷服務(wù)系統）要少得多。為便于理解PTS的工作過(guò)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的執行是靠CPU硬件微代碼來(lái)完成的；而普通中斷是靠中斷正常的程序，由PC入棧、現場(chǎng)保護、用戶(hù)服務(wù)程序、恢復現場(chǎng)與PC出棧來(lái)完成。顯然后者對CPU的開(kāi)支要比前者多得多。

　?、谕ǔＶ袛嗨龅氖窍嗤墓ぷ?，如不斷的連續A/D轉換、數據組的傳遞、通信的多字節傳遞等。PTS正利用這點(diǎn)，由一個(gè)程序啟動(dòng)PTS，讓之在PTS計數器單元控制下不中斷正常程序靠硬件微代碼（即類(lèi)似DMA的插入）來(lái)分時(shí)完成，在PTS計數單元完成后轉化為一次普通中斷，通過(guò)普通中斷進(jìn)行一系列PTS完成后的結果處理。

　?、墼?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/80C196MC">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(gè)中斷源，對應用16位的允許位和響應位的字寄存器進(jìn)行各自控制；同時(shí)，PTS和普通中斷是各位相對應的，這樣使得PTS完成后轉化為一次普通中斷就變得很簡(jiǎn)單。

　?、茉?0C196MC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(guò)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)現串行輸入/輸出模式

　　80C196MC沒(méi)有硬件通用異步收發(fā)器UART，但是利用專(zhuān)門(mén)的PTS模式可以方便且低軟件開(kāi)銷(xiāo)地實(shí)現串行輸入和輸出功能。既可實(shí)現異步SIO（ASIO）功能，也可實(shí)現同步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(kāi)銷(xiāo)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的，但它們都應在寄存器RAM區內，控制塊首地址都應能被8整除。

2 程序設計

　　采用80C196MC異步串行輸入/輸出模式實(shí)現變頻器與計算機之間的通信，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設置為下降沿捕獲方式。當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。

下面介紹程序中應注意的要點(diǎn)：

　?、俳邮粘绦蛑?，采用EPA 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。區分的依據可以是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。

　?、跡ND-of-PTS中斷服務(wù)中，必須禁止捕獲/比較模塊，并清除相應中斷是掛位。為繼續接收或發(fā)送后續的數據幀，在退出中斷前必須重新設置捕獲/比較模塊的方式以及PTSCB中的PTSCOUNT-PTSCON1、DATA等寄存器；必須重置PTSSEL的相應位，允許相應的PTS服務(wù)。

　?、茉诎l(fā)送任何數據前，用于TXD的端口（P2.0）引腳必須初始化為“1”；向TXD腳寫(xiě)“0”，即上當于發(fā)起始位，整個(gè)數據的傳輸過(guò)程就開(kāi)始了。

3 通信協(xié)議

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

　　其中，報頭STX=02H，地址ADDR為下位機（變頻器）的編號，BCC為各幀數據異或后的結果。下面結合不同的操作分別介紹其它各幀的含義。

3.1 讀數據

　　根據變頻器參數的不同使用級別，將其參數分為F、P、E三級數據：F組數據主要為用戶(hù)常用的一級參數，如給定頻率等；P組數據為專(zhuān)業(yè)用戶(hù)或廠(chǎng)內的整定數據，如閉環(huán)PID參數等；E組數據為顯示及當前狀態(tài)的臨時(shí)參數與數據，如輸出頻率、輸出速度等。

　　CM1：0FXH（X表示變頻器參數組號）

　　F0：讀取F組數據

　　F1：讀取P組數據

　　F2：讀取E組數據

　　CM2：表示參數在組內的代號

　　DATA1、DATA2：建議寫(xiě)入00

3.2 寫(xiě)數據

　　CM1：0EXH（X表示變頻器參數組號）

　　CM2：含義同讀數據

　　DATA1：數據高位字節

　　DATA2：數據低位字節

3.3 讀/寫(xiě)控制

　　CM1：0CCH

　　CM2：控制字節，其格式如下所示：

　　各位含義如表1所列。

表1

　　當CON=1且FEQ=1時(shí)，DATA1、DAT2中的數據為運行狀態(tài)控制的有效頻率值；否則，數據無(wú)效。

3.4 應答

　　下位機（如變頻器）接收到上位機（即PC機）的完整的7個(gè)字節數據后，除上位機廣播通信外均應作出應答。如果異或校驗無(wú)誤，其應答格式同接收到的數據格式，只是DATA1、DATA2兩位為上位機要訪(fǎng)問(wèn)參數碼的當前值；若異或校驗有誤，則發(fā)回出錯幀：

　　STR ADDR 0DH 0DH 0FFH 0FFH BCC。

4 小結

　　變頻器通過(guò)采用80C196MC中的PTS SIO與計算機通信后，可在計算機上實(shí)現對變頻器的狀態(tài)顯示、參數修改、在線(xiàn)操作以及優(yōu)化控制等遠程控制功能。這樣，現場(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擔，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(kāi)銷(xiāo)。