80C196MC的外設(shè)事務(wù)服務(wù)器及其應(yīng)用
關(guān)鍵詞：單片機 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
1.1 PTS和普通中斷
90C196MC高性能16位單片機內(nèi)部“嵌入”了各種以往被認為是“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、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。
②通常中斷所做的是相同的工作，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。
1.2 PTS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。
PTS SIO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：
①接收程序中，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END of PTS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CAPCOMP1 CON.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。
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)。
④在發(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（計算機）與下位機（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：
| STX | ADDR | CM1 | CM2 | DATA1 | DATA2 | BCC |
| 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（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：
| CON | FEQ | STA | STOP | FORE | BACK | UP | DOWN |
各位含義如表1所列。
表1
| CON | 1控制字節(jié)有效 | 0控制字節(jié)無效 |
| FEQ | 1頻率值有效 | 0頻率值無效 |
| STA | 1啟動 | 0狀態(tài)不變 |
| STOP | 12停機 | 0狀態(tài)不變 |
| FORE | 1正轉(zhuǎn) | 0狀態(tài)不變 |
| BACK | 1反轉(zhuǎn) | 0狀態(tài)不變 |
| UP | 1升速 | 0狀態(tài)不變 |
| DOWN | 1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（如變頻器）接收到上位機（即PC機）的完整的7個字節(jié)數(shù)據(jù)后，除上位機廣播通信外均應(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：
STR ADDR 0DH 0DH 0FFH 0FFH BCC。
4 小結(jié)
變頻器通過采用80C196MC中的PTS SIO與計算機通信后，可在計算機上實現(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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