基于W77E58雙串口通信的監(jiān)控系統(tǒng)

引 言：

Winbond公司的新型單片機W77E58，內(nèi)含2個增強型串口和 32KB大容量Flash存儲器。指令集與51系列單片機完全兼容，非常適合在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中使用。本系統(tǒng)將3臺單相逆變器聯(lián)接成令牌網(wǎng)，采用標準 RS485接口與逆變系統(tǒng)及上位機同時進行串行通信，能夠?qū)崟r地在液晶屏或上位機上顯示逆變系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并可以方便地對系統(tǒng)參數(shù)進行修改。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

圖1所示為W77E58監(jiān)控系統(tǒng)單機雙串口通信的硬件框圖。該電路符合最簡單的RS485總線接口標準。其中逆變系統(tǒng)采用Motorola公司的電機控制專用芯片68HC908MR16（以下簡稱MR16）作為主控芯片。該芯片內(nèi)含一個標準的可編程串行通信接口SCI模塊，通過RS485接口芯片 MAX3082與W77E58的串行口0進行通信。同時，W77E58串行口1通過MAX3082傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過一個RS485到RS232的電平轉(zhuǎn)換器與上位機進行通信。通信電路都采用了光耦隔離。

圖1中使用Maxim公司的MAX3082作為RS485接口芯片，適用于半雙工通信。它采用平衡驅(qū)動和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，可用于惡劣環(huán)境中，最大通信距離達1200m。它具有發(fā)送使能和接收使能控制。當使能無效時，發(fā)送和接收的輸出端呈高阻狀態(tài)。使用MAX3082構(gòu)成通信系統(tǒng)時，最大通信速率為0.125Mb/s，傳輸線上最多可掛128個收發(fā)器。

本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，擬用四個鍵：OK鍵、CANCEL鍵、UP鍵、DOWN鍵。采用一鍵復(fù)用技術(shù)使這四個鍵完成系統(tǒng)設(shè)定、參數(shù)修改、運行狀態(tài)顯示等功能。

這里使用的液晶顯示器LCD為CAG1264-4點陣式液晶。該液晶內(nèi)帶亮度可調(diào)的背光源，輕盈超薄、編程靈活，整屏可以顯示8×4個國標漢字或16×4個ASCII碼。硬件接口采用8位并行數(shù)據(jù)格式，握手協(xié)議簡單可靠。

由于工業(yè)上常用到三相交流電，所以本系統(tǒng)還具有將三臺單相逆變器經(jīng)過組網(wǎng)，自同步實現(xiàn)三相交流輸出的功能。如圖2所示，三臺單相逆變器串行口輸出經(jīng)過連接，組成一個簡單的令牌網(wǎng)，然后通過RS485到RS232的電平轉(zhuǎn)換器統(tǒng)一由上位機進行管理控制。

2 串行口介紹及初始化設(shè)置

本通信系統(tǒng)中，我們規(guī)定，每1幀數(shù)據(jù)為10位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。波特率均設(shè)置為9600bps。

2.1 W77E58串口

W77E58單片機其串口增強型特征在于特有的地址自動識別和幀出錯診斷功能。需要注意的是，串口0可以使用定時器T1或定時器T2作為波特率發(fā)生器；而串口1只能使用定時器T1作為其波特率發(fā)生器。下面以串口0為例，對W77E58串口的工作過程進行簡單介紹。

串口0通過引腳RXD（串行數(shù)據(jù)接收端）和TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）進行串行通信，可同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，具有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，它們占用同一地址。串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名義進行讀或?qū)懙?，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢或接收到數(shù)據(jù)都會由硬件置位發(fā)送中斷標志 TI或接收中斷標志RI。值得注意的是，中斷標志TI、RI均需由軟件來清零。串口1的工作過程和串口0相類似，只需對其相應(yīng)的寄存器及標志位進行類似操作即可。W77E58串行口是可編程接口，對它初始化編程只需對特殊功能寄存器SCON或SCON1和電源控制寄存器PCON寫入相應(yīng)的控制字即可。這里使用定時器T2作為串口0的波特率發(fā)送器，使用定時器T1作為串口1的波特率發(fā)生器。波特率均設(shè)為9600bps。

2.2 MR16串口

MR16帶有的1個可編程串行通信接口SCI模塊，支持MCU與外設(shè)之間采用全雙工、異步、NRZ（非歸零）格式進行串行通信。它具有2個I/O引腳 RXD和TXD；有2個物理上獨立的，但占用同一地址的SCI數(shù)據(jù)寄存器SCDR。SCI模塊為接收器和發(fā)送器提供獨立的中斷請求和中斷向量。如果 SCRIE位被置位，當SCI接收到一個完整的數(shù)據(jù)幀,并將數(shù)據(jù)傳送到SCDR，就會置位SCRF標志并啟動一個接收中斷；如果SCTIE位被置位，并將數(shù)據(jù)由SCDR傳送至發(fā)送移位寄存器時，就會置位標志SCTE產(chǎn)生一個發(fā)送中斷。在讀取SCDR中的數(shù)據(jù)或?qū)懭隨CDR新的數(shù)據(jù)后，SCRF和SCTE會被自動清零，無需軟件操作。SCI模塊具有一個可編程的波特率發(fā)生器，可產(chǎn)生32種不同的波特率，只需對波特率寄存器SCBR進行設(shè)置即可。

2.3 上位機串口

由于上位機串口采用的是RS232標準接口，所以需要1個RS485與RS232的電平轉(zhuǎn)換器才能實現(xiàn)與下位機的通信。這里，采用的電平轉(zhuǎn)換器件是牛頓-7520，輸入電壓范圍為10 ~ 30V，允許的頻率范圍為300Hz ~ 115kHz。

3 通信協(xié)議

本系統(tǒng)中MR16與W77E58及上位機三方都既是發(fā)送方又是接收方，都工作在半雙工模式。MR16和上位機的發(fā)送和接收均采用查詢方式，W77E58 的串口0和串口1發(fā)送均采用查詢方式，接收均采用中斷方式。要想保證通信準確可靠，通信雙方除規(guī)定好字符格式和波特率外，還要定義好通信協(xié)議。通過分析和實驗，最后確定了MR16和W77E58之間通信以77E58為主。W77E58和上位機之間通信以上位機為主的“主從通信法”通信協(xié)議。下面以 W77E58串口0和上位機為例，將這種通信協(xié)議介紹如下。

◆ W77E58串行口0通信協(xié)議（以W77E58為主機）
發(fā)送（查詢方式）：
fe+fe+fe+代碼 ......請求回發(fā)相應(yīng)代碼的數(shù)據(jù)包
fe+fe+ef+代碼＋高字節(jié)＋低字節(jié)＋校驗和 厖 ......發(fā)送要修改的數(shù)據(jù)包
接收（中斷方式）：
fe+fe+aa+故障代碼 ......接收故障代碼
fe+fe+fe+代碼＋高字節(jié)＋低字節(jié)＋校驗和 厖
......接收要顯示的數(shù)據(jù)包

◆ 上位機通信協(xié)議（以上位機為主機）
發(fā)送（查詢方式）：
fe+fe＋站號 ......查詢相應(yīng)站點
fe+fe+fe ......請求回發(fā)要顯示的數(shù)據(jù)包
接收（查詢方式）：
fe+fe＋站號 ......接收回發(fā)校驗站號
fe+fe＋高字節(jié)＋低字節(jié)＋校驗和
......接收要顯示的數(shù)據(jù)包

協(xié)議里的斜體為包頭碼，黑體加下劃線為命令碼，站號即為多機通信時用于選擇單相逆變器的令牌，每臺單相逆變器的站號均不相同。數(shù)據(jù)包的包頭均是 0xfe，0xfe。以W77E58串口0為例，當W77E58使用命令0xfe向MR16請求回發(fā)相應(yīng)代碼的數(shù)據(jù)包后，若接收到命令0xaa，則表明有故障，然后根據(jù)收到的故障代碼進行相應(yīng)的故障顯示；若收到命令0xfe，則把收到的參數(shù)值送給液晶顯示器進行顯示。

從數(shù)據(jù)包格式可以看出，MR16和W77E58之間通信以W77E58為主，W77E58和上位機之間通信以上位機為主，MR16的發(fā)送和接收都是由W77E58串口0來控制的，而W77E58串口1的發(fā)送和接收又都是由上位機來控制的，這種主從方式是RS485標準中常采用的模式。這里通過發(fā)送包頭的辦法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步，發(fā)送方每次都必須先發(fā)送包頭，然后再發(fā)送數(shù)據(jù)；接收方只有在正確接收包頭后才開始接收數(shù)據(jù)。當接收數(shù)據(jù)出錯或發(fā)送的數(shù)據(jù)丟失時就放棄本次接收，在下個主循環(huán)重新通信。這樣可以在一次通信出錯后自動恢復(fù)，同時避免“死機”現(xiàn)象的發(fā)生。

4 軟件實現(xiàn)

基于對該監(jiān)控通信系統(tǒng)通用性的考慮，我們采用了模塊化設(shè)計方法，將通信程序作為主程序的一個模塊來處理。因為BCD碼是以數(shù)字“0”到“9”開頭的，而控制命令則以字母“A”到“F”開頭，在發(fā)送端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成BCD碼發(fā)送。這樣可區(qū)分這兩類信號，在接收端分別將它們解碼處理。

MR16通信模塊包括查詢接收程序和查詢發(fā)送程序，程序流程類似于圖3；W77E58串口1通信模塊包括中斷接收程序和查詢發(fā)送程序，程序流程與串口0相類似，這里都不再給出。

參考文獻
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