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80C196MC的外设事务服务器及其应用

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摘要:介绍利用专用于电机控制的16位单片机80C196MC的外设事务服务器PTS在变频器中实现异步串行通信的方法。重点介绍PTS和普通中断的差别及程序设计中应注意的问题,同时给出通用变频器通信协议及程序框图。

    关键词:单片机 变频器 通信

引言

变频器在工业现场中应用越来越广泛。为了能实现整个自动化系统的协调控制,同时能监视多台变频器的运行状况,方便地对单一变频器或多台变频器实行启停、正反转、升降速、参数设置等操作是非常必要的。本文介绍利用变频器的主控芯片80C196MC内的外设事务服务器PTS在变频器中实现异步串行通信的方法。

1 关于外设事务服务器PTS

1.1 PTS和普通中断

90C196MC高性能16位单片机内部“嵌入”了各种以往被认为是“外围设备”的电路。外设事务服务器PTS(Peripheral Transaction Server)就是一种被嵌入的“外设”。它是一种微代码硬件中断处理器,对中断可提供一种类似于DMA(直接存储器访问)的响应,其CPU 的开销比普通中断系统(基于上是一种软件中断服务系统)要少得多。为便于理解PTS的工作过程,图1示出了PTS和普通中断流程的主要差别。从图1可以看出:

①PTS的执行是靠CPU硬件微代码来完成的;而普通中断是靠中断正常的程序,由PC入栈、现场保护、用户服务程序、恢复现场与PC出栈来完成。显然后者对CPU的开支要比前者多得多。
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    ②通常中断所做的是相同的工作,如不断的连续A/D转换、数据组的传递、通信的多字节传递等。PTS正利用这点,由一个程序启动PTS,让之在PTS计数器单元控制下不中断正常程序靠硬件微代码(即类似DMA的插入)来分时完成,在PTS计数单元完成后转化为一次普通中断,通过普通中断进行一系列PTS完成后的结果处理。

③在80C196MC中,PTS优先级总是比普通中断优先级要高,并且有近16个中断源,对应用16位的允许位和响应位的字寄存器进行各自控制;同时,PTS和普通中断是各位相对应的,这样使得PTS完成后转化为一次普通中断就变得很简单。

④在80C196MC中,与PTS有关的控制有:总允许位PSW.10以及各中断源的选择位PTSSEL寄存器。其中PSW.10通过EPTS指令置位,允许PTS服务。与普通中断有关的控制有:总允许位PSW.9以及中断屏蔽寄存器INT-MASK。

1.2 PTS实现串行输入/输出模式

80C196MC没有硬件通用异步收发器UART,但是利用专门的PTS模式可以方便且低软件开销地实现串行输入和输出功能。既可实现异步SIO(ASIO)功能,也可实现同步SIO(SSIO)功能。采用16MHz晶振,用PTS完成波特率为9600的半双工串行输入输出时,CPU的的开销只有4%左右。

PTS SIO模式占用2个控制块,每个控制块包含8个8位寄存器,如图2所示。点击浏览下一页

这2个控制块的地址不一定是连续的,但它们都应在寄存器RAM区内,控制块首地址都应能被8整除。

2 程序设计

采用80C196MC异步串行输入/输出模式实现变频器与计算机之间的通信,其初始化程序主要包括P2端口和定时器的初始化以及PTS SIO模式初始化等。

首先将接收端的CAPCOMP1设置为下降沿捕获方式。当CAPCOMP1捕捉到起始位的前沿后,进入接收中断服务子程序,其程序流程如图3所示。

下面介绍程序中应注意的要点:

①接收程序中,采用EPA CAPCOMP1捕获/比较模块。它首先利用其捕获功能造成1次普通中断,而不是1个PTS周期。在这次启动中断中,把CAPCOMP1模块切换成比较方式,启动PTS周期。

②10个PTS周期后,将产生1次END of PTS中断。该中断与启动断共享1个中断向量,因此,在该中断服务程序中必须判断本次中断是启动中断还是END-of-PTS中断。区分的依据可以是CAPCOMP1 CON.6(CE位):若CE=0,模块为捕获方式,表明是启动中断;反之,模块已切换为比较方式,表明是END-of-PTS中断。

③END-of-PTS中断服务中,必须禁止捕获/比较模块,并清除相应中断是挂位。为继续接收或发送后续的数据帧,在退出中断前必须重新设置捕获/比较模块的方式以及PTSCB中的PTSCOUNT-PTSCON1、DATA等寄存器;必须重置PTSSEL的相应位,允许相应的PTS服务。

④在发送任何数据前,用于TXD的端口(P2.0)引脚必须初始化为“1”;向TXD脚写“0”,即上当于发起始位,整个数据的传输过程就开始了。

3 通信协议

上位机(计算机)与下位机(变频器)之间每次通信均是7个字节,每个字节8位。其通信协议格式如下所示:

STXADDRCM1CM2DATA1DATA2BCC
报头地址命令1命令2数据1数据2异或校验

其中,报头STX=02H,地址ADDR为下位机(变频器)的编号,BCC为各帧数据异或后的结果。下面结合不同的操作分别介绍其它各帧的含义。

3.1 读数据

根据变频器参数的不同使用级别,将其参数分为F、P、E三级数据:F组数据主要为用户常用的一级参数,如给定频率等;P组数据为专业用户或厂内的整定数据,如闭环PID参数等;E组数据为显示及当前状态的临时参数与数据,如输出频率、输出速度等。

CM1:0FXH(X表示变频器参数组号)

F0:读取F组数据

F1:读取P组数据

F2:读取E组数据

CM2:表示参数在组内的代号

DATA1、DATA2:建议写入00

3.2 写数据

CM1:0EXH(X表示变频器参数组号)

CM2:含义同读数据

DATA1:数据高位字节

DATA2:数据低位字节

3.3 读/写控制

CM1:0CCH

CM2:控制字节,其格式如下所示:

CONFEQSTASTOPFOREBACKUPDOWN

各位含义如表1所列。

表1 

CON1控制字节有效0控制字节无效
FEQ1频率值有效0频率值无效
STA1启动0状态不变
STOP12停机0状态不变
FORE1正转0状态不变
BACK1反转0状态不变
UP1升速0状态不变
DOWN1减速0状态不变

当CON=1且FEQ=1时,DATA1、DAT2中的数据为运行状态控制的有效频率值;否则,数据无效。

3.4 应答

下位机(如变频器)接收到上位机(即PC机)的完整的7个字节数据后,除上位机广播通信外均应作出应答。如果异或校验无误,其应答格式同接收到的数据格式,只是DATA1、DATA2两位为上位机要访问参数码的当前值;若异或校验有误,则发回出错帧:

STR ADDR 0DH 0DH 0FFH 0FFH BCC。
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4 小结

变频器通过采用80C196MC中的PTS SIO与计算机通信后,可在计算机上实现对变频器的状态显示、参数修改、在线操作以及优化控制等远程控制功能。这样,现场的操作在控制室就可以完成了,可以最大限度地减轻操作人员的负担,改善工作环境,提高企业的自动化水平。同时由于采用PTS方案,大大减少了CPU的开销。


 



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