80C196MC的外设事务服务器及其应用
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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。
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。
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：
| STX | ADDR | CM1 | CM2 | DATA1 | DATA2 | BCC |
| 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：
| CON | FEQ | STA | STOP | FORE | BACK | UP | DOWN |
各位含义如表1所列。
表1
| CON | 1控制字节有效 | 0控制字节无效 |
| FEQ | 1频率值有效 | 0频率值无效 |
| STA | 1启动 | 0状态不变 |
| STOP | 12停机 | 0状态不变 |
| FORE | 1正转 | 0状态不变 |
| BACK | 1反转 | 0状态不变 |
| UP | 1升速 | 0状态不变 |
| DOWN | 1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。
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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