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變頻器在工業現場中應用越來越廣泛。為了能實現整個自動化系統的協調控制，同時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內的外設事務服務器PTS在變頻器中實現異步串行通信的方法。 1 關于外設事務服務器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。外設事務服務器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似于DMA（直接存儲器訪問）的響應，其CPU 的開銷比普通中斷系統（基于上是一種軟件中斷服務系統）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、現場保護、用戶服務程序、恢復現場與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，由一個程序啟動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（即類似DMA的插入）來分時完成，在PTS計數單元完成后轉化為一次普通中斷，通過普通中斷進行一系列PTS完成后的結果處理。 ③在80C196MC中，PTS優先級總是比普通中斷優先級要高，并且有近16個中斷源，對應用16位的允許位和響應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的，這樣使得PTS完成后轉化為一次普通中斷就變得很簡單。 ④在80C196MC中，與PTS有關的控制有：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。與普通中斷有關的控制有：總允許位PSW.9以及中斷屏蔽寄存器INT-MASK。 1.2 PTS實現串行輸入/輸出模式 80C196MC沒有硬件通用異步收發器UART，但是利用專門的PTS模式可以方便且低軟件開銷地實現串行輸入和輸出功能。既可實現異步SIO（ASIO）功能，也可實現同步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，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，進入接收中斷服務子程序，其程序流程如圖3所示。 下面介紹程序中應注意的要點： 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，在該中斷服務程序中必須判斷本次中斷是啟動中斷還是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。 ④在發送任何數據前，用于TXD的端口（P2.0）引腳必須初始化為“1”；向TXD腳寫“0”，即上當于發起始位，整個數據的傳輸過程就開始了。 3 通信協議 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，每個字節8位。其通信協議格式如下所示： STX ADDR CM1 CM2 DATA1 DATA2 BCC 報頭 地址 命令1 命令2 數據1 數據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組數據主要為用戶常用的一級參數，如給定頻率等；P組數據為專業用戶或廠內的整定數據，如閉環PID參數等；E組數據為顯示及當前狀態的臨時參數與數據，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：建議寫入00 3.2 寫數據 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/寫控制 CM1：0CCH CM2：控制字節，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控制字節有效 0控制字節無效 FEQ 1頻率值有效 0頻率值無效 STA 1啟動 0狀態不變 STOP 12停機 0狀態不變 FORE 1正轉 0狀態不變 BACK 1反轉 0狀態不變 UP 1升速 0狀態不變 DOWN 1減速 0狀態不變 當CON=1且FEQ=1時，DATA1、DAT2中的數據為運行狀態控制的有效頻率值；否則，數據無效。 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問參數碼的當前值；若異或校驗有誤，則發回出錯幀： STR ADDR 0DH 0DH 0FFH 0FFH BCC。 4 小結 變頻器通過采用80C196MC中的PTS SIO與計算機通信后，可在計算機上實現對變頻器的狀態顯示、參數修改、在線操作以及優化控制等遠程控制功能。這樣，現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，改善工作環境，提高企業的自動化水平。同時由于采用PTS方案，大大減少了CPU的開銷。 |
