利用PSD834F2中的PLD實(shí)現(xiàn)串行通信擴(kuò)展的設(shè)計(jì)

Design of Realizing the Extending of Serial Communicatio n
by Applying PLD of PSD834F2

WANG Linan1, WANG Jianhua1, CAI Zonghu1, TIAN Xiaolin2

(1.School of Electrical Engineering, Xi’an Jiaotong University,?
Xi’ an 710049, China;?
2.Xidian University, Xi’an 710071, China)?

　　Key words: single chip computer; serial communication; PSD; reactive compensation

1單片機(jī)的外圍接口芯片PSD8XX簡介
　　PSD8XX系列產(chǎn)品是為8位機(jī)定制的可編程接口芯片，它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)中的地址鎖存器、地址譯碼器、程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等，并擴(kuò)展了27個(gè)雙向I/O口，每個(gè)端口可獨(dú)立配置。PSD8XX中的PLD具有16個(gè)輸出宏單元和24個(gè)輸入宏單元，可有效地用于實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能，包括用于內(nèi)部和外部控制的狀態(tài)集合地址譯碼器，還可以提供三種專用的外部芯片輸出。PSD8XX中強(qiáng)大的頁存儲(chǔ)器功能使微控制器的地址空間擴(kuò)展256倍，內(nèi)置的JTAG從屬串口允許在現(xiàn)場對空白器件的編程或器件的重新編程。
　　為了方便使用該系列器件，Waferscale公司提供了PSDsoft Express軟件，只需對環(huán)境和要求進(jìn)行選擇就可完成對PSD的設(shè)計(jì)和編程工作，最后通過JTAG口把由PSDsoft生成的固件下載到器件即可。?

2.1硬件設(shè)計(jì)
　　該控制儀同時(shí)配有RS-232和RS-485串口，而80C196KC只有一個(gè)串口，所以必須進(jìn)行擴(kuò)展。PSD834F2中有兩種PLD(DPLD和GPLD)。DPLD稱為譯碼PLD，為內(nèi)部和外部部件執(zhí)行地址譯碼功能，如存儲(chǔ)器、寄存器和I/O口的片選；GPLD稱為復(fù)合PLD，用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)邏輯，如可裝載計(jì)數(shù)器、變換寄存器和狀態(tài)器等，這些功能由16個(gè)輸出宏單元(OMC)、24個(gè)輸入宏單元(IMC)和與(AND)陣列配置完成。
　　為了實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能，應(yīng)用GPLD做一個(gè)類似于復(fù)合開關(guān)的邏輯，工作原理如下：通常狀態(tài)下，邏輯部件監(jiān)測兩個(gè)串口的狀態(tài)，監(jiān)測到哪個(gè)串口有數(shù)據(jù)發(fā)過來(通信線的邏輯電平由1變0)，邏輯就將那個(gè)串口的收發(fā)線與單片機(jī)的收發(fā)線接通，從而完成單片機(jī)與上位機(jī)之間的通信。等完成數(shù)據(jù)的一次接受和發(fā)送后，邏輯部件又恢復(fù)到初試狀態(tài)，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測，以便進(jìn)行下一次的通信。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)如圖1。?

?

　　RS-485通信部分采用MAX485芯片，該芯片工作于單工方式，用PSD834F2芯片的PC2引腳來控制MAX485處于接受狀態(tài)還是發(fā)送狀態(tài)。
　　邏輯部件的實(shí)現(xiàn)采用ABLE語言編寫，經(jīng)編譯后可通過電纜下載到PSD834F2中。實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展邏輯的硬件代碼如例程1。
　　
　　以上前半部分為引腳定義，A、B為中間節(jié)點(diǎn)；后半部分是描述邏輯功能的代碼。
2.2軟件設(shè)計(jì)
　　為了保證系統(tǒng)正常工作，需要對80C196KC的串行口中斷和PSD834F2正確初始化。該控制儀在通信中總處于被動(dòng)地位，即只有接受到上位機(jī)的命令后，才向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。所以在初始化和平時(shí)運(yùn)行期間可以使MAX485一直處于接受狀態(tài)，待接受到數(shù)據(jù)時(shí)，若程序判斷是RS485通信，則把PC2置“1”，即讓MAX?485處于發(fā)送狀態(tài)，通信完畢后重置接受狀態(tài)。由于MAX-232E芯片工作于全雙工方式下，不需要用引腳去控制它的工作方式。
　　80C196KC的外置晶振為16M，其初始化程序如例程2。
　　?
　　PSD834F2內(nèi)部包含一組寄存器，通過配置這組寄存器可使PSD工作于不同的方式，本系統(tǒng)為寄存器組分配的地址為0xf000～0xf0ff，初始化程序如例程3。?
　　
　　? ?
　　80C196KC與上位機(jī)通信的處理程序如例程4。
　　
　　以上例程對RS232與RS485通用。具體應(yīng)用時(shí)，在第一個(gè)省略號的括號內(nèi)還要加入代碼，以便實(shí)現(xiàn)一定功能。這些功能主要包括：判斷數(shù)據(jù)接受是否完畢；在數(shù)據(jù)接受完畢的情況下，根據(jù)協(xié)議判斷通訊的端口(RS232或RS485)，并置響應(yīng)端口標(biāo)志；若RS485端口標(biāo)志有效，把PC2置“1”，以便數(shù)據(jù)向上位機(jī)發(fā)送。同樣，在第二個(gè)省略號的括號內(nèi)也要加入一定功能，如判斷數(shù)據(jù)發(fā)送是否完畢；若數(shù)據(jù)發(fā)送完畢且RS485端口標(biāo)志有效，把PC置“0”等等。?

　　通信協(xié)議信息格式采用FT1.2，即通信方式為異步，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，偶校驗(yàn)，波特率默認(rèn)為9600bps。每兩幀之間最小間隔20ms。數(shù)據(jù)傳輸報(bào)文的基本幀格式(鏈路層定義)如下所示。

　　工業(yè)現(xiàn)場中，總站與多個(gè)無功補(bǔ)償儀構(gòu)成一個(gè)分布式控制系統(tǒng)，無功補(bǔ)償儀在低端完成數(shù)據(jù) 的采集、計(jì)算和存儲(chǔ)以及對無功進(jìn)行補(bǔ)償，并按要求向總站發(fā)送數(shù)據(jù)以供綜合分析。

　　本文所討論的設(shè)計(jì)方法，能很好的滿足多功能無功補(bǔ)償控制儀與上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信 的要求，能利用串口完成對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)試、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定等任務(wù)。由單片機(jī)80C196KC和 PSD834F2組成最小系統(tǒng)，并且利用PSD內(nèi)部的PLD實(shí)現(xiàn)串口的擴(kuò)展，不僅可靠性好，還大大降 低了系統(tǒng)的硬件的復(fù)雜性。?