利用PSD834F2中的PLD实现串行通信扩展的设计

利用PSD834F2中的PLD实现串行通信扩展的设计

介绍以单片机80C196KC为处理器的多功能无功补偿仪。本控制仪由80C196KC与PSD834F2组成最小系统，并配有两种异步串行通信接口：RS-23 2C和RS-485。文中详细阐述了硬件电路、软件和通信协议。
　　关键词：单片机；串口通信；PSD；无功补偿?

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单片机的外围接口芯片PSD8XX简介
　　PSD8XX系列产品是为8位机定制的可编程接口芯片，它可以代替传统单片机系统中的地址锁存器、地址译码器、程序存储器和数据存储器等，并扩展了27个双向I/O口，每个端口可独立配置。PSD8XX中的PLD具有16个输出宏单元和24个输入宏单元，可有效地用于实现多种逻辑功能，包括用于内部和外部控制的状态集合地址译码器，还可以提供三种专用的外部芯片输出。PSD8XX中强大的页存储器功能使微控制器的地址空间扩展256倍，内置的JTAG从属串口允许在现场对空白器件的编程或器件的重新编程。
　　为了方便使用该系列器件，Waferscale公司提供了PSDsoft Express软件，只需对环境和要求进行选择就可完成对PSD的设计和编程工作，最后通过JTAG口把由PSDsoft生成的固件下载到器件即可。?

2.1硬件设计
　　该控制仪同时配有RS-232和RS-485串口，而80C196KC只有一个串口，所以必须进行扩展。PSD834F2中有两种PLD(DPLD和GPLD)。DPLD称为译码PLD，为内部和外部部件执行地址译码功能，如存储器、寄存器和I/O口的片选；GPLD称为复合PLD，用于实现系统逻辑，如可装载计数器、变换寄存器和状态器等，这些功能由16个输出宏单元(OMC)、24个输入宏单元(IMC)和与(AND)阵列配置完成。
　　为了实现扩展功能，应用GPLD做一个类似于复合开关的逻辑，工作原理如下：通常状态下，逻辑部件监测两个串口的状态，监测到哪个串口有数据发过来(通信线的逻辑电平由1变0)，逻辑就将那个串口的收发线与单片机的收发线接通，从而完成单片机与上位机之间的通信。等完成数据的一次接受和发送后，逻辑部件又恢复到初试状态，继续进行监测，以便进行下一次的通信。系统的硬件设计如图1。?

 

　　RS-485通信部分采用MAX485芯片，该芯片工作于单工方式，用PSD834F2芯片的PC2引脚来控制MAX485处于接受状态还是发送状态。
　　逻辑部件的实现采用ABLE语言编写，经编译后可通过电缆下载到PSD834F2中。实现串口扩展逻辑的硬件代码如例程1。
　　
　　以上前半部分为引脚定义，A、B为中间节点；后半部分是描述逻辑功能的代码。
2.2软件设计
　　为了保证系统正常工作，需要对80C196KC的串行口中断和PSD834F2正确初始化。该控制仪在通信中总处于被动地位，即只有接受到上位机的命令后，才向上位机发送数据。所以在初始化和平时运行期间可以使MAX485一直处于接受状态，待接受到数据时，若程序判断是RS485通信，则把PC2置“1”，即让MAX?485处于发送状态，通信完毕后重置接受状态。由于MAX-232E芯片工作于全双工方式下，不需要用引脚去控制它的工作方式。
　　80C196KC的外置晶振为16M，其初始化程序如例程2。
　　?
　　PSD834F2内部包含一组寄存器，通过配置这组寄存器可使PSD工作于不同的方式，本系统为寄存器组分配的地址为0xf000～0xf0ff，初始化程序如例程3。?
　　
　　?  
　　80C196KC与上位机通信的处理程序如例程4。
　　
　　以上例程对RS232与RS485通用。具体应用时，在第一个省略号的括号内还要加入代码，以便实现一定功能。这些功能主要包括：判断数据接受是否完毕；在数据接受完毕的情况下，根据协议判断通讯的端口(RS232或RS485)，并置响应端口标志；若RS485端口标志有效，把PC2置“1”，以便数据向上位机发送。同样，在第二个省略号的括号内也要加入一定功能，如判断数据发送是否完毕；若数据发送完毕且RS485端口标志有效，把PC置“0”等等。?

　　通信协议信息格式采用FT1.2，即通信方式为异步，8位数据位，1位起始位，1位停止位，偶校验，波特率默认为9600bps。每两帧之间最小间隔20ms。数据传输报文的基本帧格式(链路层定义)如下所示。

　　工业现场中，总站与多个无功补偿仪构成一个分布式控制系统，无功补偿仪在低端完成数据 的采集、计算和存储以及对无功进行补偿，并按要求向总站发送数据以供综合分析。

　　本文所讨论的设计方法，能很好的满足多功能无功补偿控制仪与上位机进行远距离实时通信 的要求，能利用串口完成对系统进行数据调试、系统参数设定等任务。由单片机80C196KC和 PSD834F2组成最小系统，并且利用PSD内部的PLD实现串口的扩展，不仅可靠性好，还大大降 低了系统的硬件的复杂性。?