单片机控制的电子钟组态设计

2018-05-10李生明黄宝玉

泰州职业技术学院学报 2018年1期

李生明，黄宝玉

（1.清远职业技术学院机电与汽车工程学院，广东清远 511510；2.长江工程职业技术学院学生工作部，湖北武汉 430212）

单片机以其实时监控性能优秀广泛用于测控系统，通常采用数码管、液晶、点阵等作为其显示设备，自成体系。组态王是一种通用的工业监控软件，可以制作出精美的组态画面，设计简单，在工业控制系统中广泛使用。下面以单片机控制的电子钟为例，设计一个单片机的电子钟组态系统，完成时间和温度的实时通讯。

1 通讯协议介绍

组态王运行在上位PC机上，单片机作为下位机运行时钟控制程序，时钟数据要通过通讯线路传送到PC机上，在组态王中显示，通讯方式采用串行通信，如RS232、RS422、RS485，波特率可以选2400、4800、9600、19200bps。值得注意的是，它们之间的通讯均采用ASCII形式进行，因此单片机的数值在传送前均要转换成ASCII码。

1.1 组态王“读”单片机数据通讯格式

本系统中组态王要向单片机读取“时、分、秒”时钟和温度数据，因此要向单片机发送读命令，希望单片机能传回相应数据。读命令是组态王自动发出的，不需要在组态王中编程，只要在单片机程序中接收此命令，然后作相应处理。读命令的通讯格式如下：

格式说明；

（1）字头：@符号，即40H

（2）设备地址：1字节2个ASCII码，0～255（即0～ffH）

（3）标志：1字节2个ASCII码，具体各位的含义为：

bit0=0:读，bit0=1:写。

bit1=0：不打包。

bit3bit2=00,数据类型为字节。

bit3bit2=01,数据类型为字。

bit3bit2=1x,数据类型为浮点数。

（4）数据地址：2字节4个ASCII码，0000H～ffffH

（5）数据字节数：1字节2个ASCII码，1～100，实际读写的数据的字节数。

（6）异或：计算从设备地址到异或字节前的异或值，转换成2个ASCII码

（7）CR：回车符，0dH。

例如：本设计组态王要读取单片机的“时、分、秒”和温度信息，分别存放在组态王的X0、X1、X2、X3中予以显示。表1是以读取秒信息为例，取设备地址为6，组态王读取X2（秒）时所发数据。

1.2 单片机响应组态王“读”命令的通讯格式

单片机运行时，采用中断方式实时接收串口数据，当接收完一帧数据后，经过校验，若正确，再判断是不是“读”命令，若是，就应向组态王发送数据[1]，单片机向组态王发送数据时要进行ASCII格式转换，转换方法同上例，其通讯格式为：

表1 数据表

2 时钟显示系统的组态设计

2.1 建立组态王设备

启动组态王后，在组态王的左侧导航树中选择“设备”，在右侧双击“新建”进入新建设（如图1）备向导，依次展开“设备驱动—智能模块—单片机—通用单片机ASCII—串口”，选择与单片机连接的COM口，在配置设备地址（如图2）时填写“6.0”，其中，6代表通讯协议中的设备地址，由用户定义，范围为0～255，即单片机地址号为6；0表示不打包。其他操作保持默认[2]。

图1 新建设备

图2 配置设备地址

2.2 建立数据词典

建立三个组态变量：时、分、秒、温度，均为IO整型变量，对应内部的寄存器X0、X1、X2和X3，用于与单片机交换数据。建立好的数据词典如图3所示。

图3 数据词典

2.3 建立组态王画面

如图4所示，应用“文本”工具建立文本标签和显示文本，其中“：”为分隔，运用“模拟值显示”动画连接，表达式分别对应数据词典中的时、分、秒、温度变量，用于显示“时：分：秒”和温度数据。运行时的截图如图5所示。

图4 组态画面

图5 组态王运行画面

3 单片机程序设计

运行组态王的PC机通过串口与单片机相连，编写单片机的监控程序与组态王通讯，程序由四个部分组成：主程序、时钟和温度采集程序、串行中断子程序、公共发送子程序。

3.1 主程序

主程序由两个部分组成：初始化部分和主循环部分。初始化部分完成定时器、串行口、中断系统的初始化；主循环部分根据接收缓冲区数组的数据构造发送缓冲区数组，并通过串口发送给组态王，来响应组态王的命令。具体工作是，当组态王发送来的是“读”命令时，构建组态王所要的数据，并将数值拆分转换成ASCII码，而且还要经过异或运算求校验码。关键程序如下（本程序忽略了校验处理）：