單片機控制的電子鐘組態設計

李生明，黃寶玉

（1.清遠職業技術學院 機電與汽車工程學院，廣東 清遠 511510；2.長江工程職業技術學院 學生工作部，湖北 武漢 430212）

單片機以其實時監控性能優秀廣泛用于測控系統，通常采用數碼管、液晶、點陣等作為其顯示設備，自成體系。組態王是一種通用的工業監控軟件，可以制作出精美的組態畫面，設計簡單，在工業控制系統中廣泛使用。下面以單片機控制的電子鐘為例，設計一個單片機的電子鐘組態系統，完成時間和溫度的實時通訊。

1 通訊協議介紹

組態王運行在上位PC機上，單片機作為下位機運行時鐘控制程序，時鐘數據要通過通訊線路傳送到PC機上，在組態王中顯示，通訊方式采用串行通信，如RS232、RS422、RS485，波特率可以選2400、4800、9600、19200bps。值得注意的是，它們之間的通訊均采用ASCII形式進行，因此單片機的數值在傳送前均要轉換成ASCII碼。

1.1 組態王“讀”單片機數據通訊格式

本系統中組態王要向單片機讀取“時、分、秒”時鐘和溫度數據，因此要向單片機發送讀命令，希望單片機能傳回相應數據。讀命令是組態王自動發出的，不需要在組態王中編程，只要在單片機程序中接收此命令，然后作相應處理。讀命令的通訊格式如下：

格式說明；

（1）字頭：@符號，即40H

（2）設備地址：1字節2個ASCII碼，0～255（即0～ffH）

（3）標志：1字節2個ASCII碼，具體各位的含義為：

bit0=0:讀，bit0=1:寫。

bit1=0：不打包。

bit3bit2=00,數據類型為字節。

bit3bit2=01,數據類型為字。

bit3bit2=1x,數據類型為浮點數。

（4）數據地址：2字節4個ASCII碼，0000H～ffffH

（5）數據字節數：1字節2個ASCII碼，1～100，實際讀寫的數據的字節數。

（6）異或：計算從設備地址到異或字節前的異或值，轉換成2個ASCII碼

（7）CR：回車符，0dH。

例如：本設計組態王要讀取單片機的“時、分、秒”和溫度信息，分別存放在組態王的X0、X1、X2、X3中予以顯示。表1是以讀取秒信息為例，取設備地址為6，組態王讀取X2（秒）時所發數據。

1.2 單片機響應組態王“讀”命令的通訊格式

單片機運行時，采用中斷方式實時接收串口數據，當接收完一幀數據后，經過校驗，若正確，再判斷是不是“讀”命令，若是，就應向組態王發送數據[1]，單片機向組態王發送數據時要進行ASCII格式轉換，轉換方法同上例，其通訊格式為：

表1 數據表

?

2 時鐘顯示系統的組態設計

2.1 建立組態王設備

啟動組態王后，在組態王的左側導航樹中選擇“設備”，在右側雙擊“新建”進入新建設（如圖1）備向導，依次展開“設備驅動—智能模塊—單片機—通用單片機ASCII—串口”，選擇與單片機連接的COM口，在配置設備地址（如圖2）時填寫“6.0”，其中，6代表通訊協議中的設備地址，由用戶定義，范圍為0～255，即單片機地址號為6；0表示不打包。其他操作保持默認[2]。

圖1 新建設備

圖2 配置設備地址

2.2 建立數據詞典

建立三個組態變量：時、分、秒、溫度，均為IO整型變量，對應內部的寄存器X0、X1、X2和X3，用于與單片機交換數據。建立好的數據詞典如圖3所示。

圖3 數據詞典

2.3 建立組態王畫面

如圖4所示，應用“文本”工具建立文本標簽和顯示文本，其中“：”為分隔，運用“模擬值顯示”動畫連接，表達式分別對應數據詞典中的時、分、秒、溫度變量，用于顯示“時：分：秒”和溫度數據。運行時的截圖如圖5所示。

圖4 組態畫面

圖5 組態王運行畫面

3 單片機程序設計

運行組態王的PC機通過串口與單片機相連，編寫單片機的監控程序與組態王通訊，程序由四個部分組成：主程序、時鐘和溫度采集程序、串行中斷子程序、公共發送子程序。

3.1 主程序

主程序由兩個部分組成：初始化部分和主循環部分。初始化部分完成定時器、串行口、中斷系統的初始化；主循環部分根據接收緩沖區數組的數據構造發送緩沖區數組，并通過串口發送給組態王，來響應組態王的命令。具體工作是，當組態王發送來的是“讀”命令時，構建組態王所要的數據，并將數值拆分轉換成ASCII碼，而且還要經過異或運算求校驗碼。關鍵程序如下（本程序忽略了校驗處理）：

3.2 時鐘和溫度采集程序

采用DS1302時鐘芯片采集實時時間，數據保存在X0、X1和X2變量中；采用DS18B20芯片采集當前溫度數據，存放在X3變量中。這樣只要在處理程序中將X0～X3數據通過串行口發送出去就可以完成通訊。這兩部分的程序比較經典，此處省略其程序。

3.3 串行中斷子程序

這部分的主要工作是接收組態王發來的數據，并作必要的處理：更新發送緩沖區數組的部分數據、提取讀寫標記位。本部分的程序如下：

3.4 公共發送子程序

此子程序功能比較單一，就是構造一個靈活的發送程序，帶兩個形參，一個是發送緩沖區數組的指針，另一個是發送的數據個數[3]。具體程序如下：

4 小結

綜上所述，單片機與組態王的結合，完美地實現了電子鐘的組態設計，為系統提供了優良的畫質效果，且編程工作量也不是太大，只要按規范的通訊協議編程即可完成。如果采用了無線模塊，更高級的應用就是實現無線數據傳輸。

參考文獻：

[1]劉守義.單片機應用技術[M].西安:西北電子科技大學出版社,2007.

[2]張永楓.單片機應用實訓教程[M].北京:清華大學出版社,2008.

[3]郭天祥.新概念51單片機C語言教程[M].北京:電子工業出版社,2009.