基于MCGS的51系列单片机通用驱动程序设计

Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
Ｍａｙ．２０１０
—２３２通信的设备是子设备，不占用系统Ｉ／Ｏ． （２）读写属性：ＤｅｖＣｈａｎｎｅｌ标明设备的通道个数，默认是
１６，用户也可以自行修改。 （３）ＭＣＧＳ为了用户在设置属性时能对设备属性进行组态
设置，可在编程时增加ＡｃｔｉｖｅＤＬＬ属性。该设计为了编写通用 驱动程序，因此在编制设备驱动时增加了读写属性ＣｌｄＮｕｍｂｅｒ 和Ｓｅｎｄｎａｇ，编程如下：
ｌ
开始符占用一个字符，通道号占用一个字符，数据位为７
个字符，结束符占用一个字符。开始符是用来表示每个数据帧
的开始，当下位机接收到开始符标志位时，开始判断下一位即
通道号，以辨别当前帧的数据是哪个通道的。当接收到结束符
标志位时，表示数据接收完毕。
１．２．３串口操作函数
基于单片机的外部设备通过计算机的串口与计算机进行
ｒｅＯｒｄｅｒ），０，６４，３５，１０００）
’把从串行口读取的数据存放到变量ｓ自ｒＲｅｔｕｍＤａｔａ里面： Ｆｏｒ ｌｎｓＩｎｄｎ＝０ Ｔｏ ｌｎ飒ｅａｄＬｅｎ一１
ｓｔｒＲｃ咖ａｎＤａｔａ＝ｓｔｒＲｅｍｍＤａｔａ＋Ｃｈｒ（ｂｙｔＯｕｔｐｕｔ（ｈｓｈｄｅｘ）） Ｎｅａｔ ｌｎｇｌｎｄｅｘ １．２．４接口函数的调用
Ｐｕｂｌｉｃ ＣｈｌＮｕｍｂｅｒ Ａｓ Ｉｎｔｅｇｅｒ’用于动态设定通道数 Ｐｕｂｌｉｃ Ｓｅｎｄｆｌａｇ Ａｓ Ｉｎｔｅｇｅｒ’由于用多个设备，用于标识向哪个设 备发送命令字。 １．２．２数据的通讯格式 数据交互就要涉及到通讯协议问题，通讯协议如表ｌ所示。
表１数据通信协议
ｌ 开始符
通道号
数据
结束符
实现现场设备与ＭＣＧＳ的数据通信，可以有３种方式：ＤＤＥ （动态数据交换）、ＯＰＣ、驱动程序。采用ＤＤＥ“软通道”的方式 快捷、方便…，但通信的实时性较差；利用ＯＰＣ自动化接口与 ＭＣＧＳ ＯＰＣ服务器进行数据交换，通用性很强，但是ＯＰＣ服务 器的开发工作量大；ＭＣＧＳ提供了一套规范的设备驱动程序接 口，允许用户根据自己的需要来定制设备驱动程序。通过驱动 程序能实现现场设备与ＭＣＧＳ的数据通信旧Ｊ，但每种设备都必 须开发自己的驱动程序。
ｒｅｏｒｄｅｒ。ｓｔｒＲｅｔｕｍＤａｔａ） 把从串口读取的数据进行解包存放到通道中： ａｓｎｇＤａｔａＶａｈｅ（ｉ）；Ｖａｌ（Ｍｉｄ（ｓｔｒＲｅｔｕｍＤａｔａ，２））“ｉ”为通道号； 基于驱动程序的通信流程图如图２所示。
２单片机的通信程序 厶１读写缓冲区的划分
为了实现通讯程序的通用性，单片机的通讯程序采用ｃ语 言来编写，这样便于用户能根据自己的需要进行相应的修改。 参照ＭＣＧＳ的驱动程序，在单片机的存储区开辟了一段存储空 间（由于５ｌ系列单片机片内ＲＡＭ有限，这里只给发送和接受 个分配了一个缓冲区，用户若用其他单片机，也可自行分配空 间）：１个用于存放ＭＣＧＳ发送过来的数据，１个存放准备发送 到ＭＣＧＳ的数据。这样便于用户对数据的处理，其空间定义如 下：
ＣｏｍＯｕｔＤａｔ／ＣｏｍｌｎＤａｔ，可完成各种功能通讯子设备驱动程序的
开发编程工作。标准串口读写函数ｃｏｍｏｕｔｉｎｄａｔ的目的是将读
数据的命令通过串口发送出去，并接收单片机发回来的数据，
编程如下：
Ｏｂｊｅｃｔ，ｓｔ触Ｏｌ＇ｄｅｒ Ｐｕｂｌｉｃ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ ＦｅｔｃｈＤａｔａＦｏｒｍＣｏｍｍ（ＢｙＶａｌ ＩｎｓＣｈｅｃｋＦｌ甥Ａｓ Ｌｏｎｇ，
ＭＣＧＳ在组态模式和运行模式下要调用接口函数来实现特
定的功能，如实现初始化、数据的输入与输出等功能。
（１）ＭＣＧＳ组态环境下，调用以下接口函数：
ＧｅｔＤｅｖＮａｍｅ接口为返回设备构件的类型名称；
ＩｎｉｔＮｅｗＤｅｖ接口为增加新设备时调用，用于初始化新设备；
万方数据
ＧｅｔＤｅｖＨｅｌｐ接口为显示设备构件的在线帮助； ＳｅｔＤｅｖＰａｇｅ接口为显示设备构件的特定属性页。 ＧｅｔＣｈｌＴｙｐｅ接口：读取设备通道信息，包括通道数据类型和 通道内容的文字描述，显示在通道连接属性页中。当通道的数 据类型为负数时，表示该通道的作用是把设备中读取的数据输 入到ＭＣＧＳ中；为正数时，表示该通道的作用是ＭＣＧＳ中的数 据发送到设备，供设备处理使用。对应１６个通道，默认设置是 ０—７通道为发送数据，８—１５通道为接收数据，用户也可以自 行修改。 （２）在ＭＣＧＳ运行环境中，设备构件开始采集之前调用一 次ＩｎｉｔＤｅｖＲｕｎ接口，用于对设备硬件进行的初始化工作。 （３）在ＭＣＧＳ组态模式和运行模式下，ＭＣＧＳ会按设定的 采集周期，调用ＣｏｌｌｅｃｔＤｅｖＤａｔ接口（需要定时采集的数据都通 过这个接口），从设备采集或向设备输出数据。 设备构件首先调用串行通信父设备函数ＣｏｍＯｕｔｉｎＤａｔ把命 令字写到串行端口输出到通信设备，通信设备收到命令字后， 发送数据到串行端口，串行端口读取返回的数据，再把数据返 回到ｂｙｔＯｕｔｐｕｔ（）数组中，然后把数组中的数据解包，把所需要 的变量值存放到通道数组ａｓｎｇＩ）ａｔａＶａｌｕｅ（）中供ＭＣＧＳ进行处 理、存储与管理。部分程序如下： ’数据的通讯格式为：开始符。·”＋通道号＋数据＋结束符“＃”
Ｄｉｍ ｓｔｒＣｏｍｍＯｒｄｅｒ Ａｓ蛳’字符串形式，存放打包后的数据，用
于串口加函Ｏ数ｒｄ中ｅｒ调＝用ｃｓ；扛（１ｌＩＩ州ｈ加ｅ１）＋ＣＳ口（ａｓｎｓＤａｔａＶａｌｕｅ（１ｎｇ．
Ｄ＂Ｃｈ咖ｄ））＋”＃”
调用串口通讯函数：
ｌｎｇＲｅｔＩ珊：Ｆ缸ｈ【ＩａｔａＦ锄Ｃ删（０，ｍ—ｏｂｊＣｏｍｍＰａｍｎｔ，ｓｔｒＣｏｍ．
中图分类号：ＴＰ２９
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００２—１８４１（２０ｌｏ）０５—００３７—０４
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｄｒｉｖｅｒ ｆｏｒ ５１ Ｓｅｒｉｅｓ ＭＣＵ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＭＣＧＳ
ＷＡＮＧ Ｘｉａｏ·ｇｕａｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｐｉｎｇ，ＭＡ Ｑｉ舯－ｊｕａｎ，ＷＡＮＧ Ｙｕ－ｆｃｉ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉａｎ－ｇａｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉｈｎ，ｑ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００３９，Ｃｈｉｎａ）
设备属性可以分为２类：读写属性与只读属性，共有５个 接口属性，程序可以通过调用属性接口函数来设置设备属性。
（１）只读属性：每个设备驱动程序都有４个只读属性。 ＤｅｖＴｙｐｅ为１则属性接Ｉ＝Ｉ标明设备类型为子设备；ＤｅｖＳｔｙｌｅ为１ 则属性接口标明设备种类为和串口父设备对应的子设备；ＤｅｖＩ－ ＯＮｕｍｌ地ｒ为属性接口标明设备所占用系统Ｉ／Ｏ的个数，通过Ｒｓ
接收数据的存放地址：ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｒｅ＿ｄａｔ［８］； 发送数据的存放地址：ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｃｈａｒ ｓｅｎｄ＿ｄａｔ［８］； 结合上述驱动程序，ＭＣＧＳ实时数据库的数据对象对应单 片机缓冲区的分配设置如表２所示。 数据对象为ＭＣＧＳ的实时数据库中的变量，每个数据对象 对应一个通道。单片机中的接收缓冲区负责存放当前通道的 数据，用户要将其即是取出处理，以免接收到下一个通道数据
２０１０年 第５期
仪表技术与传感器
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ Ｓｅｎｓｏｒ
２０１０ Ｎｏ．５
基于ＭＣＧＳ的５１系列单片机通用驱动程序设计
王晓光，郑萍，马巧娟，王玉飞，张建刚 （西华大学电气信息学院，四川成都６１００３９）
摘要：在讨论工控组态软件与外部设备的数据交互途径的基础上，针对实际应用中现场设备多种多样，ＭＣＧＳ所提供
收稿Ｅｌ期：２００９一１０—１９收修改稿日期：２００９—１２一ＩＩ
万方数据
５１单片机提供了一个全双工标准接口，通过电平转换芯片
ＭＡＸ２３２及相关外围电路来实现’Ｉ’ＩＬ信号和ＲＳ一２３２电平信
号之间的转换，实现与计算机串口ＲＳ一２３２的硬件通信通道连
接，通过设计设备驱动程序，实现基于５１单片机的设备与上位
但是通过此通用驱动程序，设计者只需经过简单的设置就 可以将基于５ｌ单片机的仪表、设备接入ＭＣＧＳ，无需重新开发 驱动程序；推而广之，将所设计的驱动程序进行少量改动，即可 适应各种类型的设备，或可以和其他类型的单片机进行通信。 １基于ＭＣＧＳ平台的驱动程序的开发 １．１基于５１单片机的设备与上位组态软件的连接
ｏｂｊｃｏ衄ｎＰ咖ｎ Ａｓ
Ａｓ Ｓｍ％，ｍＲｅａｍｄ）ａｍ Ａｓ
ｓｔａｇ）Ａｓ Ｉｏｎｓ Ｄｉｍ ｂｙｔＯｕｔｐｕｔ（０ Ｔｏ ２０４７）Ａｓ Ｂｙｔｅ数据缓冲区，用来存放串口输出
的数据和从串口中读取的数据； ｌｎｇＲｅａｄＬｅｎ＝ｏｂｊＣｏｍｍＰａｍｎｔ．ｃｏｍｏｕｔｉｎｄａｔ（ｂｙｔＯｕｔｐｕｔ（）．Ｌｅｎ（啦Ｃ锄·
组态软件的数据交互。其接口结构图如图１所示。
Ｍ
Ｃ
鋈Ｈ曼Ｈ薹 Ｇ
５１
Ｓ
量
组
片
态
机
软
件
盈１通信接口结构圈框图 １．２利用开发向导生成驱动程序的框架设计
ＭＣＧＳ用Ａｃｔｉｖｅ ＤＬＬ构件的方式来实现设备驱动程序，通 过调用不同的接口函数来完成设备驱动所需的功能，并以规范 的ＯＬＥ接口挂接到Ｍ发向导能在ＶＢ６．０开发环境下自动生成设备驱动程序的 框架，然后此基础上，针对具体设备的功能进行进一步的编程 和调试工作。 １．２．１ ＭＣＧｓ提供的接口规范
数据通信，如图ｌ所示。在ＭＣＧＳ中与串口通信有关的设备，
必须调用一个串行通信父设备。ＭＣＧＳ把复杂的对串行端口的
设置（如波特率大小，数据位长度，停止位位数，有无奇偶校验
等）、初始化和读写操作全部封装在ＭＣＧＳ提供的串行通讯父
设备中，在编写通信子设备驱动程序时，主要使用的就是对串
行端口进行操作，通过调用父设备提供的标准串口读写函数
的设备驱动程序有限的状况，设计了基于应用极为广泛的５ｌ系列单片机外部设备的通用驱动程序，并在步进电机控制系
统中对驱动程序进行了应用与调试，其结果证明所设计的驱动程序在具体的应用中可解决驱动程序的重复设计问题，具
有良好的通用性，并为一般的设备驱动程序设计提供了设计思路和程序框架。
关键词：数据通信；ＭＣＧＳ；单片机；驱动程序
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖａｒｉａｎｔ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ＭＣＧＳ ｉｓ ｌｉｍｉｔ－ ｅｄ，ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ＭＣＧＳ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｔ＂５１ ｓｅｒｉｅｓ ＭＣＵ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｗａｓ ｄｅｂｕｇｇｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ｓｔｅｐｐｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ Ｃａｎ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｒｉｖｅｒ ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｉｔ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄ ｇｅｎｅｒａｌｉｔｙ ａｎｄ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｒａｍｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｌ ｄｅｖｉｃｅ ｄｒｉｖｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄａｔａ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＭＣＧＳ；ＭＣＵ；ｄｒｉｖｅｒ
０引言 目前，工业组态软件已经广泛应用于工业控制领域。用户
无需了解复杂的编程知识，就可以用工业组态软件在短时间内 完成一个具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。ＭＣＧＳ 是一套基于Ｗｉｎｄｏｗｓ平台的、为工业过程控制和实时监测服务 的３２位全中文界面组态软件系统。为了与现场设备进行交 互，它提供了国内外各种常用的工控设备的驱动程序；但在实 际应用中，现场设备多种多样，ＭＣＧＳ所提供的设备驱动程序有 限。这就涉及到新设备与ＭＣＧＳ的数据交互问题。