LabVIEW與單片機串口在數據采集系統中的應用

1.LabVIEW分析

LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類(lèi)似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語(yǔ)言的顯著(zhù)區別是：其他計算機語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

LabVIEW也有傳統的程序調試工具，如設置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫(huà)方式顯示數據及其子程序（子VI）的結果、單步執行等等，便于程序的調試。采用數據流編程方式，程序框圖中節點(diǎn)之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。

它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過(guò)改變軟件，就可以實(shí)現不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當于軟件即硬件！現在的圖形化主要是上層的系統，國內現在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出圖形化的單片機編程系統（支持32位的嵌入式系統，并且可以擴展的），不斷完善中(大家可以搜索 CPUVIEW 會(huì )有更詳細信息；）。

1.1VISA簡(jiǎn)介

VISI俗稱(chēng)虛擬儀器軟件規范，是所有標準I/O函數庫及其相關(guān)規范的總稱(chēng)，用于完成計算機與儀器之間的連接，實(shí)現對儀器的控制。VISI本身并不具備編程能力，是通過(guò)調用底層驅動(dòng)程序來(lái)實(shí)現對儀器的編程，其層次如圖1所示。VISA是采用VPP標準的I/O接口軟件，其軟件結構包含三部分，如圖2所示。

VISA的I/O控制特點(diǎn)

①適用于各種儀器類(lèi)型(如VXI儀器、GPIB儀器、RS-232串行儀器、消息基器件、寄存器器件、存儲器器件等儀器)；

②適用于各種硬件接口類(lèi)型；適用于單、多處理器結構或分布式網(wǎng)絡(luò )結構；

③適用于多種網(wǎng)絡(luò )機制。

VISA的I/O軟件庫的源程序是唯一的，與操作系統及編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)，只是提供了標準形式的API文件作為系統的輸出。

1.2VISA庫中的串口通訊函數

主要的串口通訊函數調用路徑為：FunctionsInstrument I/OVISAVISA AdvancedInterface SpecificSerial。

①VISA Configure Serial Port節點(diǎn)(圖3所示)

該節點(diǎn)主要用于串口的初始化。主要參數如下：

VISA resource name:VISA資源名稱(chēng)，本文指串口號。baud rate：波特率，默認為9600。
data bits：一幀信息中的位數，LabVIEW中允許5～8位數據，默認值為8位。
stop bits：一幀信息中的停止位的位數，可為1位、1位半或2位。
Parity：奇偶校驗設置?？蔀闊o(wú)校驗、奇校驗或偶校驗。
flow control：該參數數據類(lèi)型為簇，用于串行通訊中的握手方式。

②VISA Read節點(diǎn)(圖4所示)

該節點(diǎn)為串口讀子VI，為本文中的主要節點(diǎn)，將串口中的數據讀出，然后利用LabVIEW的強大數據處理功能對其進(jìn)行分析處理。主要參數意義如下：

VISA resource name：VISA資源名稱(chēng)，本文指串口號。baud rate：波特率，默認為9600。

byte count：用于設置所要讀的字符數。由于LabVIEW的串行通訊子VI只允許對字符串的讀寫(xiě)，因此本文中在進(jìn)行數據處理時(shí)，必須要實(shí)現字符串與數字之間的正確轉換。其次，若要讀入當前串口中的所有字符，則要執行“VISA Bytes at Serial Port”子VI，用以確定將要讀入的確切的字節數，然后將其輸出作為VISA Read節點(diǎn)的輸入即可。

③VISA Close節點(diǎn)(圖5所示)

該節點(diǎn)用于將打開(kāi)的VISA資源關(guān)閉。只有一個(gè)主要參數：

VISA resource name：VISA資源名稱(chēng)，本文指串口號。baud rate：波特率，默認為9600。

本文所用LabVIEW串口通訊程序的波特率為9600，8位數據位，無(wú)奇偶校驗，1位停止位，硬件握手、禁止軟。

2單片機設計

2.1硬件

MCS-51單片機有一個(gè)全雙工串行口其功能非常強大。

該串行口有4種工作方式，由片內的定時(shí)器/計數器產(chǎn)生，接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統，使用十分方便，波特率還可用軟件設置。

有2個(gè)物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，對外也有兩條獨立的收、發(fā)信號線(xiàn)RXD（P3.0）和TXD（P3.1）。

本文采用RS232串行接口標準，在電氣特性上，RS232采用負邏輯，要求高低兩信號間有較大的幅度，標準為：邏輯“1”在-5V～-15V之間，邏輯“0”在+5V～+15V之間，通常采用-10V左右為邏輯1，+10V左右為邏輯0。由于MCS-51系統的信號輸入輸出為T(mén)TL電平，邏輯1為3.8V左右，邏輯0為0.4V左右，因此，必須外接電路實(shí)現TTL電平到RS232電平的轉換。本文特別采用MAX232E實(shí)現此轉換。

采用TLC0831芯片進(jìn)行數據的采集。TLC0831芯片為8位逐次逼近電壓型A/D轉換器，不需尋址，支持單信道輸入串口輸出，極性設置固定。其主要特點(diǎn)為：8位分辨率；5V的電源提供0～5V的可調基準電壓；輸入輸出可與TTL和MOS兼容。若要提高信號的采樣頻率，只需選擇轉換速度較快的A/D芯片即可。硬件部分原理圖如圖6。

2.2軟件

下面給出單片機軟件部分的主要程序。波特率設置為9600，用定時(shí)器1產(chǎn)生波特率，串口工作在方式1，無(wú)奇偶校驗。定時(shí)器0設定采樣的時(shí)間間隔。TLC0831為A/D轉換器數據采樣子程序，SEND為單片機發(fā)送子程序。

3結論

虛擬儀器研究的另一個(gè)問(wèn)題是各種標準儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是 IEEE 488 或 GPIB協(xié)議，未來(lái)的儀器也應當是網(wǎng)絡(luò )化的。

LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗室所接受，視為一個(gè)標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW [2]集成了與滿(mǎn)足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX 等軟件標準的庫函數。這是一個(gè)功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣。

由單片機進(jìn)行前端數據采集，在通過(guò)串口與LabVIEW的數據通訊，巧妙的利用LabVIEW強大的信號分析處理功能，開(kāi)發(fā)了一套投資少、操作簡(jiǎn)便的數據采集與信息分析系統（其虛擬面板如圖7所示）。從系統運行良好，可以看出本實(shí)驗很成功，可以投入市場(chǎng)。