基于LabVIEW與凌陽(yáng)SPCE061A實(shí)現串口數據采集

引言

LabVIEW是一個(gè)劃時(shí)代的圖形化編程系統，應用于數據采集與控制、信號分析等方面，它為不熟悉文本語(yǔ)言編程的專(zhuān)業(yè)科技工作者在測控領(lǐng)域建立計算機儀器系統——虛擬儀器，提供了一個(gè)便捷、輕松的圖形化設計環(huán)境。由于其靈活、簡(jiǎn)單易用、開(kāi)發(fā)效率高等特點(diǎn)，正逐漸成為科技工作者進(jìn)行儀器應用與開(kāi)發(fā)的得力工具。數據采集是開(kāi)發(fā)過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節，NI公司提供了各種不同類(lèi)型的基于LabVIEW的數據采集卡，但是其價(jià)格昂貴，對于小型企業(yè)、實(shí)驗教學(xué)等方面仍存在著(zhù)不可避免的資金問(wèn)題。而市面上銷(xiāo)售的第三方開(kāi)發(fā)的數據采集卡，由于不具備對LabVIEW的直接支持，需要用戶(hù)開(kāi)發(fā)其驅動(dòng)程序，使用也不方便。如果采用以凌陽(yáng)16位單片機SPCE061A作為前端數據采集，通過(guò)串口進(jìn)行與LabVIEW的數據通訊，就可實(shí)現低成本、靈活方便、接口簡(jiǎn)單的數據采集系統。這對于許多信號頻率不是太高的場(chǎng)合，此方案無(wú)疑非常便利。本文所介紹的就是這樣一種利用LabVIEW 對SPCE061A的數據進(jìn)行分析處理，并通過(guò)串口實(shí)現二者之間的數據交換、經(jīng)濟實(shí)用的數據采集及分析系統。

本系統主要包含兩部分的設計：LabVIEW部分設計和SPCE061A數據采集與串口通訊部分設計。

1 LabVIEW部分設計

1.1 VISA簡(jiǎn)介

LabVIEW提供了功能強大的VISA庫。VISA（Virtual Instrument Software Architecture——虛擬儀器軟件規范，是用于儀器編程的標準I/O函數庫及其相關(guān)規范的總稱(chēng)。VISA庫駐留于計算機系統中，完成計算機與儀器之間的連接，用以實(shí)現對儀器的程序控制，其實(shí)質(zhì)是用于虛擬儀器系統的標準的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個(gè)高層API，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(a)所示。VISA是采用VPP標準的I/O接口軟件，其軟件結構應包含三部分，如圖1(b)所示。

(a)VISA內部機制

(b)虛擬儀器的軟件體系結構

圖1

與其它現存的I/O接口軟件相比，VISA的I/O控制功能具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：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）；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；適用于多種網(wǎng)絡(luò )機制。

VISA的I/O的軟件庫的源程序是唯一的，其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。

1.2 VISA庫中的串口函數

本文用到的主要的串口通訊函數調用路徑為：Functions→Instrument I/O→VISA→VISA Advanced→Interface→Specific→Serial中。

1） VISA Configure Serial Port節點(diǎn)（如圖2所示）

圖2 VISA Configure Serial Port.vi圖標及其端口

該節點(diǎn)主要用于串口的初始化。主要參數意義如下：

VISA resource name：設置串口號。

baud rate：設置波特率，默認值為9600。

data bits：設置數據位。該位應在5～8之間，默認值為8。

parity：奇偶校驗位，默認值為無(wú)校驗、偶校驗等。

stop bits：設置停止位，可以為1、1.5、2。

flow control：用于設置握手信號類(lèi)型。

2） VISA Read節點(diǎn)（如圖3所示）

圖3 VISA Read.vi 圖標及其端口

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：設置串口號。

byte count：設置讀取字節數。

read buffer：從串口讀取的字符。

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。此外，若要讀入當前串口中的所有字符，則要先執行“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。

2 SPCE061A數據采集與串口通訊部分設計

2.1硬件部分

SPCE061A內置8通道10位模-數轉換器，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號 (例如電壓信號) 轉換為數字量信號, 可以直接通過(guò)引線(xiàn)(IOA[0~6])輸入。另外一個(gè)通道只用于語(yǔ)音輸入，即通過(guò)內置自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道(MIC_IN)輸入。實(shí)際上可以把模數轉換器(ADC，Analog to Digital Converter)看作是一個(gè)實(shí)現模/數信號轉換的編碼器。在A(yíng)DC內，由數模轉換器DAC0和逐次逼近寄存器SAR組成逐次逼近式模-數轉換器。另外，SPCE061A內置UART模塊，UART模塊提供了一個(gè)全雙工標準接口，用于完成SPCE061A與外設之間的串行通訊。借助于IOB口的特殊功能和UART IRQ中斷，可以同時(shí)完成UART接口的接收和發(fā)送數據的過(guò)程。UART模塊的接收管腳Rx和Tx分別與IOB7和IOB10共用。

本電路采用RS-232串行接口標準，在電氣特性上，RS-232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-1V左右為邏輯１，+10V左右為邏輯0。本電路采用符合RS-232標準的驅動(dòng)芯片MAX232EPE實(shí)現此轉換。由于SPCE061A的信號輸入輸出為T(mén)TL電平，邏輯1為3.3V左右，邏輯0為0.4V左右，而MAX232EPE 要求+5V供電，因此，在 MAX232EPE和SPCE061A之間加了電平匹配電路。

整個(gè)電路接口簡(jiǎn)單，可靠性高。硬件部分原理圖如圖5所示

圖5 硬件原理圖

2.2軟件部分

LabVIEW軟件與串口實(shí)現數據通訊的程序圖，如圖6所示，由于SPCE061A發(fā)送給Labview的是字符串數據，所以先把該字符串轉換為字符數組，然后通過(guò)一個(gè)數組索引指定數組的第一個(gè)字符顯示并形成波形。

圖6. LabVIEW串口通訊程序圖

單片機SPCE061A利用通用串行接口UART實(shí)現串口通訊部分程序：

//************************主程序*****************************************//

L_ResendData:

L_Check_TxRDY:

R2 = [P_UART_Command2];

R2 = 0x0040; //檢測輸出是否READY

JZ L_Check_RxRDY; //發(fā)送8位十六進(jìn)制數cc

R1 = [recFlag];

CMP R1,0x0000; //是否接收過(guò)數據

JZ L_Check_RxRDY;

[P_UART_Data] = R4; //發(fā)送數據

R1 = 0x0000; [recFlag] = R1;

L_Check_RxRDY:

R2 = [P_UART_Command2]; //檢測是否有數據接收

R2 = 0x0080;

JZ L_Check_RxRDY;

R4 = [P_UART_Data]; //接收數據

R1 = 0x0001;

[recFlag] = R1; //設置接收標識符

goto L_ResendData;