基于LabVIEW與單片機(jī)串口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[圖]

摘要：介紹一種利用單片機(jī)采集數(shù)據(jù)，LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，二者之間通過串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，詳細(xì)介紹了軟、硬件設(shè)計(jì)方案。

1 LabVIEW部分設(shè)計(jì)

1.1 VISA簡介

LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的VISA庫。VISA(Virtual Instrument Software Architecture)——虛擬儀器軟件規(guī)范，是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA庫駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，完成計(jì)算機(jī)與儀器之間的連接，用以實(shí)現(xiàn)對儀器的程序控制，其實(shí)質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個(gè)高層API，通過調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)對儀器的編程，其層次如圖1所示。VISA是采用VPP標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件，其軟件結(jié)構(gòu)包含三部分，如圖2所示。

與其他現(xiàn)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(chǔ)器器件等儀器);適用于各種硬件接口類型;適用于單、多處理器結(jié)構(gòu)或分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu);適用于多種網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。

VISA的I/O軟件庫的源程序是唯一的，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關(guān)，只是提供了標(biāo)準(zhǔn)形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出。

1.2 VISA庫中的串口通訊函數(shù)

本文用到的主要的串口通訊函數(shù)調(diào)用路徑為：Functions�鞩nstrument I/O�鞻ISA�鞻ISA Advanced�鞩nterface Specific�鞸erial中。

(1)VISA Configure Serial Port節(jié)點(diǎn)(圖3所示)

該節(jié)點(diǎn)主要用于串口的初始化。主要參數(shù)意義如下：

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

data bits：一幀信息中的位數(shù)，LabVIEW中允許5～8位數(shù)據(jù)，默認(rèn)值為8位。

stop bits：一幀信息中的停止位的位數(shù)，可為1位、1位半或2位。

Parity：奇偶校驗(yàn)設(shè)置�？蔀闊o校驗(yàn)、奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)。

flow control：該參數(shù)數(shù)據(jù)類型為簇，用于串行通訊中的握手方式。

(2)VISA Read節(jié)點(diǎn)(圖4所示)��

該節(jié)點(diǎn)為串口讀子VI，為本文中的主要節(jié)點(diǎn)，將串口中的數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對其進(jìn)行分析處理。主要參數(shù)意義如下：

VISA resource name：同上。

byte count：用于設(shè)置所要讀的字符數(shù)。由于LabVIEW的串行通訊子VI只允許對字符串的讀寫，因此本文中在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換。此外，若要讀入當(dāng)前串口中的所有字符，則要執(zhí)行“VISA Bytes at Serial Port”子VI，用以確定將要讀入的確切的字節(jié)數(shù)，然后將其輸出作為VISA Read節(jié)點(diǎn)的輸入即可。

(3)VISA Close節(jié)點(diǎn)(圖5所示)��

該節(jié)點(diǎn)用于將打開的VISA資源關(guān)閉。只有一個(gè)主要參數(shù)：

VISA resource name：意義同上。

本文所用LabVIEW串口通訊程序的波特率為9600，無奇偶校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，禁止軟、硬件握手。

2 單片機(jī)部分設(shè)計(jì)

2.1 硬件部分

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設(shè)置，由片內(nèi)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器產(chǎn)生，接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用十分方便。有2個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，對外也有兩條獨(dú)立的收、發(fā)信號線RXD(P3.0)和TXD(P3.1)。

本文采用RS232串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在電氣特性上，RS��232采用負(fù)邏輯，要求高低兩信號間有較大的幅度，標(biāo)準(zhǔn)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(tǒng)的信號輸入輸出為TTL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(xiàn)TTL電平到RS��232電平的轉(zhuǎn)換。本文采用MAX232E實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。

采用TLC0831芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集。TLC0831芯片為8位逐次逼近電壓型A/D轉(zhuǎn)換器，支持單信道輸入串口輸出，極性設(shè)置固定，不需尋址。其主要特點(diǎn)為：8位分辨率;5V的電源提供0～5V的可調(diào)基準(zhǔn)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(zhuǎn)換速度較快的A/D芯片即可。硬件部分原理圖如圖6。

2.2 軟件部分

下面給出單片機(jī)軟件部分的主要程序。波特率設(shè)置為9600，用定時(shí)器1產(chǎn)生波特率，串口工作在方式1，無奇偶校驗(yàn)。定時(shí)器0設(shè)定采樣的時(shí)間間隔。TLC0831為A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采樣子程序，SEND為單片機(jī)發(fā)送子程序。

3 結(jié)論

本文利用單片機(jī)進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集，通過串口實(shí)現(xiàn)與LabVIEW的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW的強(qiáng)大信號分析處理功能，開發(fā)了一套投資少、操作簡便的數(shù)據(jù)采集與信息分析系統(tǒng)(其虛擬面板如圖7所示)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好。

參考文獻(xiàn)：

[1] LabVIEW User Manual[M]. USA:National Instruments Corporation，1998.

[2] 楊樂平，等.LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社，2001.

[3] 劉君華，等.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

[4] 張毅剛，等.MCS��51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.

作者：羅光坤 楊昊 黃惟公 四川工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程與自動(dòng)化 來源：《儀表技術(shù)》2003年01期