LabVIEW與單片機串口在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用

1.LabVIEW分析

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

LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。

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

1.1VISA簡介

VISI俗稱虛擬儀器軟件規(guī)范，是所有標準I/O函數(shù)庫及其相關規(guī)范的總稱，用于完成計算機與儀器之間的連接，實現(xiàn)對儀器的控制。VISI本身并不具備編程能力，是通過調(diào)用底層驅(qū)動程序來實現(xiàn)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(jié)構包含三部分，如圖2所示。

VISA的I/O控制特點

①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、存儲器器件等儀器)；

②適用于各種硬件接口類型；適用于單、多處理器結(jié)構或分布式網(wǎng)絡結(jié)構；

③適用于多種網(wǎng)絡機制。

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

1.2VISA庫中的串口通訊函數(shù)

主要的串口通訊函數(shù)調(diào)用路徑為：Functions?Instrument I/O?VISA?VISA Advanced?Interface Specific?Serial。

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

該節(jié)點主要用于串口的初始化。主要參數(shù)如下：

VISA resource name:VISA資源名稱，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(shù)，LabVIEW中允許5～8位數(shù)據(jù)，默認值為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：奇偶校驗設置?？蔀闊o校驗、奇校驗或偶校驗。
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。

②VISA Read節(jié)點(圖4所示)?

該節(jié)點為串口讀子VI，為本文中的主要節(jié)點，將串口中的數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW的強大數(shù)據(jù)處理功能對其進行分析處理。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，默認為9600。

byte count：用于設置所要讀的字符數(shù)。由于LabVIEW的串行通訊子VI只允許對字符串的讀寫，因此本文中在進行數(shù)據(jù)處理時，必須要實現(xiàn)字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換。其次，若要讀入當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)點的輸入即可。

③VISA Close節(jié)點(圖5所示)?

該節(jié)點用于將打開的VISA資源關閉。只有一個主要參數(shù)：

VISA resource name：VISA資源名稱，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(shù)據(jù)位，無奇偶校驗，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(nèi)的定時器/計數(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，波特率還可用軟件設置。

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

本文采用RS232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-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，必須外接電路實現(xiàn)TTL電平到RS?232電平的轉(zhuǎn)換。本文特別采用MAX232E實現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。

采用TLC0831芯片進行數(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，不需尋址，支持單信道輸入串口輸出，極性設置固定。其主要特點為：8位分辨率；5V的電源提供0～5V的可調(diào)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(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

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

3結(jié)論

虛擬儀器研究的另一個問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，未來的儀器也應當是網(wǎng)絡化的。

LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW [2]集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應用TCP/IP、ActiveX 等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個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程都生動有趣。

由單片機進行前端數(shù)據(jù)采集，在通過串口與LabVIEW的數(shù)據(jù)通訊，巧妙的利用LabVIEW強大的信號分析處理功能，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）。從系統(tǒng)運行良好，可以看出本實驗很成功，可以投入市場。