基于LabVIEW和MCS-51單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與信息分析系統(tǒng)的設計

1、LabVIEW部分設計

1.1VISA簡介

LabVIEW提供了功能強大的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準I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA庫駐留于計算機系統(tǒng)中，完成計算機與儀器之間的連接，用以實現(xiàn)對儀器的程序控制，其實質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標準的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個高層API，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(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特點：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）；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)絡結(jié)構(gòu)；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，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關(guān)，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)

本文用到的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中。

（1）VISA 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)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。

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。

（2）VISA 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：同上。

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。此外，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。

（3）VISA Close節(jié)點（圖5所示）

該節(jié)點用于將打開的VISA資源關(guān)閉。只有一個主要參數(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，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，禁止軟、硬件握手。

2、單片機部分設計

2.1硬件部分

MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能很強的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式，波特率可用軟件設置，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。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，支持單信道輸入串口輸出，極性設置固定，不需尋址。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軟件部分

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

本文利用單片機進行前端數(shù)據(jù)采集，通過串口實現(xiàn)與LabVIEW的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW的強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）。實驗證明，該系統(tǒng)運行良好。

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