【正文】 成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、 串口 控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。 LabView 還有一個特點是模塊化，體現(xiàn)在兩個方面。首先， LabView 中使用的基本節(jié)點和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外， 由 LabView 編寫的程序 ——即 虛擬儀器 模塊，除了作為獨立程序運行外，還可作為另一個虛擬 儀器 模塊的子模塊（即子 VI）供其他模塊程序使用。 圖 01 LabView 軟件總體結(jié)構(gòu)框圖 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 LabView 沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計算機強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操作時，用戶通過鼠標或鍵盤操作軟面板，來檢驗儀器的通信和操作。 而利用 LabView 設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各 種實際信號，并對其疾行分析得出有用信息，然后將測量結(jié)果和應(yīng)用程序進行分享。通過開放的 LabView 環(huán)境和與之無縫集成的硬件，能夠方便地將設(shè)計從理論階段、完成系統(tǒng)辨識、控制設(shè)計、動態(tài)系統(tǒng)仿真以及實時系統(tǒng)實現(xiàn)。利用 LabView 作仿真界面既可直觀表達儀表儀器亦達到美觀效果，與其他仿真軟件相比較，其優(yōu)勢是很明顯的。 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1 章 緒 論 167。 研究的背景及意義 167。 研究的背景 目前以計 算機為上位機和以單片機為下位機的集散式控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)檢測和控制系統(tǒng)中。由于 PC 機的分析處理能力強 ,處理速度快 ,而單片機價格低廉、體積小、使用靈活方便 ,所以主機一般采用 PC 機 ,而從機則采用單片機。串行通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方法，雖然它的傳輸速度慢，但它占用的通信線路少，成本低，在工程的通信方式上仍有重要地位。通過PC 機的 RS232 串行接口與單片機之間串行通信是主要的通信手段。 虛擬儀器在那些發(fā)達國家中設(shè)計、生產(chǎn)、使用已經(jīng)十分普及。在美國，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已成為各大學理工科學生的一 門必修課程，而在我國虛擬儀器的設(shè)計、生產(chǎn)、使用正在起步。國內(nèi)專家預測，未來的幾年內(nèi)，我國將有 50％的儀器為虛擬儀器。屆時，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)測。隨著微型計算機的發(fā)展，各種有關(guān)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。 167。 課題研究意義 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器技術(shù)不同，虛擬儀器在通用計算機平臺上通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備，然后根據(jù)用戶的實際需求就可以構(gòu)建起不同的系統(tǒng)。所以虛擬儀器實際上是一個按照用戶的實際需求組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀 器采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件，它主要使用計算機顯示器的顯示功能來顯示模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，這就可以用多種形式輸出檢測結(jié)果，即實用又美觀。目前，計算機和儀器的密切結(jié)合并且結(jié)合的越來越緊密是儀器發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器系統(tǒng)可以歸納為圖 11。 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 圖 11 虛擬儀器系統(tǒng) 具體來說，虛擬儀器有以下特點： (1) 虛擬儀器利用了計算機豐富的軟件資源。這樣就可以使部分儀器的硬件軟件化，增加了系統(tǒng)靈活性，并且節(jié)省了資源。另外，計算機還能實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。 (2) 因為虛擬儀器融合了計算機的硬件資源，計算機來直接處理這些應(yīng)用，這樣就大大的增強了傳統(tǒng)儀器的功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。 (3) 虛擬儀器基于計算機總線和模塊化儀器的總線，這樣就使儀器的硬件實現(xiàn)了模塊化，就可以方便地構(gòu)建模塊化的虛擬儀器。 (4) 當今世界的計算機技術(shù)和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展十分迅速，虛擬儀器也是建立在此基礎(chǔ)上的，因此虛擬儀器隨著計算機更新的速度快，功能越來與強大。 (5) 由于計算機的體系是開放式的，所以虛擬儀器的硬件和軟件都具有開放性、可重復使用的特點。因此 ，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，而且硬件還可以互換，這樣就使虛擬儀器系統(tǒng)更為靈活。 而我們通過研究這樣的一個課題，可以更好地了解應(yīng)用虛擬儀器，不斷地改進，使它融入到生活中的各個方面。 167。 課題發(fā)展的狀況 在虛擬儀器出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)儀器設(shè)備就是普通的模擬測量設(shè)備。每一種儀器就是一種完全封閉的專用系統(tǒng)。如果想存儲或者進一步處理數(shù)據(jù)，就需河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 要人工繼續(xù)操作。虛擬儀器從最初的概念提出到現(xiàn)在日趨成熟的技術(shù)，這些都離不開計算機技術(shù) 的飛速。簡單來說，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段。 第一階段是使用計算機增強傳統(tǒng)儀器的功能。由于計算機技術(shù)的長足發(fā)展和接口的統(tǒng)一，計算機和外界通信成為可能，只要把儀器和計算機通過特定的接口相連接，用戶就可以通過計算機控制儀器的功能，這使得用計算機控制測控儀器成為一種趨勢。 第二階段是開放式的通用接口和儀器硬件構(gòu)成。隨著時代的發(fā)展，儀器的硬件出現(xiàn)了技術(shù)進步：插入式的計算機數(shù)據(jù)采集卡和儀器總線標準的確立。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成和接口得以統(tǒng)一和不斷開放，這樣就慢慢地消 除了原來由用戶定義和供應(yīng)商定義的儀器功能的區(qū)別。 第三階段，虛擬儀器構(gòu)架和結(jié)構(gòu)得到了廣泛認同和采用。在硬件和軟件領(lǐng)域產(chǎn)生許多行業(yè)標準，有幾個虛擬儀器平臺已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并有趨勢逐漸成為虛擬儀器行業(yè)標準。然后用戶可以把許多儀器的功能通過軟件編寫的方式封裝起來用虛擬儀器實現(xiàn)。 第四階段，虛擬儀器編程的行業(yè)標準產(chǎn)生了，接口、總線、傳輸?shù)榷加型ㄟ^統(tǒng)一的標準，虛擬儀器的作者只要把大部分精力放在程序的開發(fā)和儀器功能的設(shè)計上就可以了，就不需要考慮這些問題。 在以上階段中，可以看出在虛擬儀器技術(shù)發(fā)展中有兩個特別突 出的標志：一個是各種總線標準的建立和應(yīng)用，它從硬件標準上為虛擬儀器鋪平了道路；另一個是圖形化編程語言的出現(xiàn)，用戶不再面對枯燥的代碼，這就使用戶把更多的精力放在程序的流程和效率上面。 167。 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計單片機及其相關(guān)電路，編寫控制程序 設(shè)計基于串行通信的協(xié)議，實現(xiàn)和 LabView 的通信功能 編寫 LabView 程序，通過串行通信實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的溫度值，輸入開關(guān)狀態(tài)的讀取，實現(xiàn)對 LED 的控制。 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2 章 系統(tǒng)方案設(shè)計 167。 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 系統(tǒng)由溫度傳感器、 LED 燈、開關(guān)、串口通信電路、 STC12C5A60S2 單片機 、上位機筆記本電腦一臺。單片機對溫度和開關(guān)量進行采集，經(jīng)過處理，通過串口通信傳輸?shù)缴衔粰C中，由上位機 LabView 軟件進行編程將信息處理并呈現(xiàn)在用戶面前，既能實現(xiàn)人機對話，也能實現(xiàn)遠程控制下位機功能。 167。 系統(tǒng)硬件的選擇 傳感器采用傳統(tǒng)的 DS18B20 傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字值讀數(shù)方式。開關(guān)量 輸入采用開關(guān)量輸入，選用獨立按鍵開關(guān)。 控制器選用 STC12C5A60S2，該單片機具有 8 路 10 位 AD，雙串口，該單片機有 1024 字節(jié)的擴展 RAM，同時，該單片機采用了不分頻執(zhí)行機器周期，同晶振頻率下，運行速度是普通 51 單片機的 12 倍，可不用進行初始化設(shè)置，就可進行在常用波特率下的串口通信。 開關(guān)量 下位機 （ 51 單片機 ） 上位機 （ PC） LED 燈 溫度傳感器 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 167。 元器件的介紹 167。 主控制器（ STC12C5A60S2） STC12C5A60S2 單片機中包含中央處理器（ CPU）、程序存儲器 (Flash)、數(shù)據(jù)存儲器（ SRAM）、定時 /計數(shù)器、 UART 串口、串口 I/O 接口、告訴A/D 轉(zhuǎn)換、 SPI 接口、 PCA、看門狗及片內(nèi) R/C 振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。 STC12C5A6060S2 系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個偏上系統(tǒng)。下圖為該系列單片機引腳圖： 圖 31 STC12C5A60S2 單片機引腳圖 STC12C5A60S2 是 STC 生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期（ 1T）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代 8051 單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。內(nèi)部集成 MAX810 專用復 位電路， 2 路 PWM， 8 路高速10 位 A/D 轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。 增強型 8051CPU， 1T（ 1024G），單時鐘 /機器周期 工作電壓 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 1280 字節(jié) RAM 通用 I/O 口，復位后為：準雙向口 /弱上拉 可設(shè)置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，強推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏 每個 I/O 口驅(qū)動能力均可達到 20mA，但整個芯片最大不要超過 120mA 有 EEPROM 功能 看門狗 內(nèi)部集成 MAX810 專用復位電路 外部掉電檢測電路 時鐘源：外部高精度晶體 /時 鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： 單片機為： 11~17MHz 單片機為： 8~12MHz 4 個 16 位定時器 兩個與傳統(tǒng) 8051 兼容的定時器 /計數(shù)器， 16 位定時器 T0 和 T1 1 3 個時鐘輸出口，可由 T0 的溢出在 ，可由 T1 的溢出在 ，獨立波特率發(fā)生器可以在 口輸出時鐘 1外部中斷 I/O 口 7 路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的 PCA 模塊， Power Down 模式可由外部中斷喚醒，INT0/， INT1/， T0/， T1/， RxD/， CCP0/， CCP0/ 1 PWM2 路 1 A/D 轉(zhuǎn)換， 10 位精度 ADC，共 8 路，轉(zhuǎn)換速度可達 250K/S 1通用全雙工異步串行口（ UART） 1雙串口， RxD2/， TxD2/ 1工作范圍： 40~85 1封裝： LQFP48， LQFP44， PDIP40， PLCC 管腳說明 ~ P0： P0 口既可以作為輸入 /輸 出口，也可以作為地址 /數(shù)據(jù)復用總線使用。當 P0 口作為輸入 /輸出口時， P0 是一個 8 位準雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當 P0 作為地址 /數(shù)據(jù)復用總線使用時，是低 8 位地址線 A0~A7，數(shù)據(jù)線 D0~D7 河南科技大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 標準 IO 口、 ADC 輸入通道 0、獨立波特率發(fā)生器的時鐘輸出 標準 IO 口、 ADC 輸入通道 PCA 計數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端 外部信號捕獲，高速脈沖輸出及脈寬 調(diào)制輸出、第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端 SPI 同步串行接口的從機選擇信號 SPI 同步串行接口的主出從入 (主器件的輸入和從器件的輸出 ) SPI 同步串行接口的主入從出 ~ P2 口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出口（ 8 位準雙向口），也可作為高 8 位地址總線使用。 標準 IO 口、串口 1 數(shù)據(jù)接收端 外部中斷 0，下降沿中斷或低電平中斷 定時器計數(shù)器 0 外部輸入、定時器 0 下降沿中斷、定時計數(shù)器 0 的