【正文】 ，以多種形式表達(dá)輸出測(cè)量結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理，完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中有巨大的使用價(jià)值。 課題研究意義 ....................................................................... 3 167。 系統(tǒng)硬件選擇 ............................................................................. 6 第 3 章 系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì) ............................................................................ 7 167。 簡(jiǎn)介 ................................................................... 13 167。 鍵盤(pán)電路 .............................................................................. 15 167。 LabView 串口設(shè)置及 HMI 設(shè)計(jì) ............................................. 18 167。 上位機(jī) PC 機(jī) LabView 串口通信實(shí)現(xiàn) ................. 19 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 167。與Visual C＋＋、 Visual Basic 等計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言相比，圖形化編程工具 LabView有一個(gè)重要的不同點(diǎn)：不采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語(yǔ)言 G 編寫(xiě)程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。該函數(shù)庫(kù)，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(chǔ)等。軟面板上具有與實(shí)際儀器相似的旋鈕、開(kāi)關(guān)、指示燈及其他控制部件。利用 LabView 作仿真界面既可直觀表達(dá)儀表儀器亦達(dá)到美觀效果，與其他仿真軟件相比較，其優(yōu)勢(shì)是很明顯的。由于 PC 機(jī)的分析處理能力強(qiáng) ,處理速度快 ,而單片機(jī)價(jià)格低廉、體積小、使用靈活方便 ,所以主機(jī)一般采用 PC 機(jī) ,而從機(jī)則采用單片機(jī)。在美國(guó)，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語(yǔ)言，已成為各大學(xué)理工科學(xué)生的一 門(mén)必修課程，而在我國(guó)虛擬儀器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用正在起步。 167。目前，計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合并且結(jié)合的越來(lái)越緊密是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。另外，計(jì)算機(jī)還能實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理。 (5) 由于計(jì)算機(jī)的體系是開(kāi)放式的，所以虛擬儀器的硬件和軟件都具有開(kāi)放性、可重復(fù)使用的特點(diǎn)。 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(cè)量設(shè)備。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，隨著計(jì)算機(jī)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(gè)階段。隨著時(shí)代的發(fā)展，儀器的硬件出現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步：插入式的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡和儀器總線標(biāo)準(zhǔn)的確立。然后用戶可以把許多儀器的功能通過(guò)軟件編寫(xiě)的方式封裝起來(lái)用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)單片機(jī)及其相關(guān)電路，編寫(xiě)控制程序 設(shè)計(jì)基于串行通信的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)和 LabView 的通信功能 編寫(xiě) LabView 程序，通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)的溫度值，輸入開(kāi)關(guān)狀態(tài)的讀取，實(shí)現(xiàn)對(duì) LED 的控制。 167。 開(kāi)關(guān)量 下位機(jī) （ 51 單片機(jī) ） 上位機(jī) （ PC） LED 燈 溫度傳感器 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 167。下圖為該系列單片機(jī)引腳圖： 圖 31 STC12C5A60S2 單片機(jī)引腳圖 STC12C5A60S2 是 STC 生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代 8051 單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051，但速度快 812 倍。當(dāng) P0 作為地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時(shí)，是低 8 位地址線 A0~A7，數(shù)據(jù)線 D0~D7 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 標(biāo)準(zhǔn) IO 口、 ADC 輸入通道 0、獨(dú)立波特率發(fā)生器的時(shí)鐘輸出 標(biāo)準(zhǔn) IO 口、 ADC 輸入通道 PCA 計(jì)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(hào)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(jī)選擇信號(hào) 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(zhǔn)雙向口），也可作為高 8 位地址總線使用。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 單片機(jī) ADC 由多路開(kāi)關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、 10 位 DAC、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及 ADC_CONTER 構(gòu)成。 需作為 AD 使用的口先將 P1ASF 特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為 ?1?，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。高速暫存 RAM 的結(jié)構(gòu)為 8 字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。該字節(jié)各位的定義如圖 32 所示。 高速暫存 RAM 的第 8 字節(jié) 保留未用，表現(xiàn)為全邏輯 1。單片機(jī)可以通過(guò)單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時(shí)低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以 ℃ ／ LSB 形式表示。因此，可用多只 DS18B20 同時(shí)測(cè)量溫度并進(jìn)行報(bào)警搜索。器件中還有一個(gè)計(jì)數(shù)門(mén)，當(dāng)計(jì)數(shù)門(mén)打開(kāi)時(shí)， DS18B20 就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)而完成溫度測(cè)量。 另外，由于 DS18B20 單線通信功能是分時(shí)完成的，它有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫(xiě)時(shí)序很重要。 PL2303HX 簡(jiǎn)介 PL2303 是 Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的 RS232USB 接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個(gè) RS232 全雙工異步串行通信裝置與 USB 功能接口便利聯(lián)接的解決方案。 通過(guò)利用 USB 塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動(dòng)流量控制，PL2303HX 能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的 UART（通用異步收發(fā)器）端口，高達(dá) 115200bps 的波特率可用于更高的性能使用。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 33 系統(tǒng)主板電路 167。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 34 溫度檢測(cè)電路 167。 LED 燈控制電路 LED 燈一共八個(gè)，分別是白色、黃色、綠色和紅色各兩個(gè)。 串口通信電路 串口通信電路采用的是 USB 接口與上位機(jī)通信。 USB 是一個(gè)外部總線標(biāo)準(zhǔn) ，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。 單片機(jī)接口程序設(shè)計(jì) 單片機(jī)接口程序采用 C51 語(yǔ)言編寫(xiě)，這是專門(mén)為 51 系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率 C 語(yǔ)言編譯器，符合 ANSI 標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)器空間極小，匯編語(yǔ)言更簡(jiǎn)單易用。也就是說(shuō)在下位機(jī)接收到上位機(jī)的命令后 ,才進(jìn)行發(fā)數(shù)據(jù)或進(jìn)行相關(guān)的動(dòng)作 ,它不能主動(dòng)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。 串口設(shè)置及 HMI 設(shè)計(jì) 167。 該函數(shù)主要用于串口的初始化，其主要參 數(shù)的意義如下： VISA resource name： VISA 資源名稱，在這里指串口號(hào)； Baund 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。 VISA CIose關(guān)閉與指定設(shè)備的通訊過(guò)程．釋放系統(tǒng)資源。以 STC12C5A60S2單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)為例．設(shè)計(jì)了 LabView串口設(shè)置及 HMI界面， 如圖 10所示。 上位機(jī) PC 機(jī) LabView 串口通訊的實(shí)現(xiàn) 在程序的開(kāi)始階段首先需要調(diào)用 VISA Configure Serial Port 完成串口參數(shù)的設(shè)置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位等等。當(dāng)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)相等時(shí)， 通信狀態(tài)區(qū)條件結(jié)構(gòu)選擇真，顯示通信正常，當(dāng)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)不相等時(shí)，通信狀態(tài)區(qū)條件結(jié)構(gòu)選擇假，顯示通信異常。 （ 2）添加一個(gè)字符串顯示 控件：控件 → 新式 → 字符串與路徑 → 字符串顯示控件，將標(biāo)簽改為 “返回?cái)?shù)據(jù)（十六進(jìn)制） ”，在該控件上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇 “十六進(jìn)制顯示 ”。 （ 6）添加一個(gè)停止按鈕控件：控件 → 新式 → 布爾 → 停止按鈕，將標(biāo)題改 為 “關(guān)閉 ”。 單片機(jī)串口通訊協(xié)議 單片機(jī)通過(guò)串口每次向上位機(jī)傳送 3 個(gè)有效數(shù)據(jù)： AD AD 8 位按鍵。上位機(jī)接收時(shí)檢測(cè)到 0 時(shí)，即將其后的第 1~2 位減 1，然后和其后第 3 位一并作為 AD AD 8 位按鍵的值。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 結(jié) 論 在虛擬儀器領(lǐng)域，當(dāng)前最引人注目的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言是 NI公司的 LabView。 （ 2） 采用 USB串口數(shù)據(jù)線連接 PC機(jī)與單片機(jī)，用 環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī) PC機(jī)與下位機(jī)單片機(jī)之間的串口通信。 然而，本次設(shè)計(jì)還有一定的不足之處。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 參考文獻(xiàn) [1] 胡漢才，單片機(jī)原理及其接口技術(shù) [M]．清華大學(xué)出版社， 1996． [2] JEFFREYTRAVIS． LabVIEW 大學(xué)實(shí)用教程 [M]．電子工業(yè)出版社， 2020． [3] 趙亮，侯國(guó)銳．單片機(jī) C 語(yǔ)言編程與實(shí)例 [M]．人民郵電出版社， 2020． [4] 張毅剛．單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]．北京：高等教育出版社， 2020． [5] 何立民．單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用．北京航空航天出版社， 2020． [6] 張桐， 陳國(guó)順，王正林．精通 LabVIEW 程序設(shè)計(jì) [M]．電子工業(yè)出版社，2020． [7]袁新艷 .計(jì)算機(jī)外設(shè)與接口技術(shù) [M].高等教育出版社 ,2020. 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