【正文】 方式及各硬件電路的設(shè)計(jì)。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 課題研究的主要內(nèi)容 本文重點(diǎn)介紹了利用 LabVIEW 開(kāi)發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)上位機(jī)的監(jiān)控界面，上位機(jī)通過(guò) USB轉(zhuǎn) RS232 串行口與 89E52 單片機(jī)通信，讀取溫度傳感器 DS18B20 的溫度 測(cè)量數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。 在國(guó)內(nèi)己 有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器 ,國(guó)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè) :未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)將有 50%的儀器為虛擬儀器。除了上述的幾種開(kāi)發(fā)軟件之外，美國(guó) HP 公司的 HVEE 和 HPTIG 軟件，美國(guó) Tektronix 公司的 EzTest 和TekTNS 軟件，以及美國(guó) HEM Data 公司的 SanpMaster 軟件，也是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。美國(guó)斯坦福大學(xué)的機(jī)械工程系要求三、四年級(jí)的學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)控制。利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)，加上適當(dāng)?shù)膬x器硬件和應(yīng)用軟件 (如 LabVIEW)構(gòu)成虛擬儀器，使其既具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，又能讓用戶(hù)根據(jù)自己的需求變化隨時(shí)定義，實(shí)現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用要求。用戶(hù)通過(guò)顯示器友好的圖形界面操作計(jì)算機(jī)，完成對(duì)被測(cè)量的數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示、存儲(chǔ)等整套測(cè)試工作，如同操作一臺(tái)自行定義與設(shè)計(jì)的專(zhuān)用傳統(tǒng)儀器一樣。 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速 發(fā)展，傳統(tǒng)儀器己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱(chēng) NI）率先提出虛擬儀器 (Virtual Instrumentation)的概念，它徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠(chǎng)家定義生產(chǎn)，用戶(hù)無(wú)法改變的模式，從而使測(cè)控儀器發(fā)生了一場(chǎng)巨大的變革。 MCU。 關(guān)鍵詞 ： LabVIEW； 接口技術(shù) ； 單片機(jī)；溫度 II Abstract With the continuous development of measurement and control technology, and its technology is toward automation, intelligent, digital and work development. The pany put forward the NI software is instrument concept, so LabVIEW arises at the historic moment. Detection in today39。 檢測(cè)在當(dāng)今社會(huì)的許多工業(yè)中不和或缺，有些環(huán)境惡劣的地方更是離不開(kāi)遠(yuǎn)程的檢測(cè)系統(tǒng)。美國(guó) NI 公司的提出了 “ 軟件就是儀器 ” 的概念，于是 LabVIEW 應(yīng)運(yùn)而生。 LabVIEW 的通信模 塊 NIVISA 在 版本之后開(kāi)始支持 USB 串口，使下位機(jī)與LabVIEW 通信時(shí)可以不通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡接收下位機(jī)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使 LabVIEW 的靈活性和實(shí)用性更好，節(jié)約了硬件部分的成本。 Interface technology。這種框架結(jié)構(gòu)決定了它只能由儀器廠(chǎng)家來(lái)定義、制造，而且功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶(hù)無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。 虛擬儀器是通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能模塊硬件結(jié) 合在一起的一種全新的測(cè)控儀器系統(tǒng)。 目前，電子測(cè)量?jī)x器發(fā)展中出現(xiàn)的虛擬儀器概念己經(jīng)逐步被很多領(lǐng)域所接受，對(duì)實(shí)現(xiàn)柔性的測(cè)控系統(tǒng)具有明顯的推動(dòng)作用。在美國(guó)虛擬儀器及其圖形編程語(yǔ)言，己經(jīng)作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門(mén)必修課。 LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開(kāi)發(fā)軟件； Labwindows/CVI 是為熟悉 C 語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員設(shè)計(jì)的、在 Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開(kāi)發(fā)軟件。虛擬儀器的開(kāi)發(fā)廠(chǎng)家，為了擴(kuò)大虛擬儀器的功能，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面也做了許多工作，發(fā)布了各種軟件，建立了數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)，使虛擬儀器發(fā)展成為能夠組建極為復(fù)雜自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)控制與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及方案，對(duì)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行選擇。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 虛擬儀器 概述 虛擬儀器的概念 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)的要求，美國(guó)國(guó)家儀器公司率先提出虛擬儀器的概念，它徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠(chǎng)家定義、用戶(hù)無(wú)法改變的模式，使得用戶(hù)可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，以滿(mǎn)足多樣化的需求。利用計(jì)算機(jī)屏幕形象、方便地模擬各種儀器控制面板，以各種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果 。 虛擬儀器的主要特點(diǎn) 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的富有生命力的儀器種類(lèi)。而且，虛擬儀器充分利用了計(jì)算機(jī)豐富的圖形用戶(hù)界面資源，建立圖形化軟面板來(lái)代替常規(guī)的儀器控制面板，真正做到界面友好、人機(jī)交互。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器，它是一種基于 Web技術(shù)的新型虛擬儀器，使得虛擬儀器成為 Inter的一部分，可方便地構(gòu)建遠(yuǎn)程自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化。虛擬儀器利用軟件，選配一個(gè)或幾個(gè)帶有共性的基本儀器硬件來(lái)組成一個(gè)通用硬件平臺(tái)，通過(guò)調(diào)用不同的軟件來(lái)擴(kuò)展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)，由于虛擬儀器具有標(biāo)準(zhǔn)性、開(kāi)放性和模塊化結(jié)構(gòu)，用戶(hù)可以將儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)，提高可重復(fù)利用率。只要提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就構(gòu)成了基于計(jì)算機(jī)組成的虛擬測(cè)量測(cè)試儀器。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 虛擬儀器的硬件構(gòu)成框圖 基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器，它是以信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡 (Data Acquisition，簡(jiǎn)稱(chēng) DAQ)及 PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)，采用 PCI或 ISA計(jì)算機(jī)本身的總線(xiàn)，將 DAQ直接插入PC機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的總線(xiàn)擴(kuò)展插槽即可，因此這種虛擬儀器又稱(chēng) PCDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。其中，控制其安裝在零號(hào)槽中，稱(chēng)為零槽控制器。 基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的虛擬儀器，它是以 Field Bus標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn)儀器及 PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái)。軟件可以定義為各種儀器，可以說(shuō) “軟件即是儀器 ”。虛擬儀器系統(tǒng)的軟件從底層到頂層可分為三個(gè)層次，即 VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序。 應(yīng)用軟件，它是建立在儀器驅(qū)動(dòng)程序之上，需由用戶(hù)自己編寫(xiě)，通過(guò)提供直接友好的測(cè)控操作界面，豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能來(lái)完成自動(dòng)測(cè)控任務(wù)。得到工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍認(rèn) 可和好評(píng)。特別是對(duì)于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件工程師、工程技術(shù)人員和測(cè)試技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，編程就像設(shè)計(jì)電路圖一樣；因此，硬件工程師、工程技術(shù)人員和測(cè)試技術(shù)人員們學(xué)習(xí) LabVIEW駕輕就熟，在較短的時(shí)間內(nèi)就能 夠?qū)W會(huì)并應(yīng)用 LabVIEW，也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。 LabVIEW的動(dòng)態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動(dòng)態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)流向及其變化情況，比其它語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境更方便、更有效。用戶(hù)可以將一個(gè)應(yīng)用分解為多個(gè)任務(wù)，再將任務(wù)細(xì)分，將一個(gè)復(fù)雜的應(yīng)用分解為多個(gè)簡(jiǎn)單的子任務(wù)，為每個(gè)子任務(wù)建立一個(gè) VI，然后把這些 VI組合在一起成為最終的應(yīng)用程序。諾依曼計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式。這樣， LabVIEW中被連接的功能節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流就能控制 程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。前面板接收來(lái)自程序圖的指令。首先，從功能菜單中選擇需要的功能節(jié)點(diǎn)，將之置于面板上合適的位置；然后用線(xiàn) (Wires)連接各功能節(jié)點(diǎn)在程序圖中的端口，用來(lái)在功能節(jié)點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)。顯然 LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計(jì)的概念。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中協(xié)調(diào)使用 LabVIEW，共享軟件及信息資源，可以節(jié)約大量的時(shí)間和金 錢(qián)。 應(yīng)用于過(guò)程控制和工廠(chǎng)自動(dòng)化 :可利用 LabVIEW來(lái)建立過(guò)程控制和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用系統(tǒng)。 LabVIEW系列產(chǎn)品，包括用于 可靠、確定性控制的實(shí)時(shí) LabVIEW (LabVIEW RT)軟件，能夠快速、準(zhǔn)確的建立起功能強(qiáng)大的機(jī)器監(jiān)視和自動(dòng)控制應(yīng)用程序。本章分別闡述了它的概念、特點(diǎn)、組成、及應(yīng)用等內(nèi)容，并介紹了虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)及 NI公司的提供的圖形化編程語(yǔ)言 LabVIEW的特點(diǎn)及應(yīng)用。 溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線(xiàn)顯示，而且具有數(shù)字顯示和波形圖顯示。兩個(gè)部分是通過(guò) PC 機(jī)中的 USB 串口進(jìn)行通信的。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 總體設(shè)計(jì)框圖 本章小結(jié) 本章主要討 論了溫度檢測(cè)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。同時(shí)選擇 LabVIEW 作為溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，幾乎所有計(jì)算機(jī)都配有 RS232 總線(xiàn)接口。 GPIB 是通用接口總線(xiàn)的簡(jiǎn)稱(chēng)， HP公司在 70年代推出的臺(tái)式儀器接口總線(xiàn)。 VXI 總線(xiàn)是“用于儀器的 VME 總線(xiàn)擴(kuò)展”的簡(jiǎn)稱(chēng)。 VXI 系統(tǒng)綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、 GPIB 技術(shù)、 PC 儀器技術(shù)、接口技術(shù)、 VME 總線(xiàn)和模塊化結(jié)構(gòu)技術(shù)的成果，具有小型便攜、高速數(shù)據(jù)傳輸、模塊式結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)組建靈活等特點(diǎn)。而且價(jià)格昂貴，尤其是 VXI 總線(xiàn)，不適用于低成本的場(chǎng)合。標(biāo)準(zhǔn) USB 電纜為 3m，使用低速傳輸方式時(shí)可為 5m，通過(guò) Hub 或中繼器可使傳輸距離達(dá)到 30m。由于 USB 總線(xiàn)具有傳輸速度高，擴(kuò)展性好，連接方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，而且價(jià)格適中，非常適合本設(shè)計(jì)的 溫度檢測(cè) 系統(tǒng)，因此我們采用了 USB 總線(xiàn)作為系統(tǒng)的通信方式 ]4[ 。如圖 是 USB系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，被分為了三個(gè)邏輯層 :功能層、 USB 設(shè)備層、 USB 接口總線(xiàn)層，且每一層都由主機(jī)和 USB 設(shè)備的不同功能模塊組成 ]5[ 。它一般包括 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和界面應(yīng)用程序兩部分。而界面應(yīng)用程序負(fù)責(zé) 和 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行接口，以操縱 USB 設(shè)備，并向用戶(hù)提供可視化的操作。它一般包括 USB 總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)程序、 USB 主控制器驅(qū)動(dòng)程序和非USB 主機(jī)軟件三部分這些軟件通常由操作系統(tǒng)提供，所以這部分不是重點(diǎn)。該模塊與 USB 系統(tǒng)軟件的接口依賴(lài)于主控制器的硬件實(shí)現(xiàn)，所以這部分也不是重點(diǎn)。其中 SIE、端點(diǎn)、接 口都是 USB 設(shè)備的組成單元。在 USB 設(shè)備中端點(diǎn)分為了兩類(lèi) :一類(lèi) 0 號(hào)端點(diǎn)，也叫控制端點(diǎn)。 NIVISA 概述 N1VISA簡(jiǎn)介 VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是一個(gè)用來(lái)與各種儀器總線(xiàn)進(jìn)行通訊的高級(jí)應(yīng)用編程接口（ API）。這表示 PC機(jī)與 USB 設(shè)備通過(guò)發(fā)送指令和數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊，而這些指令和數(shù)據(jù)是通過(guò)總線(xiàn)以文本或二進(jìn)制數(shù)據(jù)的形式發(fā)送的。 USB INSTR 設(shè)備是符合USBTMC 協(xié)議的 USB 設(shè)備 ， 可以通過(guò)使用 USB INSTR 類(lèi)函數(shù)控制 ,通信時(shí)無(wú)需配置NIVISA； 而 USB RAW 設(shè)備是指除了明確符合 USBTMC 規(guī)格的儀器之外的任何 USB設(shè)備 ,通信時(shí)要配置 NIVISA。 ViWrite， 向 VISA resource name 指定的設(shè)備寫(xiě)入數(shù)據(jù)。 圖 USB設(shè)備讀寫(xiě)框圖 LabVIEW2021 中串口的配置 VISA 配置串口控件如圖 所示。 VISA 讀取控件如圖 所示。按位合并緩沖區(qū)屏蔽可同時(shí)刷新多個(gè)緩沖區(qū)。 VISA 關(guān)閉控件如圖 所示。應(yīng)用 labview的圖標(biāo)（即儀器驅(qū)動(dòng)程序）設(shè)置串口，讀串口里的數(shù)據(jù)。需要注意的是系統(tǒng)從串口讀來(lái)的數(shù)據(jù)被自動(dòng)轉(zhuǎn)換為 ASCII字符，要想得到數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)中還用到了一個(gè)子 VI，該子 VI的程序框圖和前面板如圖 。顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置?？傮w功能是接收下位機(jī)采集得到的溫度數(shù)據(jù)，并且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和記錄，通過(guò)前面板限定溫度值，當(dāng)溫度超出限定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。程序運(yùn)行前，首先要選擇下位機(jī) 的連接端口，才可以從下位機(jī)讀取溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)。 實(shí)時(shí)溫度表，用于檢測(cè)溫度變化。 本程序的程序框圖如圖 所示。 系統(tǒng)延時(shí)，減緩系統(tǒng)的運(yùn)行速度，減少上位機(jī)部分 CPU和內(nèi)存的使用率。 溫度 檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)時(shí)溫度值與溫度設(shè)定值比較，當(dāng)布爾量為 F 時(shí)，綠燈亮，當(dāng)布爾量為 T 時(shí)紅燈亮，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)報(bào)警功能。 溫度信一號(hào)由 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器測(cè)得，由單片機(jī)組成的小系統(tǒng)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，然后通過(guò) PC 機(jī)的 RS232 串口將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的LabVIEW 程序?qū)斎氲臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，將結(jié)果由計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)，同時(shí)計(jì)算機(jī)中LabVIEW 對(duì)設(shè)定溫度值進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 采用 80C51 內(nèi)核。 IAP 空間最大到 6KB,與 ISP 空間共享數(shù)據(jù)空間，要使用 IAP，必須設(shè)置 ISP 空間最小為 1K。 8 個(gè)中斷源， 4 級(jí)優(yōu)先級(jí)。使能后，不能關(guān)閉。 沈陽(yáng)理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 1芯片內(nèi)程序 /數(shù)據(jù) FLASH 存儲(chǔ)器：