【文章內(nèi)容簡介】 序圖可知，當(dāng)RS為低電平，RW為高電平時為寫命令操作，控制命令主要是用設(shè)置LCD顯示模式、光標(biāo)的設(shè)置等，單片機將8位數(shù)據(jù)送到LCD并行數(shù)據(jù)總線上，單片機給E數(shù)據(jù)端一個正脈沖信號，就可以將控制命令字寫入LCD。當(dāng)RS為高電平，RW為高電平時為寫數(shù)據(jù)操作，LCD就會將接收到的數(shù)據(jù)在液晶屏上顯示出來。在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示前需要先設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針，這樣才能在想要的位置顯示出數(shù)據(jù)。LCD1602顯示驅(qū)動程序流程圖如圖35所示。 圖35 LCD1602顯示驅(qū)動程序流程圖 根據(jù)以上LCD寫操作時序和LCD顯示驅(qū)動程序流程圖編寫出相應(yīng)的驅(qū)動函數(shù)，部分顯示函數(shù)如下：void Display_LCD_1602_dan_zi(uchar X,uchar Y,uchar Value) //在指定位置{ // 寫入一個字符，X為行，Y為列,Value為寫入的數(shù)據(jù) LocationXY( X, Y)。 //確定字符顯示的位置函數(shù) Write__or_dat(Value,1)。 //寫入數(shù)據(jù)函數(shù)}void Display_LCD_1602_duo_zi(uchar X,uchar Y,uchar *P) //顯示字符串函{ //數(shù),P指向字符串的首地址 LocationXY( X, Y)。 //設(shè)定初始地址 while(*P){ Write__or_dat(*P,1)。P++。} } 串口通信程序 串口通信程序主要包括串口的初始化、串口數(shù)據(jù)發(fā)送，其中串口的初始化主要是用于設(shè)置波特率。在通信中采用的串口通信波特率為9600，在程序設(shè)計中采用查詢法發(fā)送數(shù)據(jù)，串口通信程序流程圖如圖36所示。 圖36 串口通信程序流程圖 在進(jìn)行串口通信程序編寫時，編寫單字節(jié)發(fā)送函數(shù)和字符串發(fā)送函數(shù)，其中部分程序代碼如下：void Sent_Byte(uchar dat) //發(fā)送單字節(jié)函數(shù){ SBUF=dat。 //將數(shù)據(jù)送到緩沖器 while(!TI)。 //判斷是否發(fā)送完 TI=0。 //發(fā)送完清標(biāo)志位}void Sent_Date(uchar *dat) //發(fā)送一個字符串函數(shù){ while((*dat)!= 39。\039。) //如果字符串未結(jié)束，指針++指向下一個字符 { Sent_Byte(*dat)。 //發(fā)送單字節(jié)函數(shù) dat++。 //指針++ } }4 上位機軟件設(shè)計 上位機人機交互界面設(shè)計此次設(shè)計的上位機人機交互界面主要分為兩個窗口，即實時數(shù)據(jù)窗口和歷史數(shù)據(jù)窗口，可以在使用過程中進(jìn)行切換。實時數(shù)據(jù)窗口主要是用于實現(xiàn)4路溫度數(shù)據(jù)的實時顯示、實時溫度變化曲線顯示及實時溫度強度圖顯示。并且可以在本界面設(shè)定串口的有關(guān)配置，如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位等；另外可以設(shè)定設(shè)定溫度采集的速率、報警的溫度上限值、選擇數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)的存儲路徑等；同時可以開始和停止溫度的采集。除此之外，還顯示出模擬的數(shù)控機床熱變形誤差，當(dāng)采集的溫度值超過設(shè)計的溫度上限時，報警指示燈就會閃爍并發(fā)出報警聲。因為實時窗口顯示的數(shù)據(jù)是變動的，鑒于此歷史數(shù)據(jù)窗口主要是用于歷史數(shù)據(jù)的讀取方便數(shù)據(jù)的分析。在進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示時，除了顯示溫度值外，還顯示出采集到溫度所對應(yīng)的時間。圖41 實時數(shù)據(jù)顯示界面人機交互界面的實時數(shù)據(jù)顯示窗口設(shè)計如圖41所示。實時數(shù)據(jù)顯示窗口不僅可以顯示溫度隨時的變化曲線，以及用強度圖表中用顏色淺深來表示溫度大小。除了用數(shù)值來顯示溫度值外，還用4個類似于溫度計的柱體來直觀顯示溫度的大小。圖中開始按鈕可以用來控制數(shù)據(jù)的采集和暫停。 上位機程序框圖設(shè)計 主程序框圖設(shè)計 主程序通過串口接收下位機發(fā)送的4路A/D轉(zhuǎn)換采集到的8位數(shù)字量，通過數(shù)據(jù)處理，計算出溫度值、熱變形誤差，同時能在前面板顯示出來。另外還要實現(xiàn)報警、數(shù)據(jù)存儲和相關(guān)數(shù)據(jù)采集參數(shù)設(shè)定等功能。上位機的整體程序設(shè)計流程圖如圖42所示。 圖42 上位主程序流程圖 LABVIEW串口程序設(shè)計在LABVIEW程序串程序設(shè)計中，主要用到VISA配置串口、屬性節(jié)點、VISA讀取和簡單錯誤處理等幾部分組成，下面分別簡單介紹這幾個節(jié)點的使用。圖43 VISA配置串口如圖43所示為VISA配置串口節(jié)點，通過該節(jié)點可以很方便的對串口的參數(shù)進(jìn)行配置，如波特率、奇偶校驗、停止位等，通過配置好相關(guān)參數(shù)，即對串口進(jìn)行初始化，上位機才能與下位機通過串口通信。 圖44 VISA串口數(shù)據(jù)讀取如圖44所示為串口緩沖區(qū)讀取節(jié)點，通過該節(jié)點可以讀取下位機發(fā)送到串口數(shù)據(jù)緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)。其中有一個比較重要的設(shè)置，就是VISA READ的“字節(jié)總數(shù)”這個輸入，由于在串口通信中，如果指定讀取100個串口緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)，如果當(dāng)前緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)量不足100個時，程序會一直停在VISA READ這個節(jié)點上，如果在超時的時間（默認(rèn)是10秒）內(nèi)還沒有湊足100個數(shù)據(jù)的話，程序就會報“Time out”的錯誤，如果超時時間設(shè)置得太長，有可能導(dǎo)致程序很長時間停止在VISA READ這個節(jié)點上。解決的辦法是使用“Bytes at Port”這個串口的屬性節(jié)點，這個屬性節(jié)點讀取當(dāng)前串口緩沖區(qū)有字節(jié)數(shù)，然后將它的輸出連接到VISA READ的“讀取字節(jié)數(shù)”這個輸入端上即可，這樣當(dāng)前緩沖區(qū)中有多少個字節(jié)就讀回多少個，不會有任何等待，該屬性節(jié)點如圖45所示。圖45 Bytes at Port屬性節(jié)點 將以上幾個節(jié)點正確連接起來，再結(jié)合while結(jié)構(gòu)和判斷結(jié)構(gòu)就可以實現(xiàn)對下位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行不斷的讀取。其部分程序設(shè)計如圖46所示。 圖46 串口數(shù)據(jù)讀取部分程序 串口數(shù)據(jù)幀解碼下位機發(fā)送來的采集到的4路數(shù)據(jù)，在讀取串口的數(shù)據(jù)之后并不知道接收到的數(shù)據(jù)是屬于那一路的，需要將各路的數(shù)據(jù)區(qū)分開來，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。上位機程序的編寫要根據(jù)下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式來解碼，這樣才能獲取正確的數(shù)據(jù)。下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀包括3個部分，包括2個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀頭、4個字節(jié)的數(shù)據(jù)和1個字節(jié)的數(shù)據(jù)幀尾。將讀取的字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)組，再對數(shù)組里的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析，得出想要的數(shù)據(jù)。在程序設(shè)計中通過編寫數(shù)據(jù)幀解析子VI來供主程序調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)幀解析程序采用公式節(jié)點來設(shè)計。公式節(jié)點在程序中相當(dāng)于一個數(shù)據(jù)運算子程序，可以在公式結(jié)點中進(jìn)行類似于C語言的編程，這樣可以大大減小程序的開發(fā)難度。公式節(jié)點可以進(jìn)行參數(shù)的輸入和輸出，參數(shù)的傳遞通過輸入變量和輸出變量來傳遞。在子VI中設(shè)計兩個輸入?yún)?shù)變量，其中一個參數(shù)變量是數(shù)組，另一個參數(shù)變量是數(shù)組的長度，在程序中對輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀解析。首先對數(shù)組的第一個元素進(jìn)行查找，在數(shù)組長度范圍內(nèi)，若找到兩個連續(xù)的數(shù)據(jù)幀幀頭，并且數(shù)組的下標(biāo)加4后的數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)幀的幀尾，則數(shù)組幀頭和幀尾之間的四個字節(jié)即為下位機發(fā)送的4路采集到的數(shù)據(jù)，4個字節(jié)數(shù)據(jù)的通道分別與下位機發(fā)送時的通道相對應(yīng)。公式節(jié)點的程序設(shè)計如圖47所示。 圖47 公式節(jié)點數(shù)據(jù)幀解碼 數(shù)據(jù)處理和顯示將數(shù)據(jù)幀解碼得到的4路數(shù)據(jù)計算出電壓值，再通過電壓值計算出相應(yīng)的溫度值，并通過溫度值計算出熱誤差，數(shù)據(jù)處理子VI如圖48所示。圖48 數(shù)據(jù)處理子VI各通道數(shù)據(jù)經(jīng)過處理之后，就可以將數(shù)據(jù)輸出到人機交互界面進(jìn)行顯示，用波形；用波形圖表用來顯示實時溫度變化曲線，用強度圖表中顏色的淺深來表示溫度的高低，同時在人機交互界面上顯示出各通道的溫度數(shù)值和熱變形誤差。如圖49所示為波形圖表和強度圖表。圖49 波形圖表和強度圖表波形圖表是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。波形圖表會保留來源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。如需在一次更新中向每條曲線傳送多個點，可將一個數(shù)值簇數(shù)組連接到波形圖表，每個數(shù)值代表各條曲線的單個y值點。在設(shè)計中需要向波形圖表傳送多條曲線的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)捆綁為一個標(biāo)量數(shù)值簇，其中每一個數(shù)值代表各條曲線上的單個數(shù)據(jù)點，這樣就可以在波形圖表上同時顯示多條實時溫度曲線。與波形圖表一樣，強度圖表也有一個來源于此前更新而產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。由于強度圖表將顏色作為第三個維度，因此一個類似于顏色梯度控件的標(biāo)尺可定義強度圖表的范圍和數(shù)值到顏色的映射。在強度圖表上繪制一個數(shù)據(jù)塊以后，笛卡爾平面的原點將移動到最后一個數(shù)據(jù)塊的右邊。圖表處理新數(shù)據(jù)時，新數(shù)據(jù)出現(xiàn)在舊數(shù)據(jù)的右邊。如果圖表顯示已滿，則舊數(shù)據(jù)將從圖表的左邊界移出。 數(shù)據(jù)的存儲和讀取數(shù)據(jù)的存儲和讀取主要是通過寫入文本文件和讀取文本文件這兩個節(jié)點來完成。寫入文本文件節(jié)點如圖410所示，將文件路徑設(shè)計為選擇路徑輸入，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時可圖410 寫入文本文件節(jié)點以在人機交互界面上選擇數(shù)據(jù)文件存儲的路徑。讀取文本文件是用于讀取存儲的歷史數(shù)據(jù)，如圖411所示。 圖411 讀取文本文件節(jié)點設(shè)計時通過按下按鈕來讀取文件里存儲的數(shù)據(jù)，并在人機交互界面的歷史數(shù)據(jù)界面上顯示出歷史數(shù)據(jù)，包括歷史溫度曲線圖、歷史溫度強度圖和歷史時間對應(yīng)的溫度值。為了方便數(shù)據(jù)的分析，人機交互界面專門有一個是用來讀取歷史數(shù)據(jù)的，其程序設(shè)計如圖412所示。圖412 讀取歷史數(shù)據(jù)顯示程序 采集速率和溫度報警 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時，數(shù)據(jù)采集過快或者過慢都不方便對的數(shù)據(jù)的觀察和分析，在程序設(shè)計中可以讓用戶可以在人機交互界面上設(shè)定想要的采集速率；其次就在不同的場合，溫度最高上限也不一樣，同樣在設(shè)計中出應(yīng)該考慮到用戶可以設(shè)定不同的溫度報警上限值。其中，溫度報警程序如圖413所示。在程序設(shè)計中使用條件結(jié)構(gòu)來判斷是否執(zhí)行報警程序，將各路采集到的溫度度值與設(shè)定的溫度值進(jìn)行比較，若有其中一路溫度值超過了設(shè)定的溫度值，則條件結(jié)構(gòu)判斷為真，則執(zhí)行報警程序。在報警程序中實現(xiàn)報警聲的輸出及報警指示燈每隔200毫秒紅綠燈進(jìn)行交替閃爍，當(dāng)4路溫度值都與設(shè)定的溫度值低時，則條件結(jié)構(gòu)判斷為假，則報警程序不執(zhí)行，這樣就可以實現(xiàn)報警功能。圖413 溫度報警程序5 原理圖電路仿真 為了更進(jìn)一步確保本方案設(shè)計的可以行，在進(jìn)行硬件電路實物的制作之前，先通過使用仿真軟件對設(shè)計方案進(jìn)行軟件仿真。設(shè)計仿真主要使用Proteus仿真軟件和虛擬串口軟件。下位機硬件電路仿真原理圖如圖51所示， 圖51 硬件電路原理仿真圖圖中只畫出了4路放大電路中其中的1路放大電路，其它3路放大與其完全相同。仿真時另外三路放大器的電壓輸出用三個滑動變阻器來模擬溫度傳感器經(jīng)放大后的電壓輸出。在上圖的仿真原理圖中只實現(xiàn)了溫度傳感器、放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和LCD1602顯示電路的仿真，而串口通信并未實現(xiàn)仿真。在進(jìn)行串口通信仿真時，首先需要安裝一個虛擬串口軟件VSPD XP 5，安裝成功后打開如圖52所示，會虛擬出兩個串口COM1和COM2，通過這兩個虛擬串口，就可以實現(xiàn)串口通信的仿真。在進(jìn)行串口通信仿真前需要設(shè)置好仿真原理圖中的串口，其串口參數(shù)設(shè)置如圖53所示，選擇串口號COM1，其中串口波特率為9600,數(shù)據(jù)為8位，停止位1位，沒有奇圖52 虛擬串口偶校驗位。設(shè)置好這些參數(shù)之后，還需要打開串口調(diào)試助手，串口調(diào)試助手的設(shè)置除了串口號選擇COM2不同外，其它設(shè)置必須與與Proteus中串口的設(shè)置一致。設(shè)置好串口調(diào)試助手之后，運行仿真程序，點擊串口調(diào)試助手中打開串口按鈕，若可以進(jìn)行正常的串口通信，接收窗口將會顯示單片機發(fā)送來數(shù)據(jù)。串口仿真結(jié)果如圖54所示，在仿真程序中串口發(fā)送的一幀數(shù)據(jù)一共有7個字節(jié)，數(shù)據(jù)幀幀頭為0x31和0x32，數(shù)據(jù)幀幀尾為圖53 仿真串口參數(shù)設(shè)置0x33,幀頭和幀尾之間的數(shù)據(jù)為A/D采集到的數(shù)據(jù)。從下圖接收到的數(shù)據(jù)分析可知，串口仿真成功。同理，上位機串接收數(shù)據(jù)的仿真也可以通過這兩個虛擬串口進(jìn)行仿真。 圖54 串口數(shù)據(jù)接收仿真6 調(diào)試及軟件驗證 制作流程要點 下面分步驟介紹制作流程要點：（1）使用DXP 2004 SP2軟件繪制出電路的原理圖，然后生成PCB圖，由于此次硬件放大電路需要用到較多的元器件，因此為了方便布線，選擇使用雙面板布線。在制作雙面板時應(yīng)該選擇手動布線，在布要注意適當(dāng)?shù)奶砑舆^孔，方便以后電路板的焊接。然后對軟件繪制的PCB板圖進(jìn)行檢查，看是否存在有短路和斷路、錯誤連線等一些情況的出現(xiàn)。（2）PCB圖檢查完畢后，將PCB圖打印出來，因為制作的PCB為雙面板，所以需要注意將PCB的頂層和底層進(jìn)行進(jìn)行對孔，并訂裝好。在把打印的PCB圖印到電路板之前，先要把銅板用砂紙擦干凈，以免有雜質(zhì)影響電路圖的印制；然后通過熨斗將油印好的PCB燙到覆銅板上,在用熨斗燙覆銅板時要仔細(xì)，并且毎個地方都要燙到，直到看到清晰的電路輪廓。（3）查看覆銅板上使用熨斗燙印的連線是否有脫落或者斷掉的情況出現(xiàn)，如果存在小范圍的這種情況，可以使用油性筆進(jìn)行描繪補齊斷線和脫落塊，如果存在大范圍的脫落時，需要將銅板沖洗干凈，重新燙印一次電路。然后腐蝕電路板，腐蝕后需要檢查是否存在有銅皮未腐蝕完的現(xiàn)象。在腐蝕過程中要注意掌握時間，時間不能夠太長，最后將腐蝕好的