【文章內(nèi)容簡介】 上述 經(jīng)理的歷程當中 ， 我們可以發(fā)現(xiàn)虛擬儀器的發(fā)展有兩個重要的標志 ： 一是總線標準的確立和應用；二 是 使用了圖像化編程語言 ， 用戶可以很容易的根據(jù)要求編寫特定功能，提高了研發(fā)的效率，減少了研發(fā)的 成本 。 虛擬儀器的應用 1 監(jiān)控方面 通過虛擬儀器，我們可以遠離一些危險的場所，只需要放置一些高靈敏的傳感器，并將傳感器采集到的數(shù)據(jù)遠程發(fā)回給上位機。 2 教育 教學 方面 由于虛擬儀器的快速發(fā)展，目前已擴展至各個領域，教育方面 也不例外，引起簡介的編程方式和高效率的研發(fā)過程使得教學部門也使用該軟件編寫教學管理系統(tǒng)，使得教學方法更加的靈活。 3 嵌入式系統(tǒng) 因為虛擬儀器中有很多通信接口就來自與嵌入式系統(tǒng)，我們可以通過虛擬儀 器編寫上位機監(jiān)控系統(tǒng)實時控制下位機的的狀態(tài)。 可以說虛擬儀器應用 設計各個行業(yè)領域，尤其是在工業(yè)控制領域，他的問世也是嵌入式技術的一次革新。 LabVIEW 簡介 LabVIEW 的簡稱 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境 ，器英文全稱為 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，美國國家儀器公司 (NATIONAI INSTRUMENTS，簡稱 NI)是 LABVIEW 的生產(chǎn)者 。 LabVIEW 為 研發(fā)者提供了一種快速設計自己的測試控制系統(tǒng)的方法，用圖形化編輯語言進行設計，高效，快速準確。 計算機快速的運算能力與專 一硬件的采集和傳輸能力結合在一起 ， 極大地縮小了研發(fā)時間和研發(fā)成本 。 LabVIEW 技術移植伴隨著計算機技術的發(fā)展而跟著提高 ， 同時他還能通過網(wǎng)絡與旁路設備進行互相聯(lián)機通信 ， 我們只需要添加或減少一部分框圖內(nèi)容即可改變測量兩功能，擴展性非常強， 并且這十分簡單。 LabVIEW 和 Visual C++等一樣也是一種常用的編程工具 ， 它內(nèi)部有很多成熟穩(wěn)定的庫函數(shù)，用戶只需要調(diào)用相應的函數(shù)即可實現(xiàn)自己想要的共能 ， 浙西二庫函數(shù)有數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)處理，穿行通信，聯(lián)網(wǎng)通信，保存數(shù)據(jù)等功能 。 LabVIEW也可以實現(xiàn)仿真調(diào)試，和 C 語言一 樣能夠單步連續(xù)的執(zhí)行程序，進行一步一步分析自己程序的可靠性 。 另外 Labview 還有實時監(jiān)控程序運行的功能，可以設置斷點和檢測探頭來實時監(jiān)控程序。使得開發(fā)起來更加有效、快捷方便。 LabVIEW 的編程語言和傳統(tǒng)的語言不同，它采用了圖形語言 ———— G 語言 ，這種語言直觀通俗易懂，編起程序來高效快速 。 同時他還方便其他讀者閱讀程序，方便移植和理解。圖形化語言隨著虛擬儀器的告訴發(fā)展將來定會成為一種編程標準。 LabVIEW 的基本特點 1 具有良好的圖形用戶界面 ： LabVIEW 編寫出來的 程序大方美觀，有著和傳統(tǒng)儀器一樣的操作面板，各種人性化的控制按鈕，表盤顯示，圖表波形顯示，更加美觀漂亮。 2 編寫方式： Labview 采用的圖形化編程方式比其他語言都簡單，并且閱讀起來也很方便的。 3 模塊化和層次分明： LabVIEW 編寫的 VI 面板可作為用戶 層程序 來 使用， 我們還可以將 VI 制作為子 VI 共其他程序調(diào)用，因此模塊化程度很高。 4 調(diào)試方便： 當 Labview 編好程序后，我們怎樣驗證自己程序的可行性呢，如果直接放到項目工程中進行測試肯定不現(xiàn)實，那么我們就可以一部一部讓程序執(zhí)行，通過觀察每一塊程序的結果來驗證 程序執(zhí)行有沒有問題 。 STC89C51RC 單片機介紹 單片機最先是有 intel 的 8031 單片機發(fā)展而來的，隨著 Flash 技術的 迅速發(fā)展， 51 單片機橫空出世，遍布各個電子控制行業(yè)，他是目前市面上最普遍的 8位單片機，后來由于其廣泛的應用，很多大的公司看上了他的發(fā)展前景，紛紛推出以 51 為內(nèi)核的 8 位單片機，像 ATMEL 公司的 AT89 系列單片機，被應用到共坑測量領域。 Intel 的 80C3 80c5 87C5 80C3等系列： Philips、華邦 dallas等公司的許多產(chǎn)品都是基于 51 內(nèi)核的 。 國內(nèi)盛行的 51 單片機主要是宏晶公司推出的 STC 系列單片機，由于其價格便宜，能耗低，并且很穩(wěn)定，國內(nèi)很多地方都還在使用旗下的 51 單片機。 STC單片機 發(fā)展歷程從 STC89—— 90—— 10—— 11—— 12—— 15系列 ，分別各有特點 。 STC89 系列是傳統(tǒng)的單片機和 AT89 系列 單片機之間相互通用 ，這一系列單片機為 12T 單片機。 在 89 系列上直接發(fā)展起來的是 90 系列， 10 和11 系列 單片機是比較廉價的 1T 單片機， 內(nèi)部設有硬件 PWM 和 EEPROM 功能 ， 但都沒有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能 。 12 系列 是增強型功能的 1T 單片機， 具 有 A|D 轉(zhuǎn)換功能 。因為其功能強大，價格低廉所以 是 市場上的 主流產(chǎn)品。 15 系列是為了去掉外接 晶振，防止因環(huán)境變化引起的頻率飄逸問題，內(nèi)部集成高精度 RC 震蕩電路，因此完全不需要外界晶振即可工作。 下圖分別為 51 單片機的應引腳圖和內(nèi)部結構框圖。 圖 51 芯片引腳分布 51 單片機分為貼片式和直插式，貼片體積小便于集成，直插式體積大但是方便焊接。上圖為直插式 40 引腳原理圖。 圖 c51 單片機 P0、 P P P3 共 4 組 32 個 IO 輸入輸出口； 內(nèi)部有 111 條指令，大部分為單字節(jié)指令 21 個專用寄存器 2 個可編程定時 /計數(shù)器 ， 5 個中斷源， 2 個優(yōu)先級（ 52 有 6 個） 一個全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲器尋址空間為 64kB 外部程序存儲器尋址空間為 64kB 邏輯操作位尋址功能 一個 +5V 電源供電 CPU 由運算 器 和控制 器 ，同時還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； RAM（讀寫存儲器）存放程序運行過程中產(chǎn)生的中間過程變量和一些臨時變量 ； ROM（制度存儲器）用以存放程序、一些原始數(shù)據(jù) ； I/O 口： 輸入輸出口，可讀可寫。 兩個多功能計數(shù)器模塊，可設為定時器模式或計數(shù)器 模式： 五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)； 一個全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信； 單片機編程環(huán)境 KEIL 和下載軟件 STCISP 介紹 Keil 是 ARM 公司發(fā)布的，它包含編譯器、調(diào)試工具實現(xiàn)了與單片機編程的完美工具。提高研發(fā)人員的編程效率，該版本增加了很多常用的功能，切實的照顧到了編程人員的編程習慣。 KEIL 是用來編譯 C 語言的編程環(huán)境如下圖所示 圖 KEIL5LOGO 圖 KEIL5編譯界面 Keil 工程 的建立過程： STCISP 下載軟件 程序燒錄過程 新 建 項 目 選 擇 器 件 編 輯 C文 件 編 譯生成HEX文件 選 擇 器 件 型 號 選 擇 波 特 率 打 開 文件 點 擊 下 載 按 鈕 第 三 章系統(tǒng)方案設計 系統(tǒng)總體方案設計 下位機以 STC89C52 單片機為主控制器，以 8 端數(shù)碼管為顯示系統(tǒng)，單片機根據(jù)定時器 0 一秒定時和上位機的控制數(shù)據(jù)來進行數(shù)碼管循環(huán)計數(shù)。 同時，利用LabVIEW20xx 軟件， 編寫一個串口上位機通信界面 。通過這個上位機界面能夠控制 單片機循環(huán)計數(shù)的初值，并且接收單片機返回的實時計數(shù)值顯示在上位機上 。 圖 總體設計 系統(tǒng)硬件的選擇 核心 控制器選擇 方案一 ： ARM 一般用于高性能高進度場合，優(yōu)勢是能耗低，精度高。但是成本高，不容易上手，操作麻煩，對于步進電機來說有點大材小用。 方案二： AVR 價格稍貴 ,性價比高，自制下載線方便 ,存儲空間較大 ,C 編譯器有多種。技術成熟，資料多，上手容易，性價比是它的優(yōu)勢。 LABVIEW上位機 STC89C51RC 數(shù)碼管顯示 CH340 USB 轉(zhuǎn)串口 方案三： STC89 系列單片機便宜功耗低，操作簡單，速度不太好，但是資料成熟， 上手容易。 經(jīng)三方比較， STC89C52RC 實惠， 資料成熟且其前 ，并且滿足本設計需要，容易學習，所以選擇該單片機小系統(tǒng)。 上位機編程軟件的選擇 方案一 ： Visual 20xx 用 FMC 語言編寫 windows 窗體控件，里面也有串口控件，需要學習 C++語言。 方案二： 用 C語言需要學習 java 語言， java 程序?qū)W習比較困難。 方案三： 用 Labview 編寫上位機，可視化的編程環(huán)境，圖形化的編程語言，方便快捷并且容易簡單。 通過對比這些 ，我們選擇用 Labview 來編寫本次上位機。由于其編程方便，開發(fā)周期短，語言容易學習。 顯示系統(tǒng)選擇 方案一 ： 利用 1602 液晶顯示屏， 1602 可以顯示英文和數(shù) 字，并有成熟的文檔資料，程序編寫起來稍微復雜點，價格也較貴。 方案二： 利用諾基亞 5110LCD 液晶顯示屏模塊顯示?？梢燥@示英文漢字，相對比較便宜。 方案三： 用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管編寫程序簡單，價格低廉，資料齊全，電路設計比較簡單，只能顯示數(shù)字。 因為我們此次設計只需要顯示循環(huán)變動的數(shù)字，所以我們選擇數(shù)碼管顯示電路。 第 四 章 LabVIEW 上位機設計 上位機 程序內(nèi)容 上位機上可以設置通信波特率、數(shù)據(jù)位、停止位，同時設有打開串口按鈕、停止運行按鈕、清空發(fā)送去按鈕、清空接收區(qū)按鈕；還有 接收數(shù)據(jù)顯示文本框和發(fā)送數(shù)據(jù)顯示文本框，用戶通過設置串口通信參數(shù)和打開串口按鈕即可與下位機進行串口通信，并將下位機發(fā)回的數(shù)據(jù)實時顯示到 PC 機上，同時還可以控制循環(huán)的初始值。 上位機通過編寫串口通訊程序，在 labview 中是 VISA，包括 VISA 參數(shù)配置包括波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，校驗位等。通過 WRITE VISA 發(fā)送串口信息，通過 READ VISA 讀取串口信息，并顯示出來。 上位機框圖 上位機前面板框圖： 上位機創(chuàng)建虛擬儀器過程 接收區(qū) 打 開 串 口 發(fā)送數(shù)據(jù) 清空接收區(qū) 清空發(fā)送區(qū) 發(fā)送區(qū) 建立 VI 創(chuàng)建前面板 創(chuàng)建框圖程序 運行和調(diào)試程序 程序流程圖： 開始 打開串口 串口初始化 發(fā)送數(shù)據(jù) 清空緩存區(qū) 發(fā)送串口數(shù)據(jù) 發(fā)送數(shù)據(jù) 發(fā)送循環(huán)初值 清空發(fā)送緩存區(qū) 上位機 LabVIEW 串口通訊的實現(xiàn) 本上位機主要用到串口通信模塊， VISA 是本設計的重點所在，也是一個重要樞紐。 程序外層用一個循環(huán)結構加枚舉變量，同時在循環(huán)結構上添加以個移位寄存器，使得程序先初始化，再進入到接收和發(fā)送函數(shù)。 VISA 子 VI 如下圖 圖 子 VI 子 VI 前面板 通過前面板就可以設置波特率為 9600，數(shù)據(jù)位為 8 位，無奇偶校驗， 1 個停止位。 上位機主程序框圖 主程序有一個循環(huán)結構，和若干個條件結構和一個事件觸發(fā)結構構成。 程序設計的步驟如下： 1．建立新 VI 程序 打開 Labview 應用程序 ， 點擊新建按鈕，然后選擇 VI 從而創(chuàng)建一個新的 VI程序 。 2．程序前面板設計 在 新建的 前面板設計區(qū) 右擊鼠標 右鍵， 有一個工具選擇塊，我們可一點擊左上角將其鎖定到前面板 。 （ 1）添加一個字符串輸入控件： 點擊 控件 express字符串輸入控件， 雙擊將其添加到前面板上，并 將標簽改為“ 發(fā)送 循環(huán)數(shù)據(jù) （十六進制）”， 將鼠標移動到該控件上并點擊鼠標右鍵 ，選擇“十六進制顯示”。 （ 2）添加一個字符串顯示控件： 點擊 控件 express字符串輸入控件 ， 雙