【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上述 經(jīng)理的歷程當(dāng)中 ， 我們可以發(fā)現(xiàn)虛擬儀器的發(fā)展有兩個(gè)重要的標(biāo)志 ： 一是總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的確立和應(yīng)用；二 是 使用了圖像化編程語(yǔ)言 ， 用戶(hù)可以很容易的根據(jù)要求編寫(xiě)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(yīng)用 1 監(jiān)控方面 通過(guò)虛擬儀器，我們可以遠(yuǎn)離一些危險(xiǎn)的場(chǎng)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(yuǎn)程發(fā)回給上位機(jī)。 2 教育 教學(xué) 方面 由于虛擬儀器的快速發(fā)展，目前已擴(kuò)展至各個(gè)領(lǐng)域，教育方面 也不例外，引起簡(jiǎn)介的編程方式和高效率的研發(fā)過(guò)程使得教學(xué)部門(mén)也使用該軟件編寫(xiě)教學(xué)管理系統(tǒng)，使得教學(xué)方法更加的靈活。 3 嵌入式系統(tǒng) 因?yàn)樘摂M儀器中有很多通信接口就來(lái)自與嵌入式系統(tǒng)，我們可以通過(guò)虛擬儀 器編寫(xiě)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制下位機(jī)的的狀態(tài)。 可以說(shuō)虛擬儀器應(yīng)用 設(shè)計(jì)各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域，尤其是在工業(yè)控制領(lǐng)域，他的問(wèn)世也是嵌入式技術(shù)的一次革新。 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW 的簡(jiǎn)稱(chēng) 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境 ，器英文全稱(chēng)為 Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，美國(guó)國(guó)家儀器公司 (NATIONAI INSTRUMENTS，簡(jiǎn)稱(chēng) NI)是 LABVIEW 的生產(chǎn)者 。 LabVIEW 為 研發(fā)者提供了一種快速設(shè)計(jì)自己的測(cè)試控制系統(tǒng)的方法，用圖形化編輯語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)，高效，快速準(zhǔn)確。 計(jì)算機(jī)快速的運(yùn)算能力與專(zhuān) 一硬件的采集和傳輸能力結(jié)合在一起 ， 極大地縮小了研發(fā)時(shí)間和研發(fā)成本 。 LabVIEW 技術(shù)移植伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而跟著提高 ， 同時(shí)他還能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與旁路設(shè)備進(jìn)行互相聯(lián)機(jī)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(cè)量?jī)晒δ?，擴(kuò)展性非常強(qiáng)， 并且這十分簡(jiǎn)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(kù)函數(shù)，用戶(hù)只需要調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)自己想要的共能 ， 浙西二庫(kù)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(shí)現(xiàn)仿真調(diào)試，和 C 語(yǔ)言一 樣能夠單步連續(xù)的執(zhí)行程序，進(jìn)行一步一步分析自己程序的可靠性 。 另外 Labview 還有實(shí)時(shí)監(jiān)控程序運(yùn)行的功能，可以設(shè)置斷點(diǎn)和檢測(cè)探頭來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控程序。使得開(kāi)發(fā)起來(lái)更加有效、快捷方便。 LabVIEW 的編程語(yǔ)言和傳統(tǒng)的語(yǔ)言不同，它采用了圖形語(yǔ)言 ———— G 語(yǔ)言 ，這種語(yǔ)言直觀(guān)通俗易懂，編起程序來(lái)高效快速 。 同時(shí)他還方便其他讀者閱讀程序，方便移植和理解。圖形化語(yǔ)言隨著虛擬儀器的告訴發(fā)展將來(lái)定會(huì)成為一種編程標(biāo)準(zhǔn)。 LabVIEW 的基本特點(diǎn) 1 具有良好的圖形用戶(hù)界面 ： LabVIEW 編寫(xiě)出來(lái)的 程序大方美觀(guān)，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(pán)顯示，圖表波形顯示，更加美觀(guān)漂亮。 2 編寫(xiě)方式： Labview 采用的圖形化編程方式比其他語(yǔ)言都簡(jiǎn)單，并且閱讀起來(lái)也很方便的。 3 模塊化和層次分明： LabVIEW 編寫(xiě)的 VI 面板可作為用戶(hù) 層程序 來(lái) 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(dāng) Labview 編好程序后，我們?cè)鯓域?yàn)證自己程序的可行性呢，如果直接放到項(xiàng)目工程中進(jìn)行測(cè)試肯定不現(xiàn)實(shí)，那么我們就可以一部一部讓程序執(zhí)行，通過(guò)觀(guān)察每一塊程序的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證 程序執(zhí)行有沒(méi)有問(wèn)題 。 STC89C51RC 單片機(jī)介紹 單片機(jī)最先是有 intel 的 8031 單片機(jī)發(fā)展而來(lái)的，隨著 Flash 技術(shù)的 迅速發(fā)展， 51 單片機(jī)橫空出世，遍布各個(gè)電子控制行業(yè)，他是目前市面上最普遍的 8位單片機(jī)，后來(lái)由于其廣泛的應(yīng)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(jī)，像 ATMEL 公司的 AT89 系列單片機(jī)，被應(yīng)用到共坑測(cè)量領(lǐng)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(guó)內(nèi)盛行的 51 單片機(jī)主要是宏晶公司推出的 STC 系列單片機(jī)，由于其價(jià)格便宜，能耗低，并且很穩(wěn)定，國(guó)內(nèi)很多地方都還在使用旗下的 51 單片機(jī)。 STC單片機(jī) 發(fā)展歷程從 STC89—— 90—— 10—— 11—— 12—— 15系列 ，分別各有特點(diǎn) 。 STC89 系列是傳統(tǒng)的單片機(jī)和 AT89 系列 單片機(jī)之間相互通用 ，這一系列單片機(jī)為 12T 單片機(jī)。 在 89 系列上直接發(fā)展起來(lái)的是 90 系列， 10 和11 系列 單片機(jī)是比較廉價(jià)的 1T 單片機(jī)， 內(nèi)部設(shè)有硬件 PWM 和 EEPROM 功能 ， 但都沒(méi)有數(shù)模轉(zhuǎn)換功能 。 12 系列 是增強(qiáng)型功能的 1T 單片機(jī)， 具 有 A|D 轉(zhuǎn)換功能 。因?yàn)槠涔δ軓?qiáng)大，價(jià)格低廉所以 是 市場(chǎng)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(wèn)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(jī)的應(yīng)引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。 圖 51 芯片引腳分布 51 單片機(jī)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(jī) P0、 P P P3 共 4 組 32 個(gè) 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(gè)專(zhuān)用寄存器 2 個(gè)可編程定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ， 5 個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)（ 52 有 6 個(gè)） 一個(gè)全雙工串行通信口 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB 外部程序存儲(chǔ)器尋址空間為 64kB 邏輯操作位尋址功能 一個(gè) +5V 電源供電 CPU 由運(yùn)算 器 和控制 器 ，同時(shí)還包括中斷系統(tǒng)和部分外部特殊功能寄存器； RAM（讀寫(xiě)存儲(chǔ)器）存放程序運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的中間過(guò)程變量和一些臨時(shí)變量 ； ROM（制度存儲(chǔ)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(xiě)。 兩個(gè)多功能計(jì)數(shù)器模塊，可設(shè)為定時(shí)器模式或計(jì)數(shù)器 模式： 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)； 一個(gè)全雙工 UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行 I/O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單片機(jī)與微機(jī)之間的串行通信； 單片機(jī)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(shí)現(xiàn)了與單片機(jī)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(shí)的照顧到了編程人員的編程習(xí)慣。 KEIL 是用來(lái)編譯 C 語(yǔ)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(guò)程： STCISP 下載軟件 程序燒錄過(guò)程 新 建 項(xiàng) 目 選 擇 器 件 編 輯 C文 件 編 譯生成HEX文件 選 擇 器 件 型 號(hào) 選 擇 波 特 率 打 開(kāi) 文件 點(diǎn) 擊 下 載 按 鈕 第 三 章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 下位機(jī)以 STC89C52 單片機(jī)為主控制器，以 8 端數(shù)碼管為顯示系統(tǒng)，單片機(jī)根據(jù)定時(shí)器 0 一秒定時(shí)和上位機(jī)的控制數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)碼管循環(huán)計(jì)數(shù)。 同時(shí)，利用LabVIEW20xx 軟件， 編寫(xiě)一個(gè)串口上位機(jī)通信界面 。通過(guò)這個(gè)上位機(jī)界面能夠控制 單片機(jī)循環(huán)計(jì)數(shù)的初值，并且接收單片機(jī)返回的實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)值顯示在上位機(jī)上 。 圖 總體設(shè)計(jì) 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(jìn)度場(chǎng)合，優(yōu)勢(shì)是能耗低，精度高。但是成本高，不容易上手，操作麻煩，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)有點(diǎn)大材小用。 方案二： AVR 價(jià)格稍貴 ,性?xún)r(jià)比高，自制下載線(xiàn)方便 ,存儲(chǔ)空間較大 ,C 編譯器有多種。技術(shù)成熟，資料多，上手容易，性?xún)r(jià)比是它的優(yōu)勢(shì)。 LABVIEW上位機(jī) STC89C51RC 數(shù)碼管顯示 CH340 USB 轉(zhuǎn)串口 方案三： STC89 系列單片機(jī)便宜功耗低，操作簡(jiǎn)單，速度不太好，但是資料成熟， 上手容易。 經(jīng)三方比較， STC89C52RC 實(shí)惠， 資料成熟且其前 ，并且滿(mǎn)足本設(shè)計(jì)需要，容易學(xué)習(xí)，所以選擇該單片機(jī)小系統(tǒng)。 上位機(jī)編程軟件的選擇 方案一 ： Visual 20xx 用 FMC 語(yǔ)言編寫(xiě) windows 窗體控件，里面也有串口控件，需要學(xué)習(xí) C++語(yǔ)言。 方案二： 用 C語(yǔ)言需要學(xué)習(xí) java 語(yǔ)言， java 程序?qū)W習(xí)比較困難。 方案三： 用 Labview 編寫(xiě)上位機(jī)，可視化的編程環(huán)境，圖形化的編程語(yǔ)言，方便快捷并且容易簡(jiǎn)單。 通過(guò)對(duì)比這些 ，我們選擇用 Labview 來(lái)編寫(xiě)本次上位機(jī)。由于其編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，語(yǔ)言容易學(xué)習(xí)。 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(xiě)起來(lái)稍微復(fù)雜點(diǎn)，價(jià)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(duì)比較便宜。 方案三： 用數(shù)碼管顯示，數(shù)碼管編寫(xiě)程序簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，資料齊全，電路設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，只能顯示數(shù)字。 因?yàn)槲覀兇舜卧O(shè)計(jì)只需要顯示循環(huán)變動(dòng)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(jī)設(shè)計(jì) 上位機(jī) 程序內(nèi)容 上位機(jī)上可以設(shè)置通信波特率、數(shù)據(jù)位、停止位，同時(shí)設(shè)有打開(kāi)串口按鈕、停止運(yùn)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(hù)通過(guò)設(shè)置串口通信參數(shù)和打開(kāi)串口按鈕即可與下位機(jī)進(jìn)行串口通信，并將下位機(jī)發(fā)回的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到 PC 機(jī)上，同時(shí)還可以控制循環(huán)的初始值。 上位機(jī)通過(guò)編寫(xiě)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(yàn)位等。通過(guò) WRITE VISA 發(fā)送串口信息，通過(guò) READ VISA 讀取串口信息，并顯示出來(lái)。 上位機(jī)框圖 上位機(jī)前面板框圖： 上位機(jī)創(chuàng)建虛擬儀器過(guò)程 接收區(qū) 打 開(kāi) 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(yùn)行和調(diào)試程序 程序流程圖： 開(kāi)始 打開(kāi)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(jī) LabVIEW 串口通訊的實(shí)現(xiàn) 本上位機(jī)主要用到串口通信模塊， VISA 是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在，也是一個(gè)重要樞紐。 程序外層用一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)加枚舉變量，同時(shí)在循環(huán)結(jié)構(gòu)上添加以個(gè)移位寄存器，使得程序先初始化，再進(jìn)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(guò)前面板就可以設(shè)置波特率為 9600，數(shù)據(jù)位為 8 位，無(wú)奇偶校驗(yàn)， 1 個(gè)停止位。 上位機(jī)主程序框圖 主程序有一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，和若干個(gè)條件結(jié)構(gòu)和一個(gè)事件觸發(fā)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。 程序設(shè)計(jì)的步驟如下： 1．建立新 VI 程序 打開(kāi) Labview 應(yīng)用程序 ， 點(diǎn)擊新建按鈕，然后選擇 VI 從而創(chuàng)建一個(gè)新的 VI程序 。 2．程序前面板設(shè)計(jì) 在 新建的 前面板設(shè)計(jì)區(qū) 右擊鼠標(biāo) 右鍵， 有一個(gè)工具選擇塊，我們可一點(diǎn)擊左上角將其鎖定到前面板 。 （ 1）添加一個(gè)字符串輸入控件： 點(diǎn)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(biāo)簽改為“ 發(fā)送 循環(huán)數(shù)據(jù) （十六進(jìn)制）”， 將鼠標(biāo)移動(dòng)到該控件上并點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵 ，選擇“十六進(jìn)制顯示”。 （ 2）添加一個(gè)字符串顯示控件： 點(diǎn)擊 控件 express字符串輸入控件 ， 雙