【導讀】程序?qū)崿F(xiàn)方法和軟、硬件的通信三方面進行了闡述。本文設(shè)計出來的汽車虛擬儀表系。統(tǒng)可以實現(xiàn)日期/時間、總里程、當前速度、轉(zhuǎn)速、溫度、油箱存油量等信息的顯示。

　　

【正文】 esource name是 VISA Open函數(shù)所返回的，或者 “流過 ”其他 VISA函數(shù)的，包含了會話信息的 VISA資源名； write buffer為字符串類型的寫入數(shù)據(jù)，輸出參數(shù) dup VISA resource name為輸入?yún)?shù) VISA resource name的一個備份，可用于后繼的 VISA函數(shù)調(diào)用。整型輸出參數(shù) return count返回實際寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) [13]。 （ 4） VISA Close節(jié)點 (圖 54所示 ) 圖 54VISA Close節(jié)點 主要參數(shù)： VISA resource name： VISA資源名稱，本文指串口號。 本文所用 LabVIEW 串口通訊 程序的波特率為 96O0，無奇偶校驗， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位，禁止軟、硬件握手。 該節(jié)點用于將打開的 VISA資源關(guān)閉， VISA resource name輸入?yún)?shù)為包含會話信息的資源名。該函數(shù)關(guān)閉 VISA會話，并釋放與之關(guān)聯(lián)的所有資源 [14]。 （ 5） VISA Open節(jié)點 (圖 55所示 ) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 22 圖 55 VISA Open節(jié)點 該函數(shù)功能為打開一個與 VISA resource name所代表儀器資源的會話。會話是VISA resource name參數(shù)本身隱含攜帶的儀器訪問邏輯標識，可以同時存在對一個VISA資源的 多個訪問會話。在調(diào)用 VISA Open之前 VISA resource name參數(shù)僅僅是一個資源描述字符串，在函數(shù)調(diào)用之后，輸出參數(shù) VISA resource name已經(jīng)攜帶了會話信息，可以用于后繼的 VISA操作。輸入?yún)?shù)為包含會話信息的資源名 [1516]。 當完成 VISA資源的搜索后，對于搜索到的 VISA資源，可以通過 VISA Open節(jié)點打開，建立計算機與這些 VISA資源之間的通信管道。 VISA設(shè)計方法 （ 1） LabVIEW 串口開發(fā)過程 在 LabVIEW環(huán)境中使用串口與在其它 開發(fā)環(huán)境中開發(fā)過程類似，基本的流程框圖如下： 圖 56 首先需要調(diào)用 VISA Configure Serial Port完成串口參數(shù)的設(shè)置 ,包括所用串口號、比特率、一幀信息中有效數(shù)據(jù)的位數(shù)、停止位、奇偶校 驗、數(shù)據(jù)流量控制等，如下圖所示。 圖 57 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 如果初始化沒有問題 ,就可以使用這個串口進行數(shù)據(jù)收發(fā)。 發(fā)送數(shù)據(jù)使用 VISA Write,接收數(shù)據(jù)使用 VISARead。如果 VISA Read要讀取的字節(jié)數(shù)大于緩 沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) ,VISA Read操作將一直等待 ,直至 Timeout或者緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)達到要求的字節(jié)數(shù) [16]。 圖 58 圖 59 在某些特殊情況下 ,需要設(shè)置串口接收 /發(fā)送緩沖區(qū)的大小 ,此時可以使用 VISA Set I/O BufferSize。而使用 VISA Flush I/O Buffer則可以清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。在串口使用結(jié)束后 ,使用 VISA Close結(jié)束與 VISAResource Name指定的串口之間的會話。 （ 2） VISA 屬性設(shè)置及串口實現(xiàn) 首先完成串口的初始化 ,在此設(shè)置波特率為 9600b/s,8 位數(shù)據(jù)位 , 1 位停止位 ,無奇偶校驗 。其次設(shè)置 Write/ Read 等相應(yīng)模塊的功能。 由于硬件在整個工作期間 ,以 9600bit/s的速率連續(xù)向外發(fā)送數(shù)據(jù) ,為了數(shù)據(jù)處理方便 ,可以采用 Serial Read With ,以保證每次從串口緩存中讀出等量偶數(shù)個數(shù)據(jù)。 單片機程序設(shè)計 本文中所做的研究需要將實際采集到的汽車各 種儀表信息存儲到單片機中，由單片機提供數(shù)據(jù)給上位機進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，再通過 PC機的 RS232串行接口與外部設(shè)備進行通信 ,因此需要實現(xiàn) PC機和單片機之間的通信 [17]。本文將論述在 LabVIEW環(huán)境下 PC機與 AT89S52單片機之間實現(xiàn)串行通信的方案。 系統(tǒng)工作流程 下位機的程序包括數(shù)據(jù)采集模塊和串口通信的數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集模塊首先進行黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 24 初始化，通過單片機控制 A/D 轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)采集功能， A/D 模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后發(fā)出中斷，單片機將傳輸 AD 模塊采集的信號到緩沖區(qū)。串口數(shù)據(jù)傳輸模塊在串口通信之前，對串口進行初始化，主要包括串口波特率，數(shù)據(jù)格式，接收中斷的設(shè)置 [18]。當上位機發(fā)送數(shù)據(jù)給下位機，會引起單片機接收中斷，此時進入中斷服務(wù)程序，單片機接收數(shù)據(jù)，比較校驗和，如果相同，發(fā)指令給 PC 機確認，最后將采集到的數(shù)據(jù)通過 RS232 串行接口傳送到 PC 機 [19]。系統(tǒng)工作流程圖如下： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化是 否 有 鍵 按 下接 受 傳 感 器 數(shù) 據(jù)調(diào) 用 按 鍵 子 程 序結(jié) 束調(diào) 用 顯 示 子 程 序延 時 5s向 上 位 機 傳 輸 數(shù) 據(jù)是 否 有 鍵 按 下YYNN 圖 510 系統(tǒng)工作流程 按鍵子程序流程圖 鍵盤掃描查詢子程序，是提供人機信息交換的接口。由于采用掃描法，是利用 CPU在完成其他工作之余，反復掃描查詢鍵盤接口，根據(jù)端口的輸入情況，調(diào)用不同 的按鍵處理子程序。 當按鍵按下時，利用軟件延時去抖動，然后掃描按鍵位置，讀取準確數(shù)值，最后完成一次按鍵處理。按鍵子程序流程圖如圖 511 所示。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 25 開 始是 否 有 按 鍵 按 下結(jié) 束NY 圖 511 按鍵子程序流程圖 顯示子程序流程圖 當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間 為 1～ 5ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。顯示子程序流程圖如圖 512所示。 開 始結(jié) 束顯 示 數(shù) 值段 選 位 選 圖 512 顯示子程序流程圖 數(shù)據(jù)采集程序的實現(xiàn) 單片機程序用 A/D模塊進行采集傳感器的值，然后用 SCI口將采集的值發(fā)給 PC機。 （ 1） A/D轉(zhuǎn)換簡介 在過程控制和儀器儀表中，多由計算機進行實時控制及實時數(shù)據(jù)處理，計算機所加工的信息總是數(shù)字量，而被檢測的對象卻往往是一些連 續(xù)變化的模擬量（如溫度、壓力、速度和流量等），因此需要將模擬量轉(zhuǎn)化成為數(shù)字量，以便在計算機中進行運算處理，此過程稱為模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換 [20]。進行 A/D轉(zhuǎn)換，需要了解以下的基本問題： ○1 采樣精度 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 26 采樣精度就是指數(shù)字量變化一個最小量是模擬信號的變化量，即通常所說的采樣位數(shù)。設(shè)采樣位數(shù)為 N，則最小的能檢測到的模擬量變化值為 1/2N。 ○2 采樣速率 采樣速率是指完成一次 A/D采樣所要花費的時間。速率和所選器件的工作頻率有很大關(guān)系。 ○3 濾波 為了使采樣的數(shù)據(jù)更準確，必須對采樣的數(shù)據(jù)進行篩選去掉誤差較大的數(shù)據(jù)。通常采用中值濾波和均值濾波來提高采樣精度。中值濾波是取 3次采樣的中間值，均值濾波是取多次采樣的算術(shù)平均值。 ○4 物理量回歸 在實際應(yīng)用中，得到穩(wěn)定的 A/D采樣值后，還需要把 A/D采樣值與實際物理量對應(yīng)起來。 A/D轉(zhuǎn)換的目的是把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，供計算機進行處理，但必須知道 A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)值所代表的實際物理量的值，這樣才有實際意義 [21]。 （ 2) A/D轉(zhuǎn)換模塊的基本編 程方法 A/D轉(zhuǎn)換編程主要涉及輸入時鐘寄存器 ADCLK（ $003E）、狀態(tài)和控制寄存器ADSCR（ $003C）、 數(shù)據(jù)寄存器 ADR（ $003D）。 ○1 A/D轉(zhuǎn)換初始化 在程序初始化時就對 A/D轉(zhuǎn)換輸入時鐘寄存器寫入控制字節(jié)，決定時鐘輸入源，決定分頻示數(shù)，是 ADC時鐘頻率達 1MHz，使用內(nèi)部總線時鐘，且 fbus=，則初始化程序為： LDA %00110000 STA ADCLK ○2 啟動 A/D轉(zhuǎn)換 對 A/D轉(zhuǎn) 換狀態(tài)和控制寄存器寫入控制字節(jié)，選取要轉(zhuǎn)換的通道、決定轉(zhuǎn)換結(jié)束數(shù)據(jù)獲取的方式、設(shè)置是連續(xù)轉(zhuǎn)換還是一次轉(zhuǎn)換： LDA %00000000 STA ADSCR ○3 獲 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 若是中斷程序，在 A/D中斷程序中取得，若是查詢方式，通過 A/D狀態(tài)和控制寄存黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 器的第 7位取得，本文用到的是查詢程序，所以程序如下： BRCLR 7,ADSCR LDA ADR （ 3） 單片機 SCI初始化 以下討論對單片機 SCI初始化的具體步驟。 ○1 串口 波特率的設(shè)定 通常使用單片機的串口時，選用的晶振比較固定，常用于何微機通信的波特率也相對固定。本設(shè)計設(shè)定通訊波特率為 9600。 ○2 串口初始化 對單片機 SCI初始化程序，具體步驟如下。 ○1 定義波特率。一般選擇內(nèi)部總線時鐘為串行通信的時鐘源，程序如下： //總線頻率 fbus=，定義波特率 Bt=9600 LDA %00000010 STA SCBR ○2 寫控制字到 SCI控制寄存器 1（ SCC1）。 設(shè)置是否允許 SCI、數(shù)據(jù)長度、輸出格式、選擇喚醒方法、是否校驗等，程序如下： //設(shè)置允許 SCI，正常碼輸出、 8位數(shù)據(jù)、無校驗 LDA %01000000 STA SCC1 ○3 寫控制字到 SCI控制寄存器 2（ SCC2）。 設(shè)置是否允許發(fā)送和接受、是中斷接受還是查詢接收等，程序如下： //設(shè)置允許發(fā)送、允許接收，查詢方式收發(fā) LDA %00001100 STA SCC2 用查詢方式，可以不對 SCI控制寄存器 3（ SCC3）初始化，另外幾 個寄存器供后面編程使用，不需要初始化 2122]。 LabVIEW各功能模塊程序 功能測試模塊 （ 1） 車速表模塊 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 28 車速表的測試需要預先了解設(shè)定目標車型的特征參數(shù)，如車輛特征系數(shù)、車速傳感器的傳感系數(shù)等，然后通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將特征參數(shù)下載到被測儀表，按照測試要求產(chǎn)生脈沖信號。信號的幅值、頻率可以通過手動／自動進行調(diào)整，車速信號具備超速報警提示功能，根據(jù)設(shè)定的超速門限值，高于該門限值時，通過主界面前面板上的超速報警燈閃爍來提示。測試過程也可以手動／自動進行，測試結(jié)果存檔以備查 詢 [79]。 根據(jù)實際采集到的數(shù)據(jù)，將車速表指示范圍設(shè)定為 0～ 300km/h，并設(shè)置當速度超過 250km/h時發(fā)出超速報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值顯示在速度表中。 車速表前面板設(shè)計如圖 44所示，車速表程序框圖如圖 45所示。 圖 44 車速表前面板 圖 45 車速表程序框圖 （ 2） 發(fā)動機轉(zhuǎn)速表模塊 發(fā)動機轉(zhuǎn)速表測試模塊類似于車速表測試模塊，區(qū)別在于它的特征參數(shù)不同。根據(jù)特定車型的情況，通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將發(fā)動機轉(zhuǎn)速比下載到被測儀表，然后對其進 行測試 [7]。 根據(jù)實際采集到的數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)速表指示范圍設(shè)定在 0～ 8000r/min，并設(shè)置當速度超黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 過 6000r/min時發(fā)出轉(zhuǎn)速過高報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值顯示在轉(zhuǎn)速表中。發(fā)動機轉(zhuǎn)速表前面板設(shè)計如圖 46所示，發(fā)動機轉(zhuǎn)速表部分程序框圖如圖 47所示。 圖 46 發(fā)動機轉(zhuǎn)速表前面板 圖 47 轉(zhuǎn)速表部分程序框圖 （ 3） 燃油表的模塊 燃油表的測試需要預先設(shè)定目標車型的燃油測試范圍以及燃油門限報警值，通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將參數(shù)值下載到被測儀表，然后按照測試 要求開始測試[10]。根據(jù)設(shè)定的燃油門限值，低于該門限值時，通過主界面前面板上的燃油報警燈閃爍提示。測試過程可以手動／自動進行。 根據(jù)實際情況將燃油表表指示范圍設(shè)定在 0～ 1，表示不同的油位，并設(shè)置當油位低于 ，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值顯黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 30 示在油表中。 燃油表前面板如圖 48所示，燃油表部分程序框圖如圖 49所示。 圖 48 燃油表前面板 圖 49 燃油表部分程序框圖 （ 4） 溫度表的模塊 根據(jù)實際車型行駛過程中的溫度變化采集需要的數(shù)據(jù)，通過單片機模擬該數(shù) 據(jù)發(fā)送到測試儀表。 將溫度表指示范圍設(shè)定在 50～ 130℃ ，并設(shè)置當溫度超過 120℃ 或小于 50℃ 時發(fā)出溫度異常報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)值顯示在水溫表中。 溫度表前面板設(shè)計如圖 410 所示，溫度表部分程序框圖如圖 41