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LabVIEW是一個(gè)劃時(shí)代的圖形化編程系統(tǒng)，應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、信號(hào)分析等方面，它為不熟悉文本語(yǔ)言編程的專業(yè)科技工作者在測(cè)控領(lǐng)域建立計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)——虛擬儀器，提供了一個(gè)便捷、輕松的圖形化設(shè)計(jì)環(huán)境。由于其靈活、簡(jiǎn)單易用、開(kāi)發(fā)效率高等特點(diǎn)，正逐漸成為科技工作者進(jìn)行儀器應(yīng)用與開(kāi)發(fā)的得力工具。數(shù)據(jù)采集是開(kāi)發(fā)過(guò)程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，NI公司提供了各種不同類型的基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡，但是其價(jià)格昂貴，對(duì)于小型企業(yè)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面仍存在著不可避免的資金問(wèn)題。而市面上銷售的第三方開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集卡，由于不具備對(duì)LabVIEW的直接支持，需要用戶開(kāi)發(fā)其驅(qū)動(dòng)程序，使用也不方便。如果采用以凌陽(yáng)16位單片機(jī)SPCE061A作為前端數(shù)據(jù)采集，通過(guò)串口進(jìn)行與LabVIEW的數(shù)據(jù)通訊，就可實(shí)現(xiàn)低成本、靈活方便、接口簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這對(duì)于許多信號(hào)頻率不是太高的場(chǎng)合，此方案無(wú)疑非常便利。本文所介紹的就是這樣一種利用LabVIEW 對(duì)SPCE061A的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)交換、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的數(shù)據(jù)采集及分析系統(tǒng)。 本系統(tǒng)主要包含兩部分的設(shè)計(jì)：LabVIEW部分設(shè)計(jì)和SPCE061A數(shù)據(jù)采集與串口通訊部分設(shè)計(jì)。 1 LabVIEW部分設(shè)計(jì) 1.1 VISA簡(jiǎn)介 LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的VISA庫(kù)。VISA（Virtual Instrument Software Architecture——虛擬儀器軟件規(guī)范，是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA庫(kù)駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，完成計(jì)算機(jī)與儀器之間的連接，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的程序控制，其實(shí)質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的API。VISA本身不具備編程能力，它是一個(gè)高層API，通過(guò)調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的編程，其層次如圖1(a)所示。VISA是采用VPP標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件，其軟件結(jié)構(gòu)應(yīng)包含三部分，如圖1(b)所示。 圖1 與其它現(xiàn)存的I/O接口軟件相比，VISA的I/O控制功能具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：適用于各種儀器類型如VXI儀器、GPIB儀器、RS-232 串行儀器、消息基器件、寄存器器件、存儲(chǔ)器器件等儀器）；適用于各種硬件接口類型；適用于單、多處理器結(jié)構(gòu)或分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；適用于多種網(wǎng)絡(luò)機(jī)制。 VISA的I/O的軟件庫(kù)的源程序是唯一的，其與操作系統(tǒng)及編程語(yǔ)言無(wú)關(guān)，只是提供了標(biāo)準(zhǔn)形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出。 1.2 VISA庫(kù)中的串口函數(shù) 本文用到的主要的串口通訊函數(shù)調(diào)用路徑為：Functions→Instrument I/O→VISA→VISA Advanced→Interface→Specific→Serial中。 1） VISA Configure Serial Port節(jié)點(diǎn)（如圖2所示） 圖2 VISA Configure Serial Port.vi圖標(biāo)及其端口 該節(jié)點(diǎn)主要用于串口的初始化。主要參數(shù)意義如下： VISA resource name：設(shè)置串口號(hào)。 baud rate：設(shè)置波特率，默認(rèn)值為9600。 data bits：設(shè)置數(shù)據(jù)位。該位應(yīng)在5～8之間，默認(rèn)值為8。 parity：奇偶校驗(yàn)位，默認(rèn)值為無(wú)校驗(yàn)、偶校驗(yàn)等。 stop bits：設(shè)置停止位，可以為1、1.5、2。 flow control：用于設(shè)置握手信號(hào)類型。 2） VISA Read節(jié)點(diǎn)（如圖3所示） 圖3 VISA Read.vi 圖標(biāo)及其端口 該節(jié)點(diǎn)為串口讀子VI，為本文中的主要節(jié)點(diǎn)，將串口中的數(shù)據(jù)讀出，然后利用LabVIEW的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理功能對(duì)其進(jìn)行分析處理。主要參數(shù)意義如下： VISA resource name：設(shè)置串口號(hào)。 byte count：設(shè)置讀取字節(jié)數(shù)。 read buffer：從串口讀取的字符。 由于LabVIEW的串行通訊子VI只允許對(duì)字符串的讀寫(xiě)，因此本文中在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須要實(shí)現(xiàn)字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換。此外，若要讀入當(dāng)前串口中的所有字符，則要先執(zhí)行“VISA Bytes at Serial Port”子VI，用以確定將要讀入的確切的字節(jié)數(shù)，然后將其輸出作為VISA Read節(jié)點(diǎn)的輸入即可。 2 SPCE061A數(shù)據(jù)采集與串口通訊部分設(shè)計(jì) 2.1硬件部分 SPCE061A內(nèi)置8通道10位模-數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào) (例如電壓信號(hào)) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào), 可以直接通過(guò)引線(IOA[0~6])輸入。另外一個(gè)通道只用于語(yǔ)音輸入，即通過(guò)內(nèi)置自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道(MIC_IN)輸入。實(shí)際上可以把模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC，Analog to Digital Converter)看作是一個(gè)實(shí)現(xiàn)模/數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的編碼器。在ADC內(nèi)，由數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0和逐次逼近寄存器SAR組成逐次逼近式模-數(shù)轉(zhuǎn)換器。另外，SPCE061A內(nèi)置UART模塊，UART模塊提供了一個(gè)全雙工標(biāo)準(zhǔn)接口，用于完成SPCE061A與外設(shè)之間的串行通訊。借助于IOB口的特殊功能和UART IRQ中斷，可以同時(shí)完成UART接口的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程。UART模塊的接收管腳Rx和Tx分別與IOB7和IOB10共用。 本電路采用RS-232串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在電氣特性上，RS-232采用負(fù)邏輯，要求高低兩信號(hào)間有較大的幅度，標(biāo)準(zhǔn)為：邏輯“1”在-5V～-15V之間，邏輯“0”在+5V~+15V之間，通常采用-1V左右為邏輯１，+10V左右為邏輯0。本電路采用符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)芯片MAX232EPE實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。由于SPCE061A的信號(hào)輸入輸出為T(mén)TL電平，邏輯1為3.3V左右，邏輯0為0.4V左右，而MAX232EPE要求+5V供電，因此，在 MAX232EPE和SPCE061A之間加了電平匹配電路。 整個(gè)電路接口簡(jiǎn)單，可靠性高。硬件部分原理圖如圖5所示 圖5 硬件原理圖 2.2軟件部分 LabVIEW軟件與串口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊的程序圖，如圖6所示，由于SPCE061A發(fā)送給Labview的是字符串?dāng)?shù)據(jù)，所以先把該字符串轉(zhuǎn)換為字符數(shù)組，然后通過(guò)一個(gè)數(shù)組索引指定數(shù)組的第一個(gè)字符顯示并形成波形。 圖6. LabVIEW串口通訊程序圖 單片機(jī)SPCE061A利用通用串行接口UART實(shí)現(xiàn)串口通訊部分程序： //************************主程序*****************************************// L_ResendData: L_Check_TxRDY: R2 = [P_UART_Command2]; R2 &= 0x0040; //檢測(cè)輸出是否READY JZ L_Check_RxRDY; //發(fā)送8位十六進(jìn)制數(shù)cc R1 = [recFlag]; CMP R1,0x0000; //是否接收過(guò)數(shù)據(jù) JZ L_Check_RxRDY; [P_UART_Data] = R4; //發(fā)送數(shù)據(jù) R1 = 0x0000; [recFlag] = R1; L_Check_RxRDY: R2 = [P_UART_Command2]; //檢測(cè)是否有數(shù)據(jù)接收 R2 &= 0x0080; JZ L_Check_RxRDY; R4 = [P_UART_Data]; //接收數(shù)據(jù) R1 = 0x0001; [recFlag] = R1; //設(shè)置接收標(biāo)識(shí)符 goto L_ResendData; 3．應(yīng)用實(shí)例 如圖7所示，利用該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行一溫度數(shù)據(jù)的采集，在圖5的硬件原理圖中，將鉑熱電阻PT100測(cè)得的溫度電壓值（該測(cè)溫電路由電壓跟隨和電壓放大電路組成）送入到SPCE061A的IOA4端口，通過(guò)該路AD轉(zhuǎn)換通道，將電壓值經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換為16進(jìn)制數(shù)據(jù)值，并將處理后的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送給LabVIEW，經(jīng)過(guò)分析對(duì)比PT100鉑電阻準(zhǔn)確的溫度曲線與所測(cè)得的溫度曲線可以得出在該溫度采集系統(tǒng)的軟件編程過(guò)程中應(yīng)該對(duì)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)乘以一個(gè)多大的溫度系數(shù)以及在分段溫度系數(shù)的情況下得出溫度系數(shù)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，使處理后的所得的溫度數(shù)值盡可能的接近真實(shí)溫度值。 圖7 利用LabVIEW與SPCE061A的溫度數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 4 結(jié)論 LabVIEW作為一個(gè)具有良好開(kāi)放性的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，為面向儀器的編程提供了強(qiáng)有力的支持，在LabVIEW環(huán)境下能夠開(kāi)發(fā)出各種功能強(qiáng)大、開(kāi)放性好的虛擬儀器軟件，構(gòu)造出實(shí)用的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、分析與控制系統(tǒng)。本文利用SPCE061A進(jìn)行前端數(shù)據(jù)采集，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)與LabVIEW的數(shù)據(jù)通訊，利用LabVIEW的強(qiáng)大信號(hào)分析處理功能，開(kāi)發(fā)了一套投資少、操作簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)采集與信號(hào)分析系統(tǒng)（其虛擬面板如圖７ 所示）。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好。 |
