基于LabVIEW的外置串口采集控制卡的研制

摘 要：本文介紹了基于LabVIEW的外置串口采集控制卡的設(shè)計(jì)思想，詳細(xì)的分析了采集控制卡的研制過(guò)程，并給出了LabVIEW的具體程序設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：LabVIEW；串口通訊；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

引言

目前虛擬儀器開發(fā)廣泛應(yīng)用的是美國(guó)NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺(tái)。LabVIEW軟件隱含了對(duì)設(shè)計(jì)虛擬儀器時(shí)所面臨的多種困難的考慮、簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)于開發(fā)虛擬儀器相當(dāng)方便，但因其硬件卡昂貴，影響了虛擬儀器在國(guó)內(nèi)的推廣使用。因而，本文提出了采用LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，自行設(shè)計(jì)硬件卡。

設(shè)計(jì)中利用單片機(jī)作為下位機(jī)，采用標(biāo)準(zhǔn)RS-232串口與PC機(jī)通訊來(lái)構(gòu)建采集控制系統(tǒng)。上位機(jī)通過(guò)發(fā)送控制采集命令實(shí)行采集控制卡的通道選擇、量程選擇、數(shù)據(jù)采集等，然后將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸給PC機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、分析。此外基于串口開發(fā)的采集控制卡還因具有熱插拔的優(yōu)點(diǎn)而具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

外置串口采集控制系統(tǒng)構(gòu)成

外置串口采集控制系統(tǒng)主要由下位機(jī)硬/軟件以及上位機(jī)控制軟件兩部分構(gòu)成。下位機(jī)通過(guò)接收PC機(jī)命令來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的操作，例如數(shù)據(jù)采集通道的選擇、輸入電壓范圍的選擇、或是其他量的選擇(如溫度、濕度等)。上位機(jī)軟件主要是發(fā)送控制命令，接收、顯示、存儲(chǔ)以及處理數(shù)據(jù)。其中，數(shù)據(jù)的傳輸采用了數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行，通過(guò)識(shí)別幀頭標(biāo)志位等規(guī)則來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，本設(shè)計(jì)中是通過(guò)結(jié)合MAXIM公司所提供的A/D轉(zhuǎn)換器MAX197來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

采集控制卡硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)硬件電路以單片機(jī)89C51為控制核心，通過(guò)RS-232與PC機(jī)通訊，實(shí)現(xiàn)整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制以及數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。單片機(jī)通過(guò)接收PC機(jī)指令來(lái)控制MAX197，其中A/D采集以中斷方式進(jìn)行?？刂瓶ㄓ布娐方Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

采集控制卡軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)通過(guò)從串口接收通道、量程選擇命令來(lái)執(zhí)行相應(yīng)通道、量程的數(shù)據(jù)采集，然后將數(shù)據(jù)采集的結(jié)果以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送給PC機(jī)。兩個(gè)字節(jié)的幀頭標(biāo)志、以及兩個(gè)字節(jié)的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果合稱為一幀數(shù)據(jù)。單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

上位機(jī)控制處理程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制處理程序在LabVIEW平臺(tái)上進(jìn)行開發(fā)，LabVIEW程序由兩部分組成：前面板和程序框圖。

LabVIEW前面板的功能等效于傳統(tǒng)儀器前面板，它不僅可以模擬眾多的傳統(tǒng)儀器，而且可以模擬因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)復(fù)雜而不可實(shí)現(xiàn)的傳統(tǒng)概念儀器，因此，設(shè)計(jì)具有很大的靈活性。本次設(shè)計(jì)的前面板包括通訊端口、方式等的設(shè)置，對(duì)采集控制卡的配置，當(dāng)前采集轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示，采集轉(zhuǎn)換結(jié)果實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，以及將采集轉(zhuǎn)換結(jié)果寫入Excel文件的設(shè)置等內(nèi)容。