隨著計算機技術的發(fā)展

1、引 言 Labview 是美國國家儀器公司( NI 公司) 推出的專為數據采集 、儀器控制 、數據分析與數據表達的圖形化編程環(huán)境 , 它是一個開放的開發(fā)環(huán)境 , 具有 PCI , GPIB , PXI ,VXI , RS232/485 , USB 等各種儀器通訊總線標準的所有功能函數 , 開發(fā)者可以利用這些函數與不同總線標準接口的數據采集硬件交互工作 。但現實中的數據采集卡很多是利用美國 NI 公司提供的專用數據采集卡 , 價格較貴 , 不利于普及 Labview 軟件測控的學習和應用 。Proteus 軟件支持 51 單片機 , 集程序編輯 ,原理圖繪制和程序仿真于一體 , 它不僅能仿真單片

2、機 CP U 的工作情況 , 也能仿真單片機外圍電路 , 具有電路互動仿真功能 , 通過動態(tài)外設模型 , 如鍵盤 、開關 、發(fā)光二極管 、數碼管 、液晶和傳感器 、電機等 , 可實時顯示單片機系統(tǒng)輸入 、輸出結果 ; 另外還配置了多種虛擬儀器如示波器 、邏輯分析儀等 ,方便對實驗圖形和數據的測量 ?；?Labview 和 Proteus 的特性 , 本文利用 Proteus 仿真步進電機運行 ,而 Labview 實現上位機對下位機運行的監(jiān)控 ,兩軟件采用虛擬串口進行 RS232 串口通訊 , 在純軟件環(huán)境下 , 完成基于 Labview 軟件數據采集系統(tǒng)的組建 。這種方法成本低 , 效率高

3、 , 可以方便地應用到測控技術的學習和設計中 。要實現上述方法 , 當然要正確安裝 Labview 和 Proteus軟件 , 另外還必須安裝 NI VISA 串口通訊協(xié)議驅動和虛擬串口軟件 VSPD XP 。本文通過虛擬串口軟件 VSPD XP模擬出一對互聯的虛擬串口 , 分別為 COM 3和 COM 4 , 并且把 COM 3 配置給 Proteus 環(huán)境下的單片機串口終端 , 把COM 4 配置給 Labview 作為串口資源 1 。本文通過一個上位機監(jiān)控下位機電機正反轉的實驗 ,來介紹這種 Labview 及 Proteus 軟件環(huán)境下單片機串口通訊的仿真方法 。Labview 虛擬儀

4、器程序由前面板和框圖程序組成 , 前面板是人機交的界面 , 界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類控件 ; 框圖程序則是用戶編制的程序源代碼 , 以定義和控制在前面板上的控件輸入和輸出功能 。圖 1 為上位機監(jiān)控下位機步進電機電路的 Labview 源程序 。圖 1 上位機監(jiān)控下位機步進電機電路的 Labview 源程序。圖 1 的圖形化編程設計是采用 NI VISA 串口 Serial函數來訪問和控制串口的 。 VISA 中的 Serial 函數庫里包含 VISA Configure Serial Port 、VISA W rite 、VISA Read 、VIS A Close 等子函數 。本設計

5、用到的四個 V ISA 串口子函數是 : VISA 串口配置函數VISAConfigu re S erial Port 、VISA 寫入函數 VISA Write 、VISA 讀取函數 VISA Read和 VISA 關閉函數 VISA C loseVISA 串口配置函數 VISA Configure Serial Port 的作用是完成串口參數的初始化設置 , 包括了串口資源名稱 ,波特率 , 奇偶校驗 、數據比特 、是否啟用終止符等 ,該函數連接了兩個輸入變量 , 變量名為“請選擇串口名”和“波特率” ,它們分別連在串口資源名稱和波特率參數端子上 , 變量值是在前面板上相應控件來設定的 ,

6、 另外該函數在是否啟用終止符的端子上還連接了一個布爾常量 , 常量值為 false , 含義是不啟用終止符 , 其他輸入參數采用默認值 。圖 1 中 VISA 串口配置函數有兩個輸出端子 , 圖標上面的輸出端子輸出的是串口資源名稱 , 下面的輸出端子輸出的是錯誤碼 , 輸出端子向下游函數傳遞信息 。VISA 寫入函數 VISA Write 有三個輸入端子 , 圖 1 中VISA Read 圖標的上面一個輸入端 子是前 面 VISAConfigure Serial Port 函數傳遞的串口資源名稱 , 下面的輸入端子是傳遞的錯誤碼 , 意思是若前面的函數出錯了 , 會往這里輸入一個錯誤碼 , 然

7、后繼續(xù)往下面?zhèn)鬟f , 有錯誤碼出現時程序是不會工作的 。中間的輸入端子是寫入緩沖區(qū)入口 , 寫入緩沖區(qū)支持的數據格式是字符串 。 Labview程序向下位機傳送兩個無符號字節(jié)數據 , 它們的變量名分別為“走馬燈循環(huán)次數”和“走馬燈狀態(tài)延時時間” , 其具體值分別在前面板中設置 。這兩個數據通過“創(chuàng)建數組”函數和“字節(jié)數組至字符串轉換”函數 , 組成字符串 , 輸入VISA Write 函數的寫入緩沖區(qū)中 。VIS Write 函數圖標上面輸出端子輸出的是串口資源名稱 , 下面輸出端子輸出的是錯誤碼 , 繼續(xù)向下游函數傳遞信息 。VISA 讀取函數 VISA Read 中間的輸入端子是每次從串口

8、讀取的數據字節(jié)數 , 本文設置的字節(jié)數是 1 , 它會以字符串的形式從該函數的中間輸出端子輸出 , 字符串只包含一個 8 位字節(jié) 。Labview 及 Proteus 軟件環(huán)境下單片機串口通訊的仿真方法VISA 關閉函數 VISA Close 的作用是當程序停止之前 , 必須要把使用的串口設備關閉 , 若不關閉 , 其他程序就不能使用該設備 。目前， 基于 LabVIEW的測控設備研發(fā)都需配置 NI公司的專供數據采集卡（ 如PCI，GPIB，PXI，VXI等） 25，而這些數據采集卡價格昂貴，通常在數萬元或數十萬元以上，這使得一般普通高校開展測控技術方面的綜合實驗教學舉步維艱。Proteus嵌

9、入式系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺可為上述問題的解決提供技術支持6。 Proteus軟件是由英國Labcenter electronics公司開發(fā)的，是目前世界上最先進、最完整，惟一能夠對各種處理器進行實時仿真、調試與測試的EDA工具。 在編譯方面，它支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 在Proteus中，從原理圖設計、單片機編程、系統(tǒng)仿真到 PCB 設計一氣呵成。 Proteus 主要應用于沒有目標原型時的控制系統(tǒng)調試、測試和驗證場合，并且仿真結果與實際誤差很小，是將實驗和實際工程應用聯系在一起的有效途徑.、介紹一種在純軟件環(huán)境的上下位機串口通訊的仿真方法 。 通過虛擬串口軟件 VSPD X

10、P , 在 Labview 和Proteus 軟件環(huán)境中 , 對步進電機電路的串口通信進行了聯調 , 仿真運行的結果表明這一方法是可行的 。 同時本文編制了該實例的上位機 Labview 監(jiān)控程序 , 設計了下位機的程序框圖和 Protues 硬件原理圖 。這種方法的采用可以提高設計效率 , 降低設計成本 , 輔助開發(fā)者開發(fā)出價格低廉 , 功能專一的測控設備 , 具有很好的實用性 。關鍵詞 :串口通訊仿真 ; Labview ; Proteus; 51 單片機 ; 上下位機。1 基于 Proteus的下位機數據采集系統(tǒng)設計1 基于 Proteus的下位機數據采集系統(tǒng)設計以AT89C51單片機為

11、核心設計的虛擬數據采集系統(tǒng)的下位機如圖2所示。 由數據采集模塊、數據顯示模塊和數據通信模塊組成。 單片機的晶振頻率設置為12 MHz。 用P0口前三位來顯示電機的工作狀態(tài)，顯示時只需 3個不同顏色的LED燈進行指示。圖 2 基于 Proteus的電機控制系統(tǒng)的下位機結構圖1.1 電機控制驅動模塊電機控制驅動模塊如圖 2中所示。 為簡單起見，本文利用ULN2003 （高耐壓、大電流復合晶體管，ULN2003 是高耐壓、大電流復合晶體管陣列，由七個硅NPN 復合晶體管組成）。本文4相步進電動機工作于8拍方式，通過uln2003將單片機和步進電機連接起來。正轉勵磁序列為B->BC->C-

12、>CD->D->DA->A->AB。反轉勵磁序列為A->DA->D->CD->C->BC->B->AB#include <reg51.h> /單片機頭文件包含文件#include <intrins.h> /單片機頭文件包含文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/本例4相步進電動機工作于8拍方式/正轉勵磁序列為B->BC->C->CD->D->DA->A->ABuchar code FFW=

13、0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03;/反轉勵磁序列為A->DA->D->CD->C->BC->B->ABuchar code REV=0x01,0x09,0x08,0x0C,0x04,0x06,0x02,0x03;/延時void delay(uint x)uchar i;while(x-)for(i=0;i<120;i+);/正轉一圈void SETP_MOTOR_FFW()uchar i,j;for(i=0;i<5;i+)for(j=0;j<8;j+)P1=FFWj;delay(80);/

14、反轉一圈void SETP_MOTOR_REV()uchar i,j;for(i=0;i<5;i+)for(j=0;j<8;j+)P1=REVj;delay(80);/轉動方向標志，如果orientation=0xEE，則正轉/如果orientation=0xFF，則反轉uchar orientation; /圈數標志uchar times; /接收的字節(jié)計數uchar serial_count=0;/上位機點動命令標志uchar flag;/單片機串口中斷處理程序，用于接收PC機控制信息void receive() interrupt 4 ES=0; RI=0;flag=1;/接

15、收轉動方向標志 if(serial_count=0) orientation=SBUF; serial_count+; /接收圈數標志 elsetimes=SBUF; serial_count=0; ES=1;uchar present_times;/單片機向PC機發(fā)送信息void send()ES=0; SBUF=P0;while(!TI);TI=0;SBUF=present_times;while(!TI);TI=0;ES=1;/主程序void main()uchar i;/設置定時器T1的工作模式為2TMOD=0x20;/通過給T1設置初值，固定時鐘波特率為9600bps（11.0592

16、HZ）TH1=0xfd; TL1=0xfd;/設置串口通訊模式為1，允許接收SCON=0x50; ES=1; EA=1;/開放中斷TR1=1; /T1啟動，為串行通訊提供時鐘while(1)present_times=0; P0=0xFB; /停止指示燈亮delay(8); /每個一個時間間隔，發(fā)送一組字節(jié)send(); /否則會造成字節(jié)發(fā)送順序的混亂 if(flag=1)if(orientation=0xEE)present_times=times;P0=0xFE; /正轉指示燈亮send();for(i=0;i<times;i+) /電機正轉SETP_MOTOR_FFW();pres

17、ent_times-;P0=0xFE; /正轉指示燈亮send();flag=0;else if(orientation=0xFF)present_times=times;P0=0xFD; /反轉指示燈亮send();for(i=0;i<times;i+) /電機反轉SETP_MOTOR_REV(); present_times-;P0=0xFD; /反轉指示燈亮send();flag=0;else break;數據顯示模塊圖 2中P0口為數據顯示模塊，該模塊將步進電機的工作狀態(tài)用不同顏色led顯示。工作狀態(tài)有3種，即正轉，反轉，停止；采用3種不同led燈來表示不同的工作狀態(tài)。2.1數據

18、通信模塊圖 2中區(qū)域COMPIM部分為數據通信模塊原理圖，采集的數據通過 RS 232串口發(fā)送到上位機。 圖 3為串口參數設置，其中波特率為 9 600，一幀 10位，一個起始位、一個停止位和8位數據。圖 3 proteus串口參數設置2 基于 LabVIEW的上位機系統(tǒng)設計VSPD60軟件是德國Eltima software公司開發(fā)的虛擬串口軟件。普通的計算機主板上只有1個或者2個RS232串口，此軟件可以根據使用要求在一臺計算機上產生多個虛擬RS232串口，產生的虛擬串口與實際物理串口的作用及用法一樣。的圖形化編程設計是采用NIVISA串口Serial函數來訪問和控制串口的。VISA中的S

19、erial函數庫里包含VISA Configure Serial Port、VISA Write、VISA Read、VISA Close等子函數。本設計用到的四個V1SA串口子函數是：VISA串口配置函數VISA Configure Serial Port、VISA寫入函數VISA Write、VISA讀取函數VlSA Read和VISA關閉函數VISA Closez3。為了改善 檢測技術與儀表綜合實驗教學質量，加強學生對以單片機為核心的嵌入式系統(tǒng)的深入了解，本文基于LabVIEW虛擬儀器技術和Proteus軟件設計了如圖1 所示的虛擬數據采集系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由上位機和下位機兩部分組成，以單片

20、機為核心的下位機數據采集系統(tǒng)是以 Proteus 為平臺進行設計的，上位機用戶界面是基于 LabVIEW 平臺開發(fā)的，上位機與下位機之間的通信由 Virtual Serial Port Driver 6.09 10提供的虛串口實現。 仿真實驗結果表明，設計的虛擬數據采集系統(tǒng)與實際硬件系統(tǒng)的實驗結果基本一致，驗證了設計的虛擬數據采集系統(tǒng)的有效性和實用性3. LabVIEW人機界面的設計LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由美國NI公司開發(fā)研制的一種利用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言，使用非常方便La

21、bVIEW人機界面的設計過程可分為前面板設計和后面板設計通過(Virtual InstrumentSoftware Architecture，VISA)用戶能與大多數儀器總線連接，包括GPIB、USB、串口、PXI、VXI和以太網等5用戶成功登錄之后，首先為VISA配置串口的各種參數，如設置波特率為“9600”、數據位為“8”、停止位為“1”、校驗位為“無校驗”等；然后VISA讀取函數通過屬性節(jié)點讀取串口緩沖區(qū)中的數據67Pmteus仿真軟件雖然可“仿真單片機硬件，但要進行單片機電路與計算機通過RS232接口進行仿真的開發(fā)必須將計算機與Proteus軟件聯系起來。文中使用一款虛擬串口軟件Vir

22、tuM Serial PorlDriver60在計算機虛 擬出一對串【1來實現該功能，首先打開該虛擬串口戟什，在界面左邊的瀏覽界面可以顯示m所用計算機已經存在的物理串【J和已經虛擬出的串口接著在Manage porls而板中選撣要虛擬m的串口名稱，如COM3和COM4點擊A cid pair按鈕，即可虛擬出一組連接的串口，另外還需要在Prote雌環(huán)境中，對COMPIM模塊進行設置，在參數設置對話框中，把物理串口設置為Visual Serial Port Driver6 0軟件模擬卅的虛擬串IGOM4波特率l垃為9600并且設置數據位為8位停止位為1位，無奇偶校驗位，如圖5所示。4聯合仿真單片機程序利用keil軟件編譯戚HEX目標文件在Protcus環(huán)境下將程序目標代碼自載到單片機里點擊運行按鈕電路開始運行，當前實時溫度為15 3攝氏度如圖6所示；接著在LabVIEW前面板中選擇串口3(與虛擬出來的串口4為組)，渡特率設置為與單片機一致，點擊運行按翎，下位機開始采集溫度數據。 執(zhí)行過程效果展示：程序介紹：前面板步進電機驅動的人機交互界面設計。布爾指示正反轉與停止位信號。proteus（采用51單片機驅動ULN2003 驅動步進電機的正反轉，RS232串口實現虛擬串口的鏈接。） 程序面板：labview的編程實現，在程序面板中使