第7章虛擬儀器通信技術(shù)

第7章虛擬儀器通信技術(shù)第7章虛擬儀器通信技術(shù)教學(xué)重點串行通信網(wǎng)絡(luò)通信在Web上發(fā)布VIIrDA無線數(shù)據(jù)通信7.1串行通信7.1.1串行通信的基本概念串行通信：將數(shù)據(jù)分解成二進(jìn)制位用一條信號線，一位一位順序傳送的方式串行通信的優(yōu)勢：用于通信的線路少，因而在遠(yuǎn)距離通信時可以極大地降低成本串行通信適合于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳送，也常用于速度要求不高的近距離數(shù)據(jù)傳送PC系列機(jī)上有兩個串行異步通信接口1.數(shù)據(jù)傳送方式全雙工半雙工單工站A站B站A站B站A站B2.傳輸速率與傳輸距離在串行通信中，傳輸速率用波特率表示。波特率是指單位時間內(nèi)傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)，其單位是位/秒（bps）例如：設(shè)數(shù)據(jù)傳送的速率為120字符/秒，每個字符（幀）包括10個數(shù)據(jù)位，則傳送的波特率為：

10×120＝1200位/秒＝1200波特率

每一位傳送的時間為T＝1/1200=0.833ms

傳輸距離傳輸距離是指發(fā)送端和接收端之間直接傳送串行數(shù)據(jù)的最大距離（誤碼在允許的范圍內(nèi)），它與傳輸速率及傳輸介質(zhì)的電氣特性有關(guān)，傳輸距離往往隨傳輸速率的增大而減小。3.串行通信方式串行通訊可以分為兩種類型：異步通信同步通信異步通信：以字符為單位進(jìn)行傳輸。兩個字符之間的傳輸間隔是任意的。同步通信：靠同步字符完成收發(fā)雙方同步。多個字符成組傳送，在每組信息的開始，加上同步字符，字符組和同步字符以及需要的其他字符構(gòu)成一個信息幀。在沒有信息要傳輸時，要填上空字符，因為同步傳輸不允許有間隙。異步通信協(xié)議異步通信協(xié)議起始位校驗位停止位空閑位數(shù)據(jù)位低位高位字符0/10/10/10/110111…起始位——每個字符開始傳送的標(biāo)志，起始位采用邏輯0電平數(shù)據(jù)位——數(shù)據(jù)位緊跟著起始位傳送。由5～8個二進(jìn)制位組成，低位先傳送校驗位——用于校驗是否傳送正確；可選擇奇檢驗、偶校驗或不傳送校驗位停止位——表示該字符傳送結(jié)束。停止位采用邏輯1電平，可選擇1、1.5或2位空閑位——傳送字符之間的邏輯1電平，表示沒有進(jìn)行傳送同步通信以一個數(shù)據(jù)塊（幀）為傳輸單位，每個數(shù)據(jù)塊附加1個或2個同步字符，最后以校驗字符結(jié)束同步通信的數(shù)據(jù)傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜串行同步通信主要應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中最常使用高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議HDLC4.校驗方式串行通信一般采用兩種校驗方式：奇偶校驗CRC循環(huán)冗余校驗。奇偶校驗：是以字符為單位進(jìn)行校驗。在每一個字符傳輸過程中，增加一位作為校驗位，該位是1或0應(yīng)能保證字符中1的個數(shù)是奇(奇校驗)或偶(偶校驗)。奇校驗：校驗位=a1+a2+~an+1偶校驗：校驗位=a1+a2+~an例如，采用偶校驗發(fā)送字符為1101101，則校驗位為15.RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的通用標(biāo)準(zhǔn)串行接口1962年公布，1969年修訂1987年1月正式改名為EIA-232D設(shè)計目的是用于連接調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)已成為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（例如計算機(jī)）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCE（例如調(diào)制解調(diào)器）的標(biāo)準(zhǔn)接口可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，也可近距離連接兩臺微機(jī)屬于網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)中的最低層：物理層RS-232C引腳PC機(jī)上的COM1、COM2接口，就是RS-232C接口，使用9針和25針連接器不使用聯(lián)絡(luò)信號的3線相連方式微機(jī)TxDRxDGND微機(jī)為了交換信息，TxD和RxD應(yīng)當(dāng)交叉連接程序中不必使RTS和DTR有效也不應(yīng)檢測CTS和DSR是否有效

RS-232C的電氣特性232C接口采用EIA電平邏輯“0”為＋3V～＋15V邏輯“1”為－3V～－15V實際常用±12V或±15V標(biāo)準(zhǔn)TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V低電平：0V～0.4V相互轉(zhuǎn)換7.1.2LabVIEW串行通信節(jié)點串口子選板共包括8個節(jié)點，分別實現(xiàn)初始化串口、串口寫、串口讀、檢測串口緩存、中斷以及關(guān)閉串口等功能。

VISA配置串口節(jié)點VISA配置串口節(jié)點用于初始化串口，在利用計算機(jī)控制串口儀器設(shè)備時，先要配置好串口，即先初始化串口，使計算機(jī)串口的各種參數(shù)設(shè)置與儀器設(shè)備的串口保持一致，這樣才能夠正確地進(jìn)行串行通信。7.1.3串行通信編程舉例例7.1雙機(jī)串行通信要求使用兩臺計算機(jī)進(jìn)行串行通信，一臺計算機(jī)作為甲機(jī)，通過RS-232C串口向外發(fā)送數(shù)據(jù)；另一臺計算機(jī)作為乙機(jī)，接收由甲機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。

甲機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)VI的前面板和程序框圖乙機(jī)接收數(shù)據(jù)VI的前面板和程序框圖

串行通信編程例7.2對一臺配置了RS-232C串口的儀器實現(xiàn)串行發(fā)送與接收操作前面板程序框圖7.2網(wǎng)絡(luò)通信虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化虛擬測試系統(tǒng)是虛擬儀器發(fā)展的方向之一。LabVIEW具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，這種功能使得LabVIEW的使用者可以很容易地編寫出具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)通信能力的LabVIEW應(yīng)用軟件，以實現(xiàn)遠(yuǎn)程測控。

7.2.2TCP通信1.TCP協(xié)議簡介TCP協(xié)議是TCP/IP協(xié)議中的一個子協(xié)議。TCP/IP是TransmissionControlProtocol/InternetProtocol的簡寫，名為傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。是20世紀(jì)70年代由美國國防部開發(fā)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。TCP提供了一種面向連接的、可靠的傳輸層服務(wù)。2.TCP節(jié)點在LabVIEW8.2中，TCP節(jié)點位于函數(shù)選板的【數(shù)據(jù)通信】→【協(xié)議】→【TCP】子選板中。3.TCP通信編程舉例例7.3利用TCP協(xié)議進(jìn)行雙機(jī)通信

雙機(jī)通信流程如圖服務(wù)器VI的前面板和程序框圖客戶機(jī)VI的前面板和程序框圖7.2.2UDP通信1.UDP協(xié)議簡介UDP(UserDatagramProtocol)，用戶數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，是一個無連接模式協(xié)議，提供向另一用戶程序發(fā)送信息的最簡協(xié)議機(jī)制，使用IP路由功能把數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地。UDP有下述幾個特性：①UDP是一個無連接協(xié)議。②由于不建立連接，因此一臺服務(wù)器可同時向多個客戶機(jī)傳輸相同的信息。③UDP信息包的標(biāo)題很短，只有8個字節(jié)，相對于TCP的20個字節(jié)信息包的額外開銷很小。④吞吐量不受擁擠控制算法的調(diào)節(jié)，只受應(yīng)用軟件生成數(shù)據(jù)的速率、傳輸帶寬、源端和終端主機(jī)性能的限制。2.UDP節(jié)點在LabVIEW8.2中，UDP節(jié)點位于函數(shù)選板的【數(shù)據(jù)通信】→【協(xié)議】→【UDP】子選板中

3.UDP通信編程舉例例7.4將服務(wù)器端產(chǎn)生的正弦信號由UDPWrite節(jié)點發(fā)送到客戶機(jī)。服務(wù)器VI的前面板和程序框圖客戶機(jī)VI的前面板和程序框圖

7.2.3DataSocket通信1.DataSocket基本概念

DataSocket是NI公司推出的一項基于TCP／IP協(xié)議的新技術(shù)，DataSocket面向測量和網(wǎng)上實時高速數(shù)據(jù)交換，可用于一臺計算機(jī)內(nèi)或者網(wǎng)絡(luò)中多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交換。

DataSocket的體系結(jié)構(gòu)如圖

DataSocket的組成DataSocket由DataSocketAPIDataSocketServer組成

DataSocketAPI是一個和協(xié)議、編程語言、操作系統(tǒng)無關(guān)的應(yīng)用程序接口，能夠把測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流。DataSocketServer是一個獨立部分，可以把現(xiàn)場數(shù)據(jù)高速傳給遠(yuǎn)端客戶。發(fā)布者、服務(wù)器和接收者之間的關(guān)系用DataSocketServer發(fā)布數(shù)據(jù)需要3個部分：發(fā)布者（publisher）服務(wù)器（DataSocketServer）接收者（subscriber）三者關(guān)系如圖

（1）DataSocketServerManagerDataSocketServerManager是一個獨立運行的程序，它的主要功能是設(shè)置DataSocketServer可連接的客戶程序的最大數(shù)目和可創(chuàng)建的數(shù)據(jù)項的最大數(shù)目，創(chuàng)建用戶組和用戶，設(shè)置用戶創(chuàng)建數(shù)據(jù)項和讀寫數(shù)據(jù)項的權(quán)限。DataSocketServerManager窗口（2）DataSocketServeDataSocketServer也是一個獨立運行的程序，它負(fù)責(zé)監(jiān)管DataSocketServerManager中所設(shè)定的各種權(quán)限和客戶程序之間的數(shù)據(jù)交換。DataSocketServer運行后的窗口如圖。2.DataSocket節(jié)點在LabVIEW8.2中，DataSocket節(jié)點位于函數(shù)選板的【數(shù)據(jù)通信】→【DataSocket】子選板中

3.DataSocket應(yīng)用舉例例7.5DataSocket使用實例。對一內(nèi)河水情進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，將現(xiàn)場監(jiān)控工作站采集到的內(nèi)河水位、水流量、閘門開啟高度等參數(shù)通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制中心，以實現(xiàn)對內(nèi)河水情的實時監(jiān)控。在本例中，內(nèi)河水情數(shù)據(jù)用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，以代替真實的采集數(shù)據(jù)。DataSocket發(fā)布端程序框圖圖為了方便，把水位、水流量和閘門開啟高度合并成一個數(shù)組傳輸，由寫入DataSocket節(jié)點寫入，地址為Dstp：，外層用While循環(huán)連續(xù)寫入數(shù)據(jù)。

遠(yuǎn)程接收端程序框圖和運行結(jié)果7.3在Web上發(fā)布VI

LabVIEW可以將VI發(fā)布到Web上，這樣用戶就可以通過瀏覽器來訪問VI程序的前面板，甚至還可以控制遠(yuǎn)程計算機(jī)上VI程序的運行。

網(wǎng)站服務(wù)器、VI及遠(yuǎn)程用戶客戶端的關(guān)系

7.3.1Web服務(wù)器配置Web服務(wù)器配置界面

Web服務(wù)器可見VI配置界面

Web服務(wù)器瀏覽器訪問配置界面

7.3.2Web發(fā)布網(wǎng)頁配置選擇VI和查看選項界面選擇HTML輸出界面

保存新網(wǎng)頁界面7.3.3客戶端的遠(yuǎn)程連接連接遠(yuǎn)程前面板界面客戶端運行結(jié)果7.4IrDA無線數(shù)字通信IrDA是紅外數(shù)據(jù)協(xié)會的英文縮寫（InfraredDataAssociation）。IrDA標(biāo)準(zhǔn)包括三個基本的規(guī)范和協(xié)議：紅外物理層連接規(guī)范(InfraredPhysicalLayerLinkSpecification