基于LabVIEW和MCS-51单片机实现数据采集与信息分析系统的设计

1、LabVIEW部分设计

1.1VISA简介

LabVIEW提供了功能强大的VISA库。VISA（Virtual Instrument Software Architecture）——虚拟仪器软件规范，是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称。VISA库驻留于计算机系统中，完成计算机与仪器之间的连接，用以实现对仪器的程序控制，其实质是用于虚拟仪器系统的标准的API。VISA本身不具备编程能力，它是一个高层API，通过调用底层驱动程序来实现对仪器的编程，其层次如图1所示。VISA是采用VPP标准的I/O接口软件，其软件结构包含三部分，如图2所示。

与其他现存的I/O接口软件相比，VISA的I/O控制功能具有如下几个特点：适用于各种仪器类型（如VXI仪器、GPIB仪器、RS-232串行仪器、消息基器件、寄存器器件、存储器器件等仪器）；适用于各种硬件接口类型；适用于单、多处理器结构或分布式网络结构；适用于多种网络机制。

VISA的I/O软件库的源程序是唯一的，其与操作系统及编程语言无关，只是提供了标准形式的API文件作为系统的输出。

1.2VISA库中的串口通讯函数

本文用到的主要的串口通讯函数调用路径为：FunctionsInstrument I/OVISAVISA AdvancedInterface SpecificSerial中。

（1）VISA Configure Serial Port节点（图3所示）

该节点主要用于串口的初始化。主要参数意义如下：

VISA resource name:VISA资源名称，本文指串口号。baud rate：波特率，默认为9600。

data bits：一帧信息中的位数，LabVIEW中允许5～8位数据，默认值为8位。

stop bits：一帧信息中的停止位的位数，可为1位、1位半或2位。

Parity：奇偶校验设置。可为无校验、奇校验或偶校验。

flow control：该参数数据类型为簇，用于串行通讯中的握手方式。

（2）VISA Read节点（图4所示）

该节点为串口读子VI，为本文中的主要节点，将串口中的数据读出，然后利用LabVIEW的强大数据处理功能对其进行分析处理。主要参数意义如下：

VISA resource name：同上。

byte count：用于设置所要读的字符数。由于LabVIEW的串行通讯子VI只允许对字符串的读写，因此本文中在进行数据处理时，必须要实现字符串与数字之间的正确转换。此外，若要读入当前串口中的所有字符，则要执行“VISA Bytes at Serial Port”子VI，用以确定将要读入的确切的字节数，然后将其输出作为VISA Read节点的输入即可。

（3）VISA Close节点（图5所示）

该节点用于将打开的VISA资源关闭。只有一个主要参数：

VISA resource name：意义同上。

本文所用LabVIEW串口通讯程序的波特率为9600，无奇偶校验，8位数据位，1位停止位，禁止软、硬件握手。

2、单片机部分设计

2.1硬件部分

MCS-51单片机内部有一个功能很强的全双工串行口，该串行口有4种工作方式，波特率可用软件设置，由片内的定时器/计数器产生，接收、发送均可触发中断系统，使用十分方便。有2个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，对外也有两条独立的收、发信号线RXD（P3.0）和TXD（P3.1）。

本文采用RS232串行接口标准，在电气特性上，RS232采用负逻辑，要求高低两信号间有较大的幅度，标准为：逻辑“1”在-5V～-15V之间，逻辑“0”在+5V～+15V之间，通常采用-10V左右为逻辑1，+10V左右为逻辑0。由于MCS-51系统的信号输入输出为TTL电平，逻辑1为 3.8V左右，逻辑0为0.4V左右，因此，必须外接电路实现TTL电平到RS232电平的转换。本文采用MAX232E实现此转换。

采用TLC0831芯片进行数据的采集。TLC0831芯片为8位逐次逼近电压型A/D转换器，支持单信道输入串口输出，极性设置固定，不需寻址。其主要特点为：8位分辨率；5V的电源提供0～5V的可调基准电压；输入输出可与TTL和MOS兼容。

若要提高信号的采样频率，只需选择转换速度较快的A/D芯片即可。硬件部分原理图如图6。

2.2软件部分

下面给出单片机软件部分的主要程序。波特率设置为9600，用定时器1产生波特率，串口工作在方式1，无奇偶校验。定时器0设定采样的时间间隔。TLC0831为A/D转换器数据采样子程序，SEND为单片机发送子程序。

3、结论

本文利用单片机进行前端数据采集，通过串口实现与LabVIEW的数据通讯，利用LabVIEW的强大信号分析处理功能，开发了一套投资少、操作简便的数据采集与信息分析系统（其虚拟面板如图7所示）。实验证明，该系统运行良好。

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