基于LabVIEW和單片機(jī)的虛擬溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、 1 引 言1.1 設(shè)計(jì)背景隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)尤其是單片微型機(jī)技術(shù)的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機(jī)來對(duì)一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、流量和壓力等參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。pc機(jī)具有強(qiáng)大的監(jiān)控和管理功能，而單片機(jī)則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過pc機(jī)的rs-232串行接口與外部設(shè)備進(jìn)行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。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，它為不熟悉文本語言編程的專業(yè)科技工作者在測控領(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、簡單易用、開發(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)用與開發(fā)的得力工

2、具。數(shù)據(jù)采集是開發(fā)過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，采用以8位單片機(jī)stc89c51作為前端數(shù)據(jù)采集，通過串口進(jìn)行與labview的數(shù)據(jù)通訊，就可實(shí)現(xiàn)低成本、靈活方便、接口簡單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1。這對(duì)于許多信號(hào)頻率不是太高的場合，此方案無疑非常便利。本文所介紹的就是這樣一種利用labview 對(duì)stc89c51的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并通過串口實(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。1.1.1 溫度的研究背景 傳統(tǒng)靠人工控制的溫度、濕度、液位等信號(hào)的測壓力控系統(tǒng)，外圍電路比較復(fù)雜，測量精度較低，分辨力不高，需進(jìn)行溫度校準(zhǔn)(非線性校準(zhǔn)、溫度補(bǔ)償、傳感器標(biāo)定等)；且它們的體積較大、使用不夠方便，更重要的是參數(shù)的

3、設(shè)定需要有其它儀表的參與，外界設(shè)備多，成本高，因而越來越適應(yīng)不了社會(huì)的要求。在對(duì)多類型、多通道信號(hào)同時(shí)進(jìn)行檢測和控制中，傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)能力有限。如何將計(jì)算機(jī)與各種設(shè)施、設(shè)備結(jié)合，簡化人工操作并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，滿足社會(huì)的需求，成為一個(gè)很迫切的問題。溫度檢測是現(xiàn)代檢測技術(shù)的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。由單片集成電路構(gòu)成的溫度傳感器的種類越來越多，測量的精度越來越高，響應(yīng)時(shí)間越來越短，因其使用方便、無需變換電路等特點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生產(chǎn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)開始進(jìn)入了人們的生活，以單片機(jī)為核心的溫度

4、采集系統(tǒng)就是其中之一。同時(shí)也標(biāo)志了自動(dòng)控制領(lǐng)域成為了數(shù)字化時(shí)代的一員。它實(shí)用性強(qiáng)，功能齊全，技術(shù)先進(jìn)，使人們相信這是科技進(jìn)步的成果。溫度是工業(yè)控制中主要的被控參數(shù)之一，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中，具有舉足重輕的作用2。隨著電子技術(shù)和微型計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，微機(jī)測量和控制技術(shù)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有處理能強(qiáng)、運(yùn)行速度快、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用在溫度測量與控制方面，控制簡單方便，測量范圍廣，精度較高。1.1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 虛擬儀器技術(shù)是儀器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)深層次相結(jié)合的產(chǎn)物。從20世紀(jì)80年代，虛擬儀器逐漸為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界所認(rèn)可。經(jīng)過了近20年的發(fā)展，它已經(jīng)

5、成為21世紀(jì)測試技術(shù)和儀器技術(shù)發(fā)展的主要發(fā)現(xiàn)。所謂虛擬儀器(virtuallnstrument，簡稱)，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)需求定義和設(shè)計(jì)儀器的測試功能，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的測試儀器一樣。虛擬儀器概念的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的工作模式，使得用戶可以根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)。在測試系統(tǒng)和儀器設(shè)計(jì)中盡量用軟件代替硬件，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)宋實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。“軟件就是儀器”是虛擬儀器概念最簡單，也是最本質(zhì)的表述3。vi技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用源于1986年美國ni公司設(shè)計(jì)的labview。這是一種基于圖像的開

6、發(fā)、調(diào)試和程序的集成開發(fā)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了vi的概念。它的出現(xiàn)，使用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多樣化的實(shí)際需求。隨著虛擬儀器技術(shù)軟件開發(fā)平臺(tái)及硬件的發(fā)展，基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)開發(fā)周期縮短，費(fèi)用降低，測試速度、準(zhǔn)確度及可復(fù)用性提高，且更便于維護(hù)和擴(kuò)展。目前國內(nèi)外這種軟件主要有美國dsp公司的dadisp軟件，和以實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理分析和表示見長的美國ni公司的系列虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。美國uatech公司的daslab軟件包和惠普公司的vee軟件平臺(tái),它們都是可以搭建虛擬測試系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，以圖形化編程和界面靈活見長。華中理工大學(xué)的vi98虛擬儀器系統(tǒng)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的儀器王以虛擬的單個(gè)儀

7、器或儀器庫見長。其中，美國ni公司的labview軟件功能最為完善，labview軟件以簡單、直觀的圖形化編程方式、強(qiáng)大的圖形顯示和數(shù)據(jù)處理能力見長，運(yùn)行速度快、開發(fā)周期短、界面靈活是其又一大優(yōu)勢，所以基于labview的虛擬儀器應(yīng)用相當(dāng)廣泛。虛擬儀器作為新興的儀器儀表，用戶可以定義其結(jié)果和功能，構(gòu)建靈活，轉(zhuǎn)變?nèi)菀?，因此它在各個(gè)領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)單位和院校正加緊步伐研究和開發(fā)自己的虛擬儀器系統(tǒng)。中國國防科技大學(xué)進(jìn)行了虛擬數(shù)字示波器的設(shè)計(jì)研究，其結(jié)果與hp公司的雙通道臺(tái)式數(shù)字存儲(chǔ)示波器hp54603b相比，增加了頻域分析，測試結(jié)果和波形直接打印輸出等功能。東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所研制成了

8、inv303/306智能信號(hào)自動(dòng)采集處理分析儀系統(tǒng)，并推出了dasp軟件；重慶大學(xué)開發(fā)了虛擬實(shí)時(shí)噪聲倍頻程分析儀，實(shí)現(xiàn)了對(duì)噪聲總聲壓級(jí)、各種記權(quán)聲壓級(jí)及相應(yīng)倍頻程的實(shí)時(shí)測量和分析；清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)出廠前的自動(dòng)檢測。虛擬儀器已經(jīng)在超大規(guī)模集成電路測試，現(xiàn)代家用電器測試以及軍事、航天、工廠測試等領(lǐng)域得到應(yīng)用4。1.2 溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的意義溫度是生產(chǎn)過程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中普遍而且重要的物理參數(shù)，隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，以及測溫儀器在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，智能化已是現(xiàn)代溫度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。特別是近年來，溫度控制系統(tǒng)已應(yīng)用到人們生活的各個(gè)方面，但溫度控

9、制一直是一個(gè)未開發(fā)的領(lǐng)域，卻又是與人們息息相關(guān)的一個(gè)實(shí)際問題。針對(duì)這種實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一個(gè)溫度檢測系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用前景與實(shí)際意義。溫度是一個(gè)重要的物理量，它反映了物體冷熱的程度，與自然界中的各種物理和化學(xué)過程相聯(lián)系。在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，各個(gè)環(huán)節(jié)都與溫度緊密相聯(lián)，溫度的準(zhǔn)確監(jiān)測及控制占據(jù)著極其重要地位。比如，發(fā)電廠鍋爐的溫度必須控制在一定的范圍之內(nèi)；許多化學(xué)反應(yīng)的工藝過程必須在適當(dāng)?shù)臏囟认虏拍苷＿M(jìn)行等。沒有合適的溫度環(huán)境，許多電子設(shè)備就不能正常工作，糧倉的儲(chǔ)糧就會(huì)變質(zhì)霉?fàn)€，酒類的品質(zhì)就沒有保障。可見，溫度的測量和控制是非常重要的5。1.3 溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案本論文大致包括兩部分，

10、labview部分（上機(jī)部分）和單片機(jī)部分（下機(jī)部分）。上機(jī)部分包括labview人機(jī)交換頁面和溫度采集，顯示和報(bào)警等方面，主要是將采集到得溫度顯示出來，并與設(shè)置的溫度上下限相比較，進(jìn)而啟動(dòng)警報(bào)。下機(jī)部分主要完成溫度的采集。需要通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)溫度傳感器，采集當(dāng)前溫度，并通過串口通信將溫度傳給labview溫度采集平臺(tái)。2 溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路2.1 溫度檢測系統(tǒng)工作原理基于labview和ds1820的溫度測試系統(tǒng)可分為上位機(jī)和下位機(jī)兩部分。上位機(jī)采用labview編程，pc通信自帶串行口，和單片機(jī)進(jìn)行串口通信；下位機(jī)選用51系列單片機(jī)，c語言編程，單片機(jī)外圍電路將采集到的溫度信息傳給單片機(jī)，

11、單片機(jī)再將其傳導(dǎo)上位機(jī)。上位機(jī)部分是利用labview開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)pc機(jī)上位機(jī)的監(jiān)控界面，上位機(jī)通過串行口與下位機(jī)的單片機(jī)通信，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)過程參數(shù)的測量和采集。該溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單，簡化了系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)，并且易于修改，具有很好的可擴(kuò)展性6。系統(tǒng)組成框圖如圖2.1。 圖2.1 系統(tǒng)組成框圖上位機(jī)主要包括串口通信程序、溫度預(yù)警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。上位機(jī)程序組成框圖入圖2.2所示。圖2.2 上位機(jī)程序組成框圖下機(jī)位則是驅(qū)動(dòng)ds18b20，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，而后將采集到的數(shù)據(jù)通過串口通信傳給上機(jī)位。2.2 溫度檢測系統(tǒng)的運(yùn)行步驟溫度提?。簭膫鞲衅鞒鰜淼男盘?hào)要經(jīng)過單片機(jī)才能送至計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，所以在

12、本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)是不可或缺的一部分，它起到了連接紐帶的作用。從傳感器出來的信號(hào)接到單片機(jī)的輸入口。利用c語言編程，使得單片機(jī)將溫度傳感器的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。溫度采集：將單片機(jī)輸出的溫度進(jìn)行采集，并通過labview的圖表將得到的溫度實(shí)時(shí)顯示在上面，從而發(fā)現(xiàn)規(guī)律以便以后的使用。溫度處理：單片機(jī)傳入到計(jì)算機(jī)里的數(shù)據(jù)就需要進(jìn)行采集處理了。因?yàn)榇藴囟认到y(tǒng)的核心其實(shí)就是利用這一系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度的變化給出相應(yīng)的處理，比如說外部溫度比設(shè)定的溫度高，那么我就需要降低溫度，反之，則需要升高溫度，因此對(duì)得到的溫度進(jìn)行相應(yīng)的處理是這個(gè)系統(tǒng)的核心部分。利用labview將采集到的溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較，來判斷警報(bào)燈

13、是否顯示警報(bào)。溫度存儲(chǔ)：當(dāng)警報(bào)燈發(fā)出警報(bào)時(shí)，利用labview的表格將超過預(yù)定值得溫度記錄下來，以便查看該情況是否由于意外造成，還是系統(tǒng)發(fā)生故障7。3 溫度檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案溫度檢測系統(tǒng)使用到的硬件有單片機(jī)89c51和溫度傳感器（ds18b20）。3.1 單片機(jī)3.1.1 單片機(jī)概述單片機(jī)也被稱作“單片微型計(jì)算機(jī)”、“微控制器”、“嵌入式微控制器”。單片機(jī)一詞最初是源于“single chip microcomputer”,簡稱scm。隨著scm在技術(shù)上、體系結(jié)構(gòu)上不斷擴(kuò)展其控制功能，單片機(jī)已不能用“單片微型計(jì)算機(jī)”來表達(dá)其內(nèi)涵。國際上逐漸采用“mcu”(micro controller u

14、nit)來代替，形成了單片機(jī)界公認(rèn)的、最終統(tǒng)一的名詞。為了與國際接軌，以后應(yīng)將中文“單片機(jī)”一詞和“mcu”唯一對(duì)應(yīng)解釋。在國內(nèi)因?yàn)椤皢纹瑱C(jī)”一詞已約定俗成，故而可繼續(xù)沿用8。3.1.2 stc89c51單片機(jī)簡介stc89c51是宏晶科技公司生產(chǎn)的低電壓，高性能的cmos8位單片機(jī)片內(nèi)4kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（perom）和128bytes的隨機(jī)存儲(chǔ)器（ram），器件采用atmel公司的高密度、非易失存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（cpu）和flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大。at89c51單片機(jī)可為你提供許多高性價(jià)的應(yīng)用場合，可靈活的應(yīng)用于

15、各種控制領(lǐng)域。圖3.1 單片機(jī)at89c51主要性能參數(shù)：與mcs-51產(chǎn)品指令系統(tǒng)的全兼容 4k字節(jié)可重擦寫flash閃速存儲(chǔ)器1000次可擦寫周期全靜態(tài)操作：0hz-24mhz三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器1288字節(jié)內(nèi)部ram 32個(gè)可編程i/o口線2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器6個(gè)中斷源可編程串行uart通道低功耗空閑和掉電模式 stc89c51提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：4k字節(jié)flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部ram，32個(gè)i/o口線，兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，一個(gè)5向量中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口，片內(nèi)震蕩器及時(shí)鐘電路。同時(shí)，at89c51可降至0hz的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件的可選的節(jié)電工作模式。空閑

16、方式停止cpu的工作，但允許ram，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，竄行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存ram中的內(nèi)容，但震蕩器停止工作并禁止所有部件工作直到下一個(gè)硬件復(fù)位9。3.2 單片機(jī)的串行通信mcs-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)全雙工的串行接收和發(fā)射緩沖器（sbuff），這兩個(gè)在物理上獨(dú)立的接收發(fā)射器，即可以接收也可以發(fā)射數(shù)據(jù)，但接收緩沖器只可以讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，它們的地址是99h。這個(gè)通信口即可以用于網(wǎng)絡(luò)通信，亦可以實(shí)現(xiàn)串行異步通信，還可以構(gòu)成同步移位寄存器使用。如果在串行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可以方便的構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的rs-232接口10。下面我們分別介紹。3.2.1

17、 基本概念數(shù)據(jù)通信的傳輸方式：常用于數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工、半雙工、全雙和工方式。a 單工方式：數(shù)據(jù)僅按一個(gè)固定的方向傳送。因?yàn)檫@種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸與簡單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。b 雙工方式：數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)雙向傳送，但不能同時(shí)進(jìn)行，實(shí)際的應(yīng)用采用某種協(xié)議實(shí)現(xiàn)收發(fā)開關(guān)轉(zhuǎn)換。c 全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送，但一般全雙工電路的線路和設(shè)備比較復(fù)雜。d 多工方式：以上三種傳輸方式都是同一線路傳輸一種頻率信號(hào)，為了充分的利用線路資源，可通過使用多路復(fù)用器或多路集線器，采用頻分、時(shí)分、或碼分復(fù)用技術(shù)，即可實(shí)現(xiàn)在同一線路上資源共享功能，我們稱之為多工傳輸方式。串行通信的兩

18、種通信形式a. 異步通信 在這種通信方式中，接收器和發(fā)射器有各自的時(shí)鐘，他們的工作是非同步的，異步通信用一幀來表示一個(gè)字符，其內(nèi)容如下：一個(gè)起始位，緊接著是若干個(gè)數(shù)據(jù)位，圖 是傳輸45h的數(shù)據(jù)格式。b. 同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步傳輸中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送的數(shù)據(jù)量較大的c. 串行數(shù)據(jù)通信的傳輸速率：串行數(shù)據(jù)傳輸率有兩個(gè)概念，既美秒傳送的位數(shù)bps(bit per second)和每秒符號(hào)數(shù)-波特率（band rate）,在具有調(diào)治解調(diào)器的通信中，波特率與調(diào)治速率有關(guān)。3.2.2 mcs-51的串行和

19、控制寄存器 串行口和控制寄存器mcs-51單片機(jī)串行口專用寄存器結(jié)構(gòu)如下。sbuf為串行口的收發(fā)緩沖器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)射器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（99h）。mcs-51的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡單，只要向緩沖器寫入數(shù)據(jù)就可發(fā)送數(shù)據(jù)。而從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)既可接收數(shù)據(jù)。此外，接收緩沖器前還加上一級(jí)輸入移位寄存器，mcs-51這種結(jié)構(gòu)的目的在于接收數(shù)據(jù)時(shí)避免發(fā)生重疊現(xiàn)象，文獻(xiàn)稱這種結(jié)構(gòu)為雙緩沖結(jié)構(gòu)。而發(fā)送數(shù)據(jù)就不需要這樣設(shè)計(jì)，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)，cpu是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種情況。a：串行通信寄存器在上一節(jié)我們已經(jīng)分析了scon控制寄

20、存器，它是一個(gè)可尋址的專用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)通信的控制，單元地址是98h，其結(jié)構(gòu)格式如下：表3.1 scon寄存器結(jié)構(gòu)表1 寄存器scon結(jié)構(gòu)scond7d6d5d4d3d2d1d0sm0sm1sm2rentb8rb8tiri位地址9fh9eh8dh9ch9bh9ah99h98h下面我們對(duì)個(gè)控制位功能介紹如下：（1）sm0、sm1：串行口工作方式控制位 smo sm1 工作方式 功能說明 0 0 方式0 移位寄存器方式（用于i/o擴(kuò)展） 0 1 方式1 8位uart，波特率可變（t1溢出率/ n） 1 0 方式2 9 位uart，波特率為fosc/64或fosc/321 1 方式3 9位ua

21、rt，波特率可變（t1溢出率/ n） （2）sm2：多機(jī)通信控制位多機(jī)通信是工作方式2和方式3，sm2位主要用于方式2和方式3。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作方式2或3，以及sm2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)（rb8）為1時(shí)，才把接收的前8位數(shù)據(jù)送入sbuf，且置位ri發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)sm2=0時(shí)，只有在接收到有效停止位時(shí)才啟動(dòng)ri，若沒接收到有效停止位，則ri清“0”。在方式0中sm2應(yīng)該為“0”。ren：允許接收控制位。由軟件置“1”時(shí)，允許接收；軟件置“0”時(shí)，不許接收。tb8：在方式3和方式3中要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)，需要時(shí)用軟件置位和清零。tb8：在方式2和方式3中是接

22、收到的第9位數(shù)據(jù)。在方式1時(shí)，如sm2=0，rb8接收到的停止位。在方式0中，不使用rb8。ti：發(fā)送中斷標(biāo)志。由硬件在方式0發(fā)送完第8位時(shí)置“1”，或在其它方式中串行發(fā)送停止位的開始時(shí)置“1”。必須由軟件清“0”。ri：接收中斷標(biāo)志。由硬件在方式0串行發(fā)射第8位結(jié)束時(shí)置“1”b:特殊功能寄存器pconpcon：主要是是chmos型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87h其機(jī)構(gòu)格式如下表：表3.2 特殊功能寄存器pcon pcond7d6d5d4d3d2d1d0位符號(hào)smodgf1gf0pdidl在chmos型單片機(jī)中，除smod位外其它位均為虛設(shè)的，smod是串行波特率倍增位，當(dāng)

23、smod=1時(shí)串行口波特率加倍，系統(tǒng)復(fù)位默認(rèn)為smod=0。c：中斷允許寄存器ie中斷允許寄存器這里重述一下對(duì)串行口有影響的位es。es為串行中斷允許控制位，es=1允許串行中斷，es=0，禁止串行中斷。 串行口工作方式串行口具有4種工作方式，我從應(yīng)用和畢業(yè)設(shè)計(jì)的角度，重點(diǎn)討論方式1發(fā)送。串行口定義為方式1時(shí)傳送1幀數(shù)據(jù)為10位，其中1位起始地址、8位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）、1位停止位方式1的波特率可變，波特率=(t1的溢出率)11.12.13。表3.3 中斷允許寄存器符號(hào)eaeset1ex1etoex0位地址afhaehadhachabhaaha8ha8h3.3 ds18b20

24、溫度傳感器簡介3.3.1 溫度傳感器的歷史及簡介溫度的測量是從金屬(物質(zhì))的熱脹冷縮開始。水銀溫度計(jì)至今仍是各種溫度測量的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。可是它的缺點(diǎn)是只能近距離觀測，而且水銀有毒，玻璃管易碎。代替水銀的有酒精溫度計(jì)和金屬簧片溫度計(jì)，它們雖然沒有毒性，但測量精度很低，只能作為一個(gè)概略指示。不過在居民住宅中使用已可滿足要求。在工業(yè)生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)研究中為了配合遠(yuǎn)傳儀表指示，出現(xiàn)了許多不同的溫度檢測方法，常用的有電阻式、熱電偶式、pn結(jié)型、輻射型、光纖式及石英諧振型等。它們都是基于溫度變化引起其物理參數(shù)(如電阻值，熱電勢等)的變化的原理。隨著大規(guī)模集成電路工藝的提高，出現(xiàn)了多種集成的數(shù)字化溫度傳感器14。3.

25、3.2 ds18b20的工作原理ds18b20工作時(shí)序根據(jù)ds18b20的通訊協(xié)議，主機(jī)控制ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過三個(gè)步驟：1. 每一次讀寫之前都必須要對(duì)ds18b20進(jìn)行復(fù)位；2. 復(fù)位成功后發(fā)送一條rom指令；3. 最后發(fā)送ram指令，這樣才能對(duì)ds18b20進(jìn)行預(yù)定的操作。復(fù)位要求主cpu將數(shù)據(jù)線下拉500微秒，然后釋放，ds18b20收到信號(hào)后等待1560微秒左右后發(fā)出60240微秒的存在低脈沖，主cpu收到此信號(hào)表示復(fù)位成功。其工作時(shí)序包括初始化時(shí)序、寫時(shí)序和讀時(shí)序，具體工作方法如圖3.2，3.3，3.4所示15。(1) 初始化時(shí)序圖3.2 初始化時(shí)序總線上

26、的所有傳輸過程都是以初始化開始的，主機(jī)響應(yīng)應(yīng)答脈沖。應(yīng)答脈沖使主機(jī)知道，總線上有從機(jī)設(shè)備，且準(zhǔn)備就緒。主機(jī)輸出低電平，保持低電平時(shí)間至少480us，以產(chǎn)生復(fù)位脈沖。接著主機(jī)釋放總線，4.7k上拉電阻將總線拉高，延時(shí)1560us，并進(jìn)入接受模式，以產(chǎn)生低電平應(yīng)答脈沖，若為低電平，再延時(shí)480us。(2) 寫時(shí)序圖3.3 寫時(shí)序 寫時(shí)序包括寫0時(shí)序和寫1時(shí)序。所有寫時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的寫時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間，都是以總線拉低開始。寫1時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)2us，然后釋放總線，延時(shí)60us。寫0時(shí)序，主機(jī)輸出低電平，延時(shí)60us，然后釋放總線，延時(shí)2us。(3) 讀時(shí)

27、序圖3.4 讀時(shí)序總線器件僅在主機(jī)發(fā)出讀時(shí)序是，才向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，所以，在主機(jī)發(fā)出讀數(shù)據(jù)命令后，必須馬上產(chǎn)生讀時(shí)序，以便從機(jī)能夠傳輸數(shù)據(jù)。所有讀時(shí)序至少需要60us，且在2次獨(dú)立的讀時(shí)序之間至少需要1us的恢復(fù)時(shí)間。每個(gè)讀時(shí)序都由主機(jī)發(fā)起，至少拉低總線1us。主機(jī)在讀時(shí)序期間必須釋放總線，并且在時(shí)序起始后的15us之內(nèi)采樣總線狀態(tài)。主機(jī)輸出低電平延時(shí)2us，然后主機(jī)轉(zhuǎn)入輸入模式延時(shí)12us，然后讀取總線當(dāng)前電平，然后延時(shí)50us。 rom操作命令當(dāng)主機(jī)收到dsl8b20 的響應(yīng)信號(hào)后，便可以發(fā)出rom 操作命令之一，這些命令如表3.4：rom操作命令。表3.4：rom操作命令。指

28、令約定代碼功能讀rom33h讀ds18b20 rom中的編碼符合rom55h發(fā)出此命令之后，接著發(fā)出64位rom編碼，訪問單線總線上與該編碼相對(duì)應(yīng)的ds18b20 使之作出響應(yīng)，為下一步對(duì)該ds18b20的讀寫作準(zhǔn)備搜索rom0f0h用于確定掛接在同一總線上ds18b20的個(gè)數(shù)和識(shí)別64位rom地址，為操作各器件作好準(zhǔn)備跳過rom0cch忽略64位rom地址，直接向ds18b20發(fā)溫度變換命令，適用于單片工作告警搜索命令0ech執(zhí)行后，只有溫度超過設(shè)定值上限或者下限的片子才做出響應(yīng)溫度變換44h啟動(dòng)ds18b20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間最長為500ms，結(jié)果存入內(nèi)部9字節(jié)ram中讀暫存器0beh

29、讀內(nèi)部ram中9字節(jié)的內(nèi)容寫暫存器4eh發(fā)出向內(nèi)部ram的第3，4字節(jié)寫上、下限溫度數(shù)據(jù)命令，緊跟讀命令之后，是傳送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)復(fù)制暫存器48h將e2pram中第3，4字節(jié)內(nèi)容復(fù)制到e2pram中重調(diào)2pram0bbh將e2pram中內(nèi)容恢復(fù)到ram中的第3，4字節(jié)讀供電方式0b4h讀ds18b20的供電模式，寄生供電時(shí)ds18b20發(fā)送“0”，外接電源供電ds18b20發(fā)送“1”3.3.3 ds18b20的測溫原理 ds18b20的測溫原理每一片dsl8b20在其rom中都存有其唯一的48位序列號(hào)，在出廠前已寫入片內(nèi)rom 中。主機(jī)在進(jìn)入操作程序前必須用讀rom(33h)命令將

30、該dsl8b20的序列號(hào)讀出。程序可以先跳過rom，啟動(dòng)所有dsl8b20進(jìn)行溫度變換，之后通過匹配rom，再逐一地讀回每個(gè)dsl8b20的溫度數(shù)據(jù)。ds18b20的測溫轉(zhuǎn)換時(shí)間表如圖2.4所示，表24 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時(shí)間表r1r0分辨率/位溫度最大轉(zhuǎn)向時(shí)間/ms00993.750110187.510113751112750圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度的影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給減法計(jì)數(shù)器1，高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其震蕩頻率明顯改變，所產(chǎn)生的信號(hào)作為減法計(jì)數(shù)器2的脈沖輸入，圖中還隱含著計(jì)數(shù)門，當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20就對(duì)低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘脈沖后進(jìn)行計(jì)

31、數(shù)，進(jìn)而完成溫度測量。計(jì)數(shù)門的開啟時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將-55 所對(duì)應(yīng)的基數(shù)分別置入減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器中，減法計(jì)數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在-55 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。減法計(jì)數(shù)器1對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，當(dāng)減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置值減到0時(shí)溫度寄存器的值將加1，減法計(jì)數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，減法計(jì)數(shù)器1重新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到減法計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。圖2.3中的斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測溫過程中的非線性，其輸出用于修正減法計(jì)數(shù)器的預(yù)置值，只要計(jì)數(shù)門仍未關(guān)

32、閉就重復(fù)上述過程，直至溫度寄存器值達(dá)到被測溫度值. 另外，由于ds18b20單線通信功能是分時(shí)完成的，他有嚴(yán)格的時(shí)隙概念，因此讀寫時(shí)序很重要。系統(tǒng)對(duì)ds18b20的各種操作必須按協(xié)議進(jìn)行。操作協(xié)議為：初始化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲(chǔ)器操作命令處理數(shù)據(jù)。減法計(jì)數(shù)器斜坡累加器減到0減法計(jì)數(shù)器預(yù) 置低溫度系數(shù)振 蕩 器高溫度系數(shù)振 蕩 器計(jì)數(shù)比較器預(yù) 置溫度寄存器減到0圖34 測溫原理內(nèi)部裝置 ds18b20的測溫流程初始ds18b20跳過rom匹配溫度變換延時(shí)1s跳過rom匹配讀暫存器轉(zhuǎn)換成數(shù)碼圖3.5 ds18b20測溫流程3.4 溫度測試系統(tǒng)工作流程圖系統(tǒng)

33、程序主要包括主程序，讀出溫度子程序。1）主程序主程序的主要功能是負(fù)責(zé)經(jīng)子程序傳來的溫度送入緩沖區(qū)中，并構(gòu)建起與電腦的串口通信，將溫度傳送給電腦。采集到的溫度每一分鐘發(fā)送一次，其程序流程見圖5.1所示。發(fā)送到串口圖5.1 主程序流程圖2）讀出溫度子程序讀出溫度子程序的主要功能是讀出ram中的9字節(jié)，在讀出時(shí)需進(jìn)行crc校驗(yàn)，校驗(yàn)有錯(cuò)時(shí)不進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的改寫。此程序中包括ds18b20的初始化，讀取ds18b20采集到得溫度，校驗(yàn)溫度，設(shè)置溫度采集的上下限（保護(hù)ds18b20）。ds18b20的各個(gè)命令對(duì)時(shí)序的要求特別嚴(yán)格，所以必須按照所要求的時(shí)序才能達(dá)到預(yù)期的目的，同時(shí)，要注意讀進(jìn)來的是高位在后低

34、位在前，共有12位數(shù)，小數(shù)4位，整數(shù)7位，還有一位符號(hào)位。本次只讀取溫度的整數(shù)部分。并且在采集溫度過程中ds18b20的每秒采集一次。ds18b20初始化跳過rom匹配命令寫入子程序溫度轉(zhuǎn)換命令寫入子程序校驗(yàn)溫度設(shè)置溫度上限 圖5.2 讀出溫度子程序3）全部程序。在程序中使用到了大量輔助的程序，以保證程序的正確運(yùn)行，如延時(shí)函數(shù)就有三種不同的形式出現(xiàn)，在此就不具體陳述。主程序見附錄i，讀取溫度程序見附錄；4 溫度測試系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)4.1 虛擬儀器national instruments（美國國家儀器有限公司）在業(yè)界率先提出“虛擬儀器”（virtual instrumentation）概念至今已有2

35、0年了。在這20年里，ni逐步改變了全世界工程師和科學(xué)家們對(duì)于測量和自動(dòng)化的方法。今天，全世界的工程師和科學(xué)家們正在成千上萬個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中使用“虛擬儀器技術(shù)”，從而達(dá)到縮短開發(fā)時(shí)間、提高產(chǎn)品品質(zhì)并降低生產(chǎn)成本的共同目的。同時(shí)，虛擬儀器技術(shù)也正逐漸趨于成熟和完善的境界16。 虛擬儀器系統(tǒng)的基本構(gòu)架包括功能強(qiáng)大的軟件、模塊化的測量硬件及標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)科技（如個(gè)人計(jì)算機(jī)和網(wǎng)際網(wǎng)絡(luò)）。虛擬儀器技術(shù)包含了專為控制應(yīng)用設(shè)計(jì)的軟件及針對(duì)不同頻率與精確度范圍的通用測量硬件，因此，工程師可以在測試或控制應(yīng)用中自行定義測量功能。這些軟硬件工程工具能緊密地與開放式的商業(yè)計(jì)算機(jī)平臺(tái)整合使用，充分利用不斷進(jìn)步的計(jì)算機(jī)科技以獲取

36、高效率、高性能及低成本的利益。同時(shí)，其應(yīng)用范圍極其廣泛，從汽車到消費(fèi)電子，從石油到燃料能源，橫跨數(shù)百個(gè)工業(yè)領(lǐng)域。 隨著莫爾定律的持續(xù)發(fā)展及個(gè)人計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，虛擬儀器系統(tǒng)的功能也越來越強(qiáng)大。個(gè)人計(jì)算機(jī)的內(nèi)存、影像處理、輸入輸出及中央處理單元的性能每年都在提高，而這些技術(shù)都有利于“虛擬”的測量和自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。從15年前個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)至今，其性能已提高了1000倍，而其價(jià)格卻不斷地下降，因此，這些功能強(qiáng)大、性能可靠、成本低廉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)線上產(chǎn)品的制程中。個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展進(jìn)步不僅使得虛擬儀器系統(tǒng)成為一種低成本、高彈性的解決方案，更大大提升了企業(yè)生產(chǎn)率

37、，而這是傳統(tǒng)獨(dú)立的儀器設(shè)備所無法比擬的優(yōu)勢。 4.2 labview的開發(fā)虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國ni公司的labview17。虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。pc機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在microsoft公司的windows誕生之前，ni公司已經(jīng)在macintosh計(jì)算機(jī)上推出了labview2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和labview長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該

38、公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。目前l(fā)abview的最新版本為labview8.6，labview 8.6為多線程功能添加了更多特性，這種特性在1998年的版本5中被初次引入。使用labview軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、labview real-time工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序的

39、執(zhí)行順序，而labview則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)決定了程序的執(zhí)行順序。他用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線雕飾數(shù)據(jù)流向18。labview提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器，萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在labview中稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱g（graphisc）代碼。labview的圖形化源代碼在某種程度上類似于數(shù)據(jù)流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。前面板上的每一個(gè)控件對(duì)應(yīng)程序框圖中的一個(gè)對(duì)象，當(dāng)數(shù)據(jù)“流向”該控件時(shí)，控件就會(huì)根據(jù)自己的特性以一定的方式顯示數(shù)據(jù)例如開關(guān)，數(shù)字和圖形。labv

40、iew程序被成為vi（virtual instrument），即虛擬儀器，這是因?yàn)樗暮芏嘟缑婵丶c操作都模擬了現(xiàn)實(shí)世界中的儀器，例如示波器與萬用表。labview的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。labview還包含了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示與存儲(chǔ)。這些工具都是向?qū)降墓ぞ?，用戶只需要一步步按照提示就可以?shí)現(xiàn)與儀器的連接和參數(shù)的設(shè)置。而程序員也不用去記憶這些大量的函數(shù)，因?yàn)檫@些函數(shù)都以圖標(biāo)與名稱的形式存在于一個(gè)小小的函數(shù)面板上，當(dāng)然要用到某個(gè)函數(shù)時(shí)把它從函數(shù)面板上拖到程序框圖中就可以了。這一切都是圖形化帶來的好處19.20。4.2.1 labview的作用由于

41、labview可以用來創(chuàng)建通用的應(yīng)用程序，因此被成為一種通用的編程語言。但是它在測試、測量和自動(dòng)化等領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢，因?yàn)閘abview提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)。同時(shí)他還提供了大量常用于自動(dòng)化測試測量領(lǐng)域的圖形控件。這使得用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、現(xiàn)實(shí)和存儲(chǔ)的自動(dòng)化測試測量系統(tǒng)。因此它被廣泛的應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)、過程控制和生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域，涵蓋了從研發(fā)、測試、生產(chǎn)到服務(wù)的產(chǎn)品開發(fā)所有階段。今天歐美的許多高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生選修g語言并用它開發(fā)應(yīng)用的軟件的人已經(jīng)超過c等文本語言。近年來我國高校g語言教學(xué)

42、實(shí)踐正在迅速開展。labview不僅可以用來快速搭建小型自動(dòng)化測試測量系統(tǒng)，還可以用來開發(fā)大型的分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。在美國lawrence livermore國家實(shí)驗(yàn)室，一共花費(fèi)了2000萬美金的極為復(fù)雜的飛秒激光切割系統(tǒng)就是基于labview開發(fā)的。該系統(tǒng)中，4臺(tái)windows nt 工作站用網(wǎng)絡(luò)連接起來，labview用來給激光提供測量、控制和自動(dòng)程序，同時(shí)作為半熟練操作者的高層用戶界面。幾乎安裝了所有類別的i/o硬件：daq、gpib、串口、遠(yuǎn)程控制scxi、vme/vxi以及imaq成像。由于這個(gè)項(xiàng)目的極端重要性，因此本項(xiàng)目采取了正式的軟件質(zhì)量保證過程。軟件開發(fā)總共用了4個(gè)年度，創(chuàng)

43、建了約600個(gè)vi。4.2.2 labview的優(yōu)點(diǎn)選擇labview開發(fā)測試和測量用程序的一大決定性因素是其開發(fā)速度。通常，使用labview開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的速度比使用其他編程語言快410倍。這一驚人速度背后的原因在于labview易用易學(xué)，它所提供的工具使創(chuàng)建測試和測量應(yīng)用變得更為輕松21。labview的具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）提供了豐富的圖形化控件，并采用圖形化的編程方法，徹底把工程師們從負(fù)責(zé)苦澀的文本編程中解放出來。（2）內(nèi)建的編譯器在用戶編寫程序的同時(shí)就在后臺(tái)自動(dòng)完成了編譯。因此用戶在編寫程序的過程中如果有錯(cuò)誤，它會(huì)被立即顯示出來。（3）由于采用數(shù)據(jù)流模型，它實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)

44、的多線程，從而能充分利用處理器尤其是多處理器的處理能力。（4）通過dll、cin節(jié)點(diǎn)、activex、.net或matlab腳本節(jié)點(diǎn)等技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)labview與其它編程語言混合編程。（5）通過應(yīng)用程序生成器可以輕松地發(fā)布exe、動(dòng)態(tài)鏈接庫或安裝包。（6）labview提供了大量的驅(qū)動(dòng)與專用工具，幾乎能與任何借口硬件輕松連接。（7）labview內(nèi)建了大量600多個(gè)分析函數(shù)，用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。（8）ni同時(shí)提供了豐富的附加模塊，用戶與擴(kuò)展labview在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如實(shí)時(shí)模塊、pda模塊、fpga模塊、數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控（dsc）模塊、機(jī)器視覺模塊與觸摸屏模塊。4.2.3 la

45、bview的起源與發(fā)展歷程早在20世紀(jì)80年代初引入計(jì)算機(jī)之前，幾乎所有使用可編程一起的實(shí)驗(yàn)室都通過專門的儀器控制器用于控制他們的測試系統(tǒng)。這些價(jià)格昂貴而且功能單一的控制器通過一個(gè)必備的端口控制使用ieee-488總線（即gpib總線）的儀器。到了1983年，隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，national instruments公司成為個(gè)人計(jì)算機(jī)gpib硬件接口的主要供貨商。然而當(dāng)時(shí)用于控制儀器的軟件變現(xiàn)不太好，當(dāng)幾乎100%的儀器控制程序都是用basic語言開發(fā)的。雖然basic有一定的優(yōu)勢，例如簡單、可讀性強(qiáng)的指令集以及可互交功能等，但是它存在一個(gè)根本性的問題：像其他文本編程語言一樣，如果要通過計(jì)

46、算機(jī)控制儀器，無論是科學(xué)家、工程師還是技術(shù)人員都必須懂的編程。他們必須把他們的應(yīng)用軟件和儀器使用的知識(shí)轉(zhuǎn)化為文本，而這種過程多半是繁重而單調(diào)乏味的，尤其是對(duì)那些從來沒有編程經(jīng)驗(yàn)的人來說。national instruments公司有一個(gè)專門致力于開發(fā)出一種用于開發(fā)儀器軟件程序的工具，以減輕儀器編程工作壓在工程師和科學(xué)家身上的負(fù)擔(dān)，但是他們當(dāng)時(shí)并沒有一個(gè)具體明確的概念。當(dāng)1984年蘋果公司推出了macintosh計(jì)算機(jī)之后，情況出現(xiàn)了重要的轉(zhuǎn)機(jī)。他們看到了這臺(tái)小機(jī)器上的圖形化特性后，就知道“圖形化”就是他們今后要走的道路。因?yàn)橄鄬?duì)于輸入一串串的命令進(jìn)行操作，人們使用鼠標(biāo)和圖形化界面時(shí)所發(fā)揮的創(chuàng)造

47、力和高效率是前所未有的。圖形化前面板是人與測量程序互交的最佳途徑。前面板與實(shí)際儀器的面板十分相似，實(shí)際上，這些程序就是虛擬儀器。1985年6月他們開始編寫程序代碼，到10月完成了原型。1986年正式宣布了labview的誕生，同時(shí)ni的名字首次出現(xiàn)在雜志封面上。不過他們低估了后期調(diào)試所耗費(fèi)的大量時(shí)間，因此直到1986年10月labview 1.0才正式發(fā)布。自labview 1.0發(fā)布的20多年以來，labview從來沒有停止過創(chuàng)新的步伐。不斷地改進(jìn)、更新與擴(kuò)展，使labview牢牢占據(jù)了自動(dòng)化測試、測量領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。自labview 1.0發(fā)布后，1992年ni公司又推出了用于sun和pc

48、的labview 2.0版本，此后，每一個(gè)重大版本的發(fā)布都包括里程碑意義的特性和功能上的飛躍。在1998年發(fā)布的labview 5.0中已經(jīng)提供了多線程支持功能，為現(xiàn)在的多處理器技術(shù)打下基礎(chǔ)；labview的首個(gè)可以發(fā)布到實(shí)時(shí)os的版本于1999年誕生；2003年labview 7 express引入了波形數(shù)據(jù)類型，以及一些互交性更強(qiáng)的、基于配置的函數(shù)；2005年推出了labview 8實(shí)現(xiàn)了分布式智能22。4.3 串口程序編譯labview提供了功能強(qiáng)大的visa庫。visa（virtual instrument software architecture虛擬儀器軟件構(gòu)架），是用于儀器編程的

49、標(biāo)準(zhǔn)i/o函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。visa庫駐留于計(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，通過調(diào)用底層驅(qū)動(dòng)程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的編程，其層次如圖4.2(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4.2(b)所示6.27.28。 (a)visa內(nèi)部機(jī)制 （b）虛擬儀器的軟件體系結(jié)構(gòu)圖4.2 visa內(nèi)部機(jī)制與虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)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

50、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的軟件庫的源程序是唯一的，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關(guān)，只是提供了標(biāo)準(zhǔn)形式的api文件作為系統(tǒng)的輸出。visa庫中的串口函數(shù)：本文用到的主要的串口通訊函數(shù)調(diào)用路徑為：函數(shù) 儀器i/ovisa串口。（1）visa 串口配置（如圖4.3所示）。圖4.3 visa串口配置圖標(biāo)及其端口該節(jié)點(diǎn)主要用于將visa資源名稱指定的串口按特定設(shè)置初始化。使用哪一個(gè)多態(tài)實(shí)例將由連接至visa資源名稱輸入端的visa類決定。主要參數(shù)

51、意義如下：visa資源名稱：指定要打開的資源。該控件也可指定會(huì)話句柄和類。波特率：波特率是傳輸速率。默認(rèn)值為9600。數(shù)據(jù)比特：數(shù)據(jù)比特是輸入數(shù)據(jù)的位數(shù)。 數(shù)據(jù)比特的值介于5和8之間。默認(rèn)值為8。奇偶：奇偶是指定要傳輸或接收的每一幀所使用的奇偶校驗(yàn)。奇偶校驗(yàn)位，默認(rèn)值為無校驗(yàn)、偶校驗(yàn)等。停止位：停止位是指定用于表示幀結(jié)束的停止位的數(shù)量。設(shè)置停止位，可以為1、1.5、2。流控制：流控制用于設(shè)置傳輸機(jī)制使用的控制類型。visa資源名稱輸出：visa資源名稱輸出是由visa函數(shù)返回的visa資源名稱的副本。2）visa讀?。ㄈ鐖D4.4所示）。圖4.4 visa讀取設(shè)備并寫入文件函數(shù)及其端口該節(jié)點(diǎn)為串

52、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資源名稱：設(shè)置串口號(hào)，指定要打開的資源。該控件也可指定會(huì)話句柄和類。字節(jié)總數(shù)：字節(jié)總數(shù)是要讀取的字節(jié)數(shù)量。該節(jié)點(diǎn)用于設(shè)置讀取字節(jié)數(shù)。visa資源名稱輸出：visa資源名稱輸出是由visa函數(shù)返回的visa資源名稱的副本。讀取緩沖區(qū)：讀取緩沖區(qū)是指從設(shè)備讀取的數(shù)據(jù)。返回?cái)?shù)：返回?cái)?shù)是指包含實(shí)際讀取的字節(jié)數(shù)。由于labview的串行通訊子vi只允許對(duì)字符串的讀寫，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

53、要先執(zhí)行“組串”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讀取節(jié)點(diǎn)的輸入即可29。3）visa寫入節(jié)點(diǎn)（如圖4.5所示）。 圖4.5 visa寫入函數(shù)及其端口該模塊用于將寫入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)寫入visa資源名稱指定的設(shè)備或接口中。visa資源名稱：visa資源名稱用于指定要打開的資源。該控件也可指定會(huì)話句柄和類。寫入緩沖區(qū)：寫入緩沖區(qū)用于設(shè)置要寫入設(shè)備的數(shù)據(jù)。返回?cái)?shù)：用于輸入實(shí)際寫入的字節(jié)數(shù)。4）visa關(guān)閉 (如圖4.6所示)。該模塊用于對(duì)串行端口進(jìn)行關(guān)閉任務(wù)操作需要調(diào)用visa關(guān)閉函數(shù)。圖4.6 visa關(guān)閉函數(shù)及其端口4.4 程序設(shè)計(jì)4.4.1 主程序系統(tǒng)主監(jiān)控圖如圖4

54、.7（a）所示。運(yùn)行程序，選定好串口，然后點(diǎn)擊前面板的開始鍵，就開始進(jìn)行溫度的采集。溫度上限和溫度下限可以自由設(shè)定，高于上限或低于下限時(shí)就會(huì)通過表格進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并且布爾指示燈會(huì)顯示此時(shí)溫度是高于上限還是低于下限。溫度表則可以顯示當(dāng)前的溫度。單片機(jī)只是向labview中傳送當(dāng)前溫度，labview不向單片機(jī)發(fā)送指令30。圖4.7（a）程序主監(jiān)控圖前面板程序框圖如圖4.7（b），其中端口選擇用于設(shè)置用到的串行口，用來接受下位機(jī)單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。波形圖控件用于顯示采集到的溫度值。串口的初始化設(shè)置：波特率為默認(rèn)值9600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)位，串口號(hào)為1。當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)，通過visa接受溫

55、度。由于labview的串行通信子vi只允許對(duì)字符串的讀寫，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須進(jìn)行字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換，在這里我們通過調(diào)用一個(gè)“組串”子vi來實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。上位機(jī)通過visa讀取節(jié)點(diǎn)讀取單片機(jī)的溫度，來完成溫度的采集31。 圖4.7（b） 串口程序框圖4.4.2 溫度采集部分如圖4.8所示，從串口通信得到的信息進(jìn)入visa中，并經(jīng)由visa讀操作進(jìn)入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。由于在數(shù)據(jù)傳送中設(shè)置為asc 碼，則在后續(xù)的數(shù)據(jù)采集中需要與0的asc碼相比較，從而得出當(dāng)前溫度32。圖4.8 溫度采集部分4.4.3 溫度報(bào)警部分如圖4.9所示，溫度上限值和下限值可以自由設(shè)定，分別與采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)采集到得溫度高于“溫度上限值”時(shí)執(zhí)行比較運(yùn)算“真”，“超過上限”指示燈變亮；當(dāng)采集到的溫度低于“溫度下限值”時(shí)執(zhí)行比較運(yùn)算“真”，“低于下限”指示燈同樣變亮；當(dāng)采集到的溫度高于 “溫度上限值”或低于“溫度下限值”時(shí)執(zhí)行布爾運(yùn)算為“真”時(shí)，表格會(huì)記錄超出的溫度。圖4.9 溫度報(bào)警5 系統(tǒng)調(diào)試及溫度采集早晨采集到得溫度如圖5.1圖5.1 早晨六點(diǎn)左右（室內(nèi)）上圖中，在左上