虛擬儀器課程設(shè)計(jì)基于LabVIEW的流水燈設(shè)計(jì)

1、 電控學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文） 課程名稱： 虛擬儀器 題 目： 數(shù)字流水燈的設(shè)計(jì) 院 （系）： 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日基于LabVIEW的流水燈設(shè)計(jì)摘 要虛擬儀器（virtual instrumention）是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。LabVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。流水燈是一種生活中比較

2、常見(jiàn)的裝飾，本文主要通過(guò)labview來(lái)設(shè)計(jì)了一個(gè)流水燈系統(tǒng)的上位機(jī)界面，通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)了其有規(guī)律的亮滅，帶來(lái)一定的觀賞效果。關(guān)鍵詞：虛擬儀器、上位機(jī)、串口通信、流水燈AbstractVirtual Instrument (virtual instrumention) is a computer-based instruments. Close combination of computer and instruments is an important development direction of the current instrument. LabVIEW is a program

3、 development environment from National Instruments (NI) developed by the company, similar to C and BASIC development environment, but LabVIEW significantly different from other computer languages are: the use of other computer languages are generated text-based language code, and the use of LabVIEW

4、graphical programming G editing language program is produced in block diagram form.Light water is a relatively common life decorative paper labview mainly through the PC interface to design a light water system through serial communication achieved its regular light off, bring some viewing.Keywords:

5、 Virtual Instrument, PC, serial communications, water lights目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)12系統(tǒng)方案選擇12.1整體設(shè)計(jì)12.2通信協(xié)議12.3下位機(jī)設(shè)計(jì)方案22.4上位機(jī)設(shè)計(jì)方案23下位機(jī)設(shè)計(jì)33.1硬件設(shè)計(jì)3單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)單元43.2軟件設(shè)計(jì)4跑馬燈程序設(shè)計(jì)5串口發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)54上位機(jī)設(shè)計(jì)64.1前面板設(shè)計(jì)64.2后面板設(shè)計(jì)75系統(tǒng)調(diào)試86結(jié)論97總結(jié)10參考文獻(xiàn)11附錄121 設(shè)計(jì)任務(wù)1.通過(guò)RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過(guò)RS232接口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)（PC）與下位機(jī)（單片機(jī)）之間的數(shù)據(jù)通訊。2.利用上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。對(duì)于界面數(shù)據(jù)的顯

6、示，主要由模擬的LED燈實(shí)現(xiàn)。 2系統(tǒng)方案選擇2.1整體設(shè)計(jì)采用單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)單片機(jī)流水燈的運(yùn)行狀態(tài)對(duì)上位機(jī)的發(fā)送，并且由上位機(jī)接受并且實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的顯示，使下位機(jī)流水燈的運(yùn)行狀態(tài)能夠直觀的在LABVIEW中實(shí)現(xiàn)。下位機(jī)由單片機(jī)通過(guò)串口發(fā)送PC機(jī)，PC機(jī)接受信號(hào)并且顯示到界面。2.2通信協(xié)議串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用的設(shè)備通信協(xié)議，串口通信協(xié)議也可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)，串行通信是計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，由于其成本低，性能穩(wěn)定并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而在工程中被廣泛應(yīng)用。所謂通信協(xié)議是指通信雙方的一種約定。約定包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、同步方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定

7、義等問(wèn)題做出統(tǒng)一規(guī)定，通信雙方必須共同遵守。因此，也叫做通信控制規(guī)程，或稱傳輸控制規(guī)程。目 前較為常用的串口有9針串口和25針串口，通信距離較近時(shí)，可以用電纜線直接連接標(biāo)準(zhǔn)RS232端口 ，若距離較遠(yuǎn)，需附加調(diào)制解調(diào)器。RS-232是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通訊。RS-232串行接口總線適用于：設(shè)備之間的通訊距離不大于15m，傳輸速率最大為20kBps,RS-232協(xié)議以-5V-15V表示邏輯1，以+5V15V表示邏輯0。AT89C52單片機(jī)具有一個(gè)異步串行收發(fā)模塊USART，其

8、主要特點(diǎn)如下：支持8和9位數(shù)據(jù)位，1位停止位的串行數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)；由硬件支持的奇偶校驗(yàn)位發(fā)生和校驗(yàn)；二個(gè)完全獨(dú)立的中斷，TX發(fā)送完成RX接收完成；支持多機(jī)通信模式；支持倍速異步通信模式，典型的串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：地線，發(fā)送，接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù)，其他線用于握手，但是不是必須的。這個(gè)系統(tǒng)只是初步采集，自己接觸通信接口也不多，所以直接使用比較簡(jiǎn)單的通訊接口RS232通訊接口，此接口性能完全可以滿足此次設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸要求，所以直接選擇RS232通訊接口。2.3下位機(jī)設(shè)計(jì)方案 由ATC89C52最小系統(tǒng)和8個(gè)流水燈組

9、成。ATC89C52單片機(jī)是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，具有鄧杜的內(nèi)部資源：4kb閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、5個(gè)向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)全雙工的串行口。具有4.25-5.50V的電壓工作范圍和0-24MHz的工作頻率，使用ATM89C52單片機(jī)時(shí)無(wú)須外擴(kuò)存儲(chǔ)器。因此控制流水燈就是一個(gè)帶有八個(gè)發(fā)光二極管的單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。2.4上位機(jī)設(shè)計(jì)方案對(duì)于labview處理主要包括前后面板的設(shè)計(jì)，包括三部分：參數(shù)設(shè)置部分、命令控制部分及顯示部分。其中參數(shù)設(shè)置主要包

10、括通訊口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位及接收周期的設(shè)置；命令控制主要包括啟停數(shù)據(jù)接收、顯示數(shù)據(jù)清空及退出運(yùn)行等；顯示界面主要包括接收數(shù)據(jù)顯示、接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)顯示、當(dāng)前下位機(jī)流水燈狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示等。上位機(jī)接受下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)計(jì)前面板以及框圖程序的編寫(xiě)，將模擬的跑馬燈顯示在上位機(jī)的前面板上。3下位機(jī)設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì) STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。使用高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8

11、 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。本次課程設(shè)計(jì)下位機(jī)使用單片機(jī)STC89C52控制流水燈，其硬件原理圖如下：圖 3-1 STC89C52控制流水燈電路單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)單元 單片機(jī)通過(guò)串口向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，如圖3-2所示為串口連接電路：圖3-2所示為串口連接電路3.2軟件設(shè)計(jì)圖3-3 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程圖軟件程序見(jiàn)附錄跑馬燈程序設(shè)計(jì)流水燈點(diǎn)亮順序表：Uchar code LED=0x00,0x18,0x3c,0x7e,0xff,0xbd,0xdb,0xe7;數(shù)據(jù)發(fā)送程序： for(i=0;i&l

12、t;7;i+) P0=LEDi; fs(LEDi); Delay(1000); for(i=7;i>0;i-) P0=LEDi; fs(LEDi); Delay(1000); 串口發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)串口初始化子函數(shù)：void Com_Init(void) TMOD = 0x20; PCON = 0x00; SCON = 0x50; TH1 = 0xFd; TL1 = 0xFd; TR1 = 1;數(shù)據(jù)發(fā)送子函數(shù)：void fs(char p) SBUF = p; while(!TI) TI = 0;4上位機(jī)設(shè)計(jì)對(duì)于labview上位機(jī)主要包括前后面板的設(shè)計(jì)，包括三部分：參數(shù)設(shè)置部分、命令控制

13、部分及顯示部分。其中參數(shù)設(shè)置主要包括通訊口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、停止位及接收周期的設(shè)置；命令控制主要包括啟停數(shù)據(jù)接收、顯示數(shù)據(jù)清空及退出運(yùn)行等；顯示界面主要包括接收數(shù)據(jù)顯示、接收數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)顯示、當(dāng)前下位機(jī)流水燈狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示等。4.1前面板設(shè)計(jì)圖4-1 上位機(jī)前面板設(shè)計(jì)4.2后面板設(shè)計(jì)程序面板設(shè)計(jì)如下：圖4-2 程序設(shè)計(jì)面板5系統(tǒng)調(diào)試將下位機(jī)程序下載到單片機(jī)并使用串口調(diào)試助手對(duì)數(shù)據(jù)通信進(jìn)行檢測(cè)，無(wú)誤后對(duì)上位機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。運(yùn)行結(jié)果如下：圖5-1 串口調(diào)試通過(guò)串口程序助手看以查看下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)是否正常，檢查下位機(jī)的好壞，避免出現(xiàn)問(wèn)題找不出是上位機(jī)還是下位機(jī)的因素。然后通過(guò)下位機(jī)測(cè)試上位機(jī)的接收情況、

14、以及程序正確與否。6結(jié)論點(diǎn)擊labview發(fā)送按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和流水燈演示，點(diǎn)擊清空按鈕清空數(shù)據(jù)接收顯示區(qū)的數(shù)字，點(diǎn)擊停止按鈕停止數(shù)據(jù)的發(fā)送。可自行設(shè)置發(fā)送周期、波特率等的設(shè)置。下位機(jī)發(fā)送跑馬燈的狀態(tài)數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收顯示。前面板的接收到數(shù)據(jù)后，如下圖所示：圖6-1 前面板顯示圖7總結(jié) 經(jīng)過(guò)這次虛擬儀器課程設(shè)計(jì)，是我對(duì)于單片機(jī)又了進(jìn)一步的復(fù)習(xí)，對(duì)labview及上下位機(jī)之間的通信都有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，尤其是上下位機(jī)之間的通信。一個(gè)周的課設(shè)，也對(duì)LabVIEW又有了深一步的了解，LabVIEW入門(mén)很容易，如果要深入做下去，就必須懂得各方面的知識(shí)。這是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課，很多知識(shí)是從實(shí)驗(yàn)中學(xué)來(lái)的，自

15、己還覺(jué)的不錯(cuò)，但真到實(shí)際做東西的時(shí)候，就會(huì)覺(jué)得困難重重，這時(shí)再去思考一遍，便有了對(duì)知識(shí)的更深層次的理解。學(xué)以促用,用以促學(xué)，我們感覺(jué)這也是這門(mén)課教給我們的重要知識(shí)，在整個(gè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了在復(fù)雜的問(wèn)題面前怎樣去分析，找到問(wèn)題的關(guān)鍵所在，而且認(rèn)識(shí)到這種能力的重要性。這期間我們帶著問(wèn)題學(xué)習(xí)才能學(xué)到真正的知識(shí)。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了在復(fù)雜的問(wèn)題面前怎樣去分析，找到問(wèn)題的關(guān)鍵所在，而且認(rèn)識(shí)到這種能力的重要性。 在這次虛擬儀器課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅鞏固了上課所學(xué)的理論知識(shí)，也對(duì)labview有了更深入的了解和更熟練的操作，最重要的是學(xué)會(huì)了一種認(rèn)真的態(tài)度，通過(guò)幾天的不斷研究不斷改進(jìn)，做出了自己的流水燈程序并且能夠

16、按要求正確的運(yùn)行，經(jīng)過(guò)諸多坎坷之后得到了成功的喜悅。參考文獻(xiàn)1江建軍，孫彪.LabVIEW程序設(shè)計(jì)教程M.電子工業(yè)出版社，2012.12彭倩.虛擬儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)M.西安科技大學(xué)，2012附錄1. 硬件原理圖和LabVIEW框圖程序2.程序/*虛擬儀器課程設(shè)計(jì)：流水燈上位機(jī)下位機(jī)通信*/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int /*流水燈點(diǎn)亮順序表*/uchar code LED=0x00,0x18,0x3c,0x7e,0xff,0xbd,0xdb,0xe7;/*串口初始化子函數(shù)*/void Com_Init(void) TMOD = 0x20; PCON = 0x00; SCON = 0x50; TH1 = 0xFd; TL1 = 0xFd; TR1 = 1;/*串口數(shù)據(jù)發(fā)送子函數(shù)*