虛擬儀器課程設(shè)計(jì)基于LabVIEW上下位機(jī)的LED顯示設(shè)計(jì)

1、電控學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）課程名稱(chēng)： LabVIEW程序設(shè)計(jì)教程 題 目： 基于LabVIEW上下位機(jī)的LED顯示設(shè)計(jì) 院 （系）： 電氣與控制工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)班級(jí)：XXXXXXXXXXXXXXX姓 名：XXXX學(xué) 號(hào)：XXXXXX指導(dǎo)教師：XXXXX2014年 1 月 9 日目錄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12.2.1 數(shù)據(jù)信號(hào)線22.2.2 控制信號(hào)線22.3 下位機(jī)總體設(shè)計(jì)32.4 上位機(jī)總體設(shè)計(jì)33 下位機(jī)設(shè)計(jì)33.1 硬件33.1.1 時(shí)鐘晶振模塊33.1.2 復(fù)位模塊33.1.3 LED顯示模塊43.1.4 串口通信模塊43.2 軟件設(shè)計(jì)53.2.1

2、 主程序設(shè)計(jì)53.2.2 串口通信設(shè)計(jì)54 上位機(jī)設(shè)計(jì)65 系統(tǒng)調(diào)試76 結(jié)論77 總結(jié)88 參考文獻(xiàn)99 附錄10基于labview的上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信1 設(shè)計(jì)任務(wù)此次設(shè)計(jì)所要完成的功能是使用AT89C52作為下位機(jī)，通過(guò)RS-232C串口與上位機(jī)相連，將編程所實(shí)現(xiàn)的跑馬燈和端口設(shè)置數(shù)據(jù)顯示在上位機(jī)上。上位機(jī)是通過(guò)LabVIEW軟件繪制實(shí)現(xiàn)，上位機(jī)界面包括設(shè)置區(qū)、命令控件區(qū)、顯示控件區(qū)、數(shù)據(jù)接收區(qū)。2 系統(tǒng)方案選擇2.1整體設(shè)計(jì)下位機(jī)使用AT89C52進(jìn)行流水燈設(shè)計(jì)，上位機(jī)使用LabVIEW進(jìn)行界面設(shè)計(jì)，顯示出端口設(shè)置數(shù)據(jù)和8個(gè)LED燈的顯示，通過(guò)RS232進(jìn)行串口通訊傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)

3、中顯示。AT89C52晶振時(shí)鐘復(fù)位電路8位LED上位機(jī)顯示控件區(qū)命令控件區(qū)端口設(shè)置區(qū)RS232串口圖2.1 設(shè)計(jì)框架2.2 通信協(xié)議RS-232C標(biāo)準(zhǔn)定義了數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）與數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)之間進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌谛畔?，?guī)定了接口的電氣信號(hào)和接插件的機(jī)械要求。RS-232C對(duì)信號(hào)開(kāi)關(guān)電平規(guī)定如下：驅(qū)動(dòng)器的輸出電平為：邏輯“0”：+5+15V；邏輯“1”：-5-15V。接收器的輸入檢測(cè)電平為：邏輯“0”：+3V；邏輯“1”：-3V。RS-232C采用負(fù)邏輯，噪聲容限可達(dá)2V。RS-232是個(gè)人計(jì)算機(jī)上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(huì)(Electronic Industries Ass

4、ociation，EIA) 所制定的異步傳輸標(biāo)準(zhǔn)接口。通常 RS-232 接口以9個(gè)引腳 (DB-9) 或是25個(gè)引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個(gè)人計(jì)算機(jī)上會(huì)有兩組 RS232 接口，分別稱(chēng)為 COM1 和 COM2。RS-232C接口定義了20條可以同外界連接的信號(hào)線，并對(duì)它們的功能作了具體規(guī)定。這些信號(hào)線并不是在所有的通訊過(guò)程中都要用到可以根據(jù)通信聯(lián)絡(luò)的繁雜程度選用其中的某些信號(hào)線。RS-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸速率為50、75、100、150、300、600、1200、2400、4800、9600、19200波特。RS-232C用作計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)程通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸接口，如圖2.

5、2所示，圖中信號(hào)線分為數(shù)據(jù)信號(hào)線和控制信號(hào)線，分別說(shuō)明如下：圖2.2 帶RS-232C接口的通信設(shè)備連接 數(shù)據(jù)信號(hào)線“發(fā)送數(shù)據(jù)（TXD）”和“接收數(shù)據(jù)(RXD)”是一對(duì)數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)。TXD用于發(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)無(wú)效數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，TXD線上的信號(hào)為“1”。RXD用于接收數(shù)據(jù)，當(dāng)無(wú)效數(shù)據(jù)發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)間隔期間，RXD線上的信號(hào)也為“1”。 控制信號(hào)線“請(qǐng)求發(fā)送（RTS）”與“為發(fā)送清零(CTS)”信號(hào)線用于雙工通信方式。半雙工方式下發(fā)送和接收只能分時(shí)進(jìn)行。當(dāng)DTE有數(shù)據(jù)待發(fā)送時(shí)，先發(fā)“請(qǐng)求發(fā)送”，信號(hào)通知調(diào)制解調(diào)器，此時(shí)若調(diào)制解調(diào)器處于接收方式，則必須等到接收完畢轉(zhuǎn)為發(fā)送方式時(shí)，才向DTE回送“為發(fā)送清

6、零”信號(hào)。在全雙工方式下，發(fā)送和接收能同時(shí)進(jìn)行，不使用這兩條控制信號(hào)線?！癉CE就緒”（DSR）和“DTE就緒”（DTR）信號(hào)線分別表示DCE和DTE是否處于可供使用的狀態(tài)。“保護(hù)地”信號(hào)線一般連接設(shè)備的屏蔽地。2.3 下位機(jī)總體設(shè)計(jì)利用AT89C52芯片的P1口，以及軟件編程實(shí)現(xiàn)跑馬燈。2.4 上位機(jī)總體設(shè)計(jì)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

7、水燈狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示等。3 下位機(jī)設(shè)計(jì)3.1硬件在硬件設(shè)計(jì)中主要為下位機(jī)的AT89C52所設(shè)計(jì)的流水燈，其中包括基本的時(shí)鐘晶振模塊，復(fù)位電路模塊，8位LED燈模塊和最重要的串口通訊模塊。 時(shí)鐘晶振模塊外接晶振給單片機(jī)提供一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)（一個(gè)非常穩(wěn)定的頻率信號(hào)），使單片機(jī)各內(nèi)部組件同步工作，并且在和外部設(shè)備通信時(shí)是也能達(dá)到同步。圖3.1 時(shí)鐘晶振模塊復(fù)位模塊手動(dòng)開(kāi)關(guān)復(fù)位使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復(fù)到一個(gè)確定的初始狀態(tài)，并從這個(gè)狀態(tài)開(kāi)始工作。除此之外，當(dāng)單片機(jī)程序運(yùn)行出現(xiàn)錯(cuò)誤或系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位以及重新啟動(dòng)。圖3.2 復(fù)位電路 LED顯示模塊8位LED發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)流

8、水燈操作。根據(jù)軟件設(shè)計(jì)可得到1位LED循環(huán)左移，花樣燈等。圖3.3 8位LED顯示 串口通信模塊MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號(hào)電平（-10，+10v）轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)點(diǎn)平（0，+5）的芯片。串口通訊模塊使上位機(jī)與下位機(jī)得以通信，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。圖3.4 串口通信3.2 軟件設(shè)計(jì) 主程序設(shè)計(jì)下位機(jī)程序設(shè)計(jì)中主要執(zhí)行功能為流水燈顯示和串口發(fā)送，主程序首先對(duì)系統(tǒng)的定時(shí)器和串口進(jìn)行初始化，然后通過(guò)程序SBUF接收P1口的信號(hào)，每接收到一個(gè)P1口信號(hào)就對(duì)上位機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送，通過(guò)上位機(jī)的設(shè)計(jì)界面顯示數(shù)據(jù)。整個(gè)系統(tǒng)的主流程圖如下圖所示。圖3.5下位機(jī)程序流程圖 串口通信設(shè)計(jì)系

9、統(tǒng)的串口部分十分重要，主要是初始化部分對(duì)相應(yīng)的寄存器進(jìn)行設(shè)置，發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候只需要將數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUF里面即可，由發(fā)送中斷標(biāo)志位TI檢測(cè)其數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束。而接收則有中斷方式和等待方式兩種，本系統(tǒng)因?yàn)閱纹瑱C(jī)所要完成的簡(jiǎn)單，所以采用等待的方式。串口的初始化程序流程圖如圖所示。開(kāi) 始結(jié) 束設(shè)置T1工作方式設(shè)置波特率設(shè)置串口工作方式允許串口中斷圖3.6 串口初始化程序流程圖4 上位機(jī)設(shè)計(jì)端口設(shè)置區(qū)中包括五個(gè)部分，分別為：通訊口設(shè)置，波特率設(shè)置，數(shù)據(jù)位設(shè)置，校驗(yàn)位和停止位。通訊口中編輯項(xiàng)有COM1、COM2。波特率編輯項(xiàng)有300、600、1200、1800、2400、4800、7200、9600、14400

10、、19200、28800、38400、56000、76800、115200。數(shù)據(jù)位中編輯項(xiàng)有6、7、8。校驗(yàn)位中編輯項(xiàng)有無(wú)、偶校驗(yàn)、奇校驗(yàn)。停止位中編輯項(xiàng)有1、1.5、2。其前、后面板顯示如圖所示。圖4.1 前面板設(shè)計(jì)圖4.2 程序框圖設(shè)計(jì)5 系統(tǒng)調(diào)試運(yùn)行顯示的過(guò)程是首先實(shí)現(xiàn)燈的左移右移，在實(shí)現(xiàn)等從中間點(diǎn)亮逐步向兩邊擴(kuò)散再向中間聚攏，接著實(shí)現(xiàn)日期20140107與學(xué)號(hào)1006070108。其結(jié)果顯示如下：圖5.1 運(yùn)行結(jié)果圖6 結(jié)論本次課程設(shè)計(jì)題目是基于LabVIEW的跑馬燈設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行的任務(wù)是用編程軟件Keil編寫(xiě)跑馬燈程序、燒寫(xiě)程序、使用LabVIEW設(shè)計(jì)上位機(jī)、下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)在上位機(jī)顯

11、示。此次設(shè)計(jì)使得我們對(duì)課本LabVIEW程序設(shè)計(jì)教程上的理論知識(shí)進(jìn)一步加深，將之應(yīng)用于實(shí)踐，充分發(fā)掘?qū)W生們的潛力。首先是熟悉Keil編程軟件的使用，使用單片機(jī)C語(yǔ)言編寫(xiě)跑馬燈的程序，其中出現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如想要實(shí)現(xiàn)一個(gè)LED的左移點(diǎn)亮，只將其左移一位，即LED<<=1，并未考慮到左移后數(shù)據(jù)的最右端會(huì)自動(dòng)賦0，這樣燈的點(diǎn)亮順序?qū)⒉粫?huì)達(dá)到所想要實(shí)現(xiàn)的效果，應(yīng)該使用該語(yǔ)句LED=(LED<<1)|0x01，將最右端賦值1。另外，編譯鏈接后出現(xiàn)兩個(gè)警告，其原因未選擇Add Files to Group Source Group1，導(dǎo)致錯(cuò)誤。使用LabVIEW軟件繪制前面板和程序

12、框圖是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，首先是繪制前面板上的所要求的各顯示和設(shè)置區(qū)，繪制完成后，在后面板上會(huì)主動(dòng)生成一些相應(yīng)的控件，然后補(bǔ)充所要用到的控件，并用導(dǎo)線將相應(yīng)控件相連接。最終完成上位機(jī)的設(shè)計(jì)。最初繪制完成后運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)顯示區(qū)有數(shù)據(jù)，但LED燈顯示區(qū)中無(wú)一LED亮，此問(wèn)題的原因是為將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)控件“字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換”轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組，造成錯(cuò)誤，鼠標(biāo)放在數(shù)據(jù)接收區(qū)控件上，點(diǎn)右鍵選字符串選板中的“字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換”控件，然后鼠標(biāo)放在“字符串至字節(jié)數(shù)組轉(zhuǎn)換”控件上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵選擇“索引數(shù)組”控件，用導(dǎo)線將對(duì)應(yīng)的控件相連，再次運(yùn)行，燈亮，數(shù)據(jù)顯示區(qū)數(shù)據(jù)與下位機(jī)燈亮的順序一致，但在前面板中的燈亮與

13、燈滅正好與實(shí)際相反，為改正錯(cuò)誤，在程序框圖中的LED顯示控件區(qū)中的各LED前加一個(gè)非門(mén)，從而將錯(cuò)誤改正。此外，對(duì)于自身來(lái)說(shuō)，此次設(shè)計(jì)中仍有些不足，如程序框圖中有些控件仍不是太明白其含義和功能，希望自己以后會(huì)多加練習(xí)，爭(zhēng)取更進(jìn)一步地掌握LabVIEW軟件的使用。7 總結(jié)通過(guò)各方面努力，本次實(shí)習(xí)基本完成。在LabVIEW設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)下，設(shè)計(jì)出了上下位機(jī)的LED通訊燈動(dòng)態(tài)顯示方案。通過(guò)這次系統(tǒng)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)提高了我運(yùn)用所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決面臨實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也提高了我查閱各種文獻(xiàn)資料、使用LabVIEW軟件的水平。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足以及許多知識(shí)的漏洞。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了不少困難，

14、慶幸的是我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的指導(dǎo)老師昝老師設(shè)計(jì)過(guò)程中，他給的指導(dǎo)，豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹茖W(xué)態(tài)度，是我解決問(wèn)題的關(guān)鍵所在。同時(shí)，還要感謝幫助我的所有同學(xué)。我想，本次實(shí)習(xí)對(duì)我們每個(gè)人都是影響很大的，它使我們基本掌握了LabVIEW通訊的設(shè)計(jì)方案，基本掌握了LabVIEW等軟件的使用，并且對(duì)LabVIEW有了更深入的了解。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，我們不僅學(xué)到了很多專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，還學(xué)會(huì)了分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的方法。相信這些對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)與工作都有很大的幫助。通過(guò)對(duì)自己在大學(xué)時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和對(duì)課程設(shè)計(jì)的思考及書(shū)面表達(dá)能力，最終完成了這項(xiàng)實(shí)習(xí)。這次設(shè)計(jì)為我

15、們今后進(jìn)一步深化學(xué)習(xí)，積累了一定的寶貴經(jīng)驗(yàn)。撰寫(xiě)論文的過(guò)程也是專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程，運(yùn)用已有的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問(wèn)題或?qū)嶋H問(wèn)題，把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的實(shí)際訓(xùn)練，并且為以后的課程設(shè)計(jì)論文做好準(zhǔn)備及鋪墊。本次課題培養(yǎng)了我們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，確實(shí)也有所提高。通過(guò)這次實(shí)習(xí)發(fā)現(xiàn)，只有理論水平提高，才能夠?qū)⒄n本知識(shí)與實(shí)踐相整合，理論知識(shí)服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐，以增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我們知道了理論和實(shí)際的距離，也知道了理論和實(shí)際想結(jié)合的重要性。我們的學(xué)習(xí)不但要立足于書(shū)本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問(wèn)題為目的，還要以實(shí)踐相結(jié)合，理論問(wèn)題即實(shí)踐課題，解決問(wèn)題即課程研究

16、，學(xué)生自己就是一個(gè)專(zhuān)家，通過(guò)自己的手來(lái)解決問(wèn)題比用腦子解決問(wèn)題更加深刻。學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取理論與實(shí)踐結(jié)合的方式，理論的問(wèn)題，也就是實(shí)踐性的課題。這種做法既有助于完成理論知識(shí)的鞏固，又有助于帶動(dòng)實(shí)踐，解決實(shí)際問(wèn)題，加強(qiáng)我們的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力。8 參考文獻(xiàn)1 虛擬儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，彭倩編.西安科技大學(xué)出版社.2 楊樂(lè)平，李海濤，趙勇等.LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2003.3 王磊，陶梅.精通LabVIEW8.0.北京：電子工業(yè)出版社，2007.9 附錄圖1 下位機(jī)原理圖程序清單#include<reg51.h> #define uchar unsigned c

17、har #define uint unsigned int uchar code LED1=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f;/定義流水燈點(diǎn)亮順序uchar code LED2=0xfc,0xf9,0xf3,0xe7,0xcf,0x9f,0x3f,0x7e; uchar code LED3=0xf8,0xf1,0xe3,0xc7,0x8f,0x1f,0x3e,0x7c; uchar code LED4=0xe7,0xc3,0x81,0x00,0x00,0x81,0xc7,0xe7; uchar code LED5=0xfb,0xfe,0xfd,0x

18、ef,0xfe,0xfd,0xfe,0x7f; uchar code LED6=0xfe,0xff,0xff,0xc0,0xff,0x80,0xff,0xfe,0xff,0x00; void delay(uint x) /延遲函數(shù) uchar i; while(x-) for(i=0;i<120;i+); void Port(char c) /定義單片機(jī)向串口輸出數(shù)據(jù)子函數(shù) SBUF=c; while(TI=0); TI=0;void main(void) SCON=0x50; /設(shè)置串口工作于方式1 TMOD=0x20; /設(shè)置定時(shí)器工作于方式2 PCON=0x00; /設(shè)置SMOD TH1=0xfd; /設(shè)置波特率 TL1=0xfd; TI=0; /允許向串口發(fā)送數(shù)據(jù) TR1=1; /啟動(dòng)TI while(1) uchar i; for(i=0;i<8;i+) /正向點(diǎn)亮流水燈并將流水燈狀態(tài)發(fā)送至串口 P1=LED1i; Port(LED1i); delay(300); for(i=7;i>0;i-) /反向點(diǎn)亮流水燈并將流水燈狀態(tài)發(fā)送至口 P1=LED1i; Port(LED1i); delay(300); for(i=0;i<8;i+) P1=LED2i; Port(LED2i); delay(300); for