LabView與單片機通信設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）labview與單片機通信設(shè)計摘 要虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術(shù)同儀器技術(shù)深層次結(jié)合的全新概念儀器，實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出測量結(jié)果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。本文介紹了利用labview語言來實現(xiàn)上、下位機之間通信的方法，并從軟、硬件兩個方面闡述了設(shè)計思想。在簡要介紹圖形化虛擬儀器平臺labview的基礎(chǔ)上,分析stc12c5a60s2單片機與labview之間的串口通信模式,并結(jié)合該設(shè)計中設(shè)計的溫度檢測系統(tǒng)給出串口通信的軟、硬件設(shè)計。應(yīng)用先進的虛擬儀

2、器軟件labview，大大降低了串口通訊復(fù)雜程度，減小了軟件設(shè)計的工作量，能夠大大降低投資成本。在實際應(yīng)用中有巨大的使用價值。關(guān)鍵詞：單片機，labview，串口通信design of mcu serial communicationbased on labviewabstractvirtual instrument is the modern computer technology combined with the instrumentation of the new concept of deep-level instrument, in real terms is the use of

3、 analog computer monitors display control panel, traditional instruments, in various forms to express the output measurements, using computer software features to achieve a strong signal operation data, analysis and processing, to complete a variety of testing capabilities of a computer instrument s

4、ystem. this article describes the use of labview to implement the language, the next method of communication between the crew and from the software and hardware are two aspects of the design. based on simple introduction of labview dummy instruments platform，analyses the mode of serial communication

5、 between stc12c5a60s2 mcu and labview，and gives its software and hardware design with an example of a system of temp-watchthe application of advanced virtual instrument software labview, greatly reduces the complexity of serial communication, reduce the software design can greatly reduce the investm

6、ent cost. in practice, there is tremendous value in use.key words：mcu, labview, serial communication目 錄前 言1第1章 緒論31.1 研究的背景及意義31.1.1 課題研究背景31.1.2 課題研究意義31.2 課題發(fā)展狀況41.3 設(shè)計任務(wù)5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計62.1 系統(tǒng)方案設(shè)計62.2 系統(tǒng)硬件選擇6第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計73.1 元器件的介紹73.1.1 主控制器（stc12c5a60s2）73.1.2溫度傳感器介紹（ds18b20）103.1.3pl2303hx簡介133.2 硬件電

7、路圖設(shè)計133.2.1主板電路133.2.2溫度檢測電路143.2.3鍵盤電路153.2.4led燈控制電路153.2.5串口通信電路16第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計174.1 單片機接口程序設(shè)計174.2 labview串口設(shè)置及 hmi設(shè)計184.2.1 visa簡介184.2.2 串口通訊函數(shù)184.2.3 hmi設(shè)計194.3上位機pc機labview串口通信實現(xiàn)194.4單片機串口通訊協(xié)議22結(jié) 論23參考文獻24致謝25附錄26河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）前 言此次畢業(yè)設(shè)計的主要研究內(nèi)容以單片機為核心，設(shè)計溫度檢測電路，led燈控制電路，開關(guān)輸入檢測電路，串行通信接口電路，并編寫相關(guān)控制程

8、序。設(shè)計基于串行通信的協(xié)議，實現(xiàn)和labview的通信功能。labview是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。與visual c、visual basic等計算機編程語言相比，圖形化編程工具labview有一個重要的不同點：不采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼行，而使用圖形化編程語言g編寫程序；產(chǎn)生的程序是框圖的形式，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。因而可在很短的時間內(nèi)被掌握并應(yīng)用到實踐中去，特別適合硬件工程師、實驗室技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用。但其功能并沒有因圖形化編程而受到限制，依然具有通用編程系統(tǒng)的特點。labview有一個可完成任何編程任務(wù)的龐大的函數(shù)庫。該函數(shù)庫，包

9、括數(shù)據(jù)采集、gpib、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等。labview還有一個特點是模塊化，體現(xiàn)在兩個方面。首先，labview中使用的基本節(jié)點和函數(shù)等就是一個個小的模塊，可以直接使用；另外，由labview編寫的程序即虛擬儀器模塊，除了作為獨立程序運行外，還可作為另一個虛擬儀器模塊的子模塊（即子vi）供其他模塊程序使用。 圖0-1 labview軟件總體結(jié)構(gòu)框圖labview沒有常規(guī)儀器的控制面板，而是利用計算機強大的圖形環(huán)境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，以在計算機屏幕上建立圖形化的軟面板來替代常規(guī)的傳統(tǒng)儀器面板。軟面板上具有與實際儀器相似的旋鈕、開關(guān)、指示燈及其他控制部件。在操

10、作時，用戶通過鼠標或鍵盤操作軟面板，來檢驗儀器的通信和操作。而利用labview設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各種實際信號，并對其疾行分析得出有用信息，然后將測量結(jié)果和應(yīng)用程序進行分享。通過開放的labview環(huán)境和與之無縫集成的硬件，能夠方便地將設(shè)計從理論階段、完成系統(tǒng)辨識、控制設(shè)計、動態(tài)系統(tǒng)仿真以及實時系統(tǒng)實現(xiàn)。利用labview作仿真界面既可直觀表達儀表儀器亦達到美觀效果，與其他仿真軟件相比較，其優(yōu)勢是很明顯的。第1章 緒 論1.1 研究的背景及意義1.1.1 研究的背景目前以計算機為上位機和以單片機為下位機的集散式控制系統(tǒng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)檢測和控制系統(tǒng)中。由于pc機的分析處理能力強,

11、處理速度快,而單片機價格低廉、體積小、使用靈活方便,所以主機一般采用pc機,而從機則采用單片機。串行通信是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方法，雖然它的傳輸速度慢，但它占用的通信線路少，成本低，在工程的通信方式上仍有重要地位。通過pc機的rs-232串行接口與單片機之間串行通信是主要的通信手段。虛擬儀器在那些發(fā)達國家中設(shè)計、生產(chǎn)、使用已經(jīng)十分普及。在美國，虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已成為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程，而在我國虛擬儀器的設(shè)計、生產(chǎn)、使用正在起步。國內(nèi)專家預(yù)測，未來的幾年內(nèi)，我國將有50的儀器為虛擬儀器。屆時，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時監(jiān)測。隨著微型計算機

12、的發(fā)展，各種有關(guān)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。1.1.2 課題研究意義 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器技術(shù)不同，虛擬儀器在通用計算機平臺上通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備，然后根據(jù)用戶的實際需求就可以構(gòu)建起不同的系統(tǒng)。所以虛擬儀器實際上是一個按照用戶的實際需求組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件，它主要使用計算機顯示器的顯示功能來顯示模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，這就可以用多種形式輸出檢測結(jié)果，即實用又美觀。目前，計算機和儀器的密切結(jié)合并且結(jié)合的越來越緊密是儀器發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器系統(tǒng)可以歸納為圖1-1。圖1-1 虛擬儀器系統(tǒng) 具體來說，虛擬儀器

13、有以下特點：(1) 虛擬儀器利用了計算機豐富的軟件資源。這樣就可以使部分儀器的硬件軟件化，增加了系統(tǒng)靈活性，并且節(jié)省了資源。另外，計算機還能實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理。(2) 因為虛擬儀器融合了計算機的硬件資源，計算機來直接處理這些應(yīng)用，這樣就大大的增強了傳統(tǒng)儀器的功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。(3) 虛擬儀器基于計算機總線和模塊化儀器的總線，這樣就使儀器的硬件實現(xiàn)了模塊化，就可以方便地構(gòu)建模塊化的虛擬儀器。(4) 當(dāng)今世界的計算機技術(shù)和相關(guān)的技術(shù)發(fā)展十分迅速，虛擬儀器也是建立在此基礎(chǔ)上的，因此虛擬儀器隨著計算機更新的速度快，功能越來與強大。(5)

14、 由于計算機的體系是開放式的，所以虛擬儀器的硬件和軟件都具有開放性、可重復(fù)使用的特點。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，而且硬件還可以互換，這樣就使虛擬儀器系統(tǒng)更為靈活。而我們通過研究這樣的一個課題，可以更好地了解應(yīng)用虛擬儀器，不斷地改進，使它融入到生活中的各個方面。1.2 課題發(fā)展的狀況在虛擬儀器出現(xiàn)之前，傳統(tǒng)儀器設(shè)備就是普通的模擬測量設(shè)備。每一種儀器就是一種完全封閉的專用系統(tǒng)。如果想存儲或者進一步處理數(shù)據(jù)，就需要人工繼續(xù)操作。虛擬儀器從最初的概念提出到現(xiàn)在日趨成熟的技術(shù)，這些都離不開計算機技術(shù)的飛速。簡單來說，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下幾個階段。 第一

15、階段是使用計算機增強傳統(tǒng)儀器的功能。由于計算機技術(shù)的長足發(fā)展和接口的統(tǒng)一，計算機和外界通信成為可能，只要把儀器和計算機通過特定的接口相連接，用戶就可以通過計算機控制儀器的功能，這使得用計算機控制測控儀器成為一種趨勢。 第二階段是開放式的通用接口和儀器硬件構(gòu)成。隨著時代的發(fā)展，儀器的硬件出現(xiàn)了技術(shù)進步：插入式的計算機數(shù)據(jù)采集卡和儀器總線標準的確立。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成和接口得以統(tǒng)一和不斷開放，這樣就慢慢地消除了原來由用戶定義和供應(yīng)商定義的儀器功能的區(qū)別。 第三階段，虛擬儀器構(gòu)架和結(jié)構(gòu)得到了廣泛認同和采用。在硬件和軟件領(lǐng)域產(chǎn)生許多行業(yè)標準，有幾個虛擬儀器平臺已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用并有趨勢逐漸成為虛

16、擬儀器行業(yè)標準。然后用戶可以把許多儀器的功能通過軟件編寫的方式封裝起來用虛擬儀器實現(xiàn)。第四階段，虛擬儀器編程的行業(yè)標準產(chǎn)生了，接口、總線、傳輸?shù)榷加型ㄟ^統(tǒng)一的標準，虛擬儀器的作者只要把大部分精力放在程序的開發(fā)和儀器功能的設(shè)計上就可以了，就不需要考慮這些問題。在以上階段中，可以看出在虛擬儀器技術(shù)發(fā)展中有兩個特別突出的標志：一個是各種總線標準的建立和應(yīng)用，它從硬件標準上為虛擬儀器鋪平了道路；另一個是圖形化編程語言的出現(xiàn)，用戶不再面對枯燥的代碼，這就使用戶把更多的精力放在程序的流程和效率上面。1.3 設(shè)計任務(wù)1、 設(shè)計單片機及其相關(guān)電路，編寫控制程序2、 設(shè)計基于串行通信的協(xié)議，實現(xiàn)和labview

17、的通信功能3、 編寫labview程序，通過串行通信實現(xiàn)對單片機系統(tǒng)的溫度值，輸入開關(guān)狀態(tài)的讀取，實現(xiàn)對led的控制。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體方案設(shè)計開關(guān)量下位機（51單片機）上位機（pc）led燈溫度傳感器系統(tǒng)由溫度傳感器、led燈、開關(guān)、串口通信電路、stc12c5a60s2單片機、上位機筆記本電腦一臺。單片機對溫度和開關(guān)量進行采集，經(jīng)過處理，通過串口通信傳輸?shù)缴衔粰C中，由上位機labview軟件進行編程將信息處理并呈現(xiàn)在用戶面前，既能實現(xiàn)人機對話，也能實現(xiàn)遠程控制下位機功能。2.2 系統(tǒng)硬件的選擇傳感器采用傳統(tǒng)的ds18b20傳感器，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過

18、簡單的編程實現(xiàn)912位的數(shù)字值讀數(shù)方式。開關(guān)量輸入采用開關(guān)量輸入，選用獨立按鍵開關(guān)?？刂破鬟x用stc12c5a60s2，該單片機具有8路10位ad，雙串口，該單片機有1024字節(jié)的擴展ram，同時，該單片機采用了不分頻執(zhí)行機器周期，同晶振頻率下，運行速度是普通51單片機的12倍，可不用進行初始化設(shè)置，就可進行在常用波特率下的串口通信。第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計3.1 元器件的介紹3.1.1主控制器（stc12c5a60s2）stc12c5a60s2單片機中包含中央處理器（cpu）、程序存儲器(flash)、數(shù)據(jù)存儲器（sram）、定時/計數(shù)器、uart串口、串口2、i/o接口、告訴a/d轉(zhuǎn)換、spi

19、接口、pca、看門狗及片內(nèi)r/c振蕩器和外部晶體振蕩電路等模塊。stc12c5a6060s2系列單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個偏上系統(tǒng)。下圖為該系列單片機引腳圖：圖3-1 stc12c5a60s2單片機引腳圖stc12c5a60s2是stc生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1t）的單片機，是高速、低功耗、超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路，2路pwm，8路高速10位a/d轉(zhuǎn)換，針對電機控制，強干擾場合。1、增強型8051cpu，1t（1024g），單時鐘/機器周期2、工作電壓 5.5-3.

20、5v3、1280字節(jié)ram4、通用i/o口，復(fù)位后為：準雙向口/弱上拉可設(shè)置成四種模式：準雙向口/弱上拉，強推挽/強上拉，僅為輸入/高阻，開漏每個i/o口驅(qū)動能力均可達到20ma，但整個芯片最大不要超過120ma5、有eeprom功能6、看門狗7、內(nèi)部集成max810專用復(fù)位電路8、外部掉電檢測電路9、時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部r/c振蕩器常溫下內(nèi)部r/c振蕩器頻率為：5.0v單片機為：1117mhz 3.3v 單片機為：812mhz10、4個16位定時器兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器，16位定時器t0和t111、3個時鐘輸出口，可由t0的溢出在p3.4/t0輸出時鐘，可由t1

21、的溢出在p3.5/t1輸出時鐘，獨立波特率發(fā)生器可以在p1.0口輸出時鐘12、外部中斷i/o口7路，傳統(tǒng)的下降沿中斷或電平觸發(fā)中斷，并新增支持上升沿中斷的pca模塊，power down模式可由外部中斷喚醒，int0/p3.2，int1/p3.3，t0/p3.4，t1/p3.5，rxd/p3.0，ccp0/p1.3，ccp0/p1.313、pwm2路14、a/d轉(zhuǎn)換，10位精度adc，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達250k/s15、通用全雙工異步串行口（uart）16、雙串口，rxd2/p1.2，txd2/p1.317、工作范圍：-408518、封裝：lqfp-48，lqfp-44，pdip-40，pl

22、cc管腳說明p0.0p0.7 p0：p0口既可以作為輸入/輸出口，也可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用。當(dāng)p0口作為輸入/輸出口時，p0是一個8位準雙向口，內(nèi)部有弱上拉電阻，無需外接上拉電阻。當(dāng)p0作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線使用時，是低8位地址線a0a7，數(shù)據(jù)線d0d7p1.0/adc0/clkout2標準io口、adc輸入通道0、獨立波特率發(fā)生器的時鐘輸出p1.1/adc1p1.2/adc2/eci/rxd2標準io口、adc輸入通道2、pca計數(shù)器的外部脈沖輸入腳，第二串口數(shù)據(jù)接收端p1.3/adc3/ccp0/txd2外部信號捕獲，高速脈沖輸出及脈寬調(diào)制輸出、第二串口數(shù)據(jù)發(fā)送端p1.4/adc4

23、/ccp1/ss非spi同步串行接口的從機選擇信號p1.5/adc5/mosispi同步串行接口的主出從入(主器件的輸入和從器件的輸出)p1.6/adc7/sclkspi同步串行接口的主入從出p2.0p2.7p2口內(nèi)部有上拉電阻，既可作為輸入輸出口（8位準雙向口），也可作為高8位地址總線使用。p3.0/rxd標準io口、串口1數(shù)據(jù)接收端p3.1/int0非外部中斷0，下降沿中斷或低電平中斷p3.3/int1p3.4/t0/int非/clkout0定時器計數(shù)器0外部輸入、定時器0下降沿中斷、定時計數(shù)器0的時鐘輸出a/d轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)stc12c5a60ad/s2系列帶a/d轉(zhuǎn)換的單片機的a/d轉(zhuǎn)換

24、口在p1口，有8路10位高速a/d轉(zhuǎn)換器，速度可達到250khz（25萬次/秒）。8路電壓輸入型a/d，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后p1口為弱上拉型io口，用戶可以通過軟件設(shè)置將8路中的任何一路設(shè)置為a/d轉(zhuǎn)換，不須作為a/d使用的口可繼續(xù)作為io口使用。單片機adc由多路開關(guān)、比較器、逐次比較寄存器、10位dac、轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器以及adc_conter構(gòu)成。該單片機的adc是逐次比較型adc。主次比較型adc由一個比較器和d/a轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，通過逐次比較邏輯，從最高位（msb）開始，順序地對每一輸入電壓與內(nèi)置d/a轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)過多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)

25、字量逐次逼近輸入模擬量對應(yīng)值。逐次比較型a/d轉(zhuǎn)換器具有速度高，功耗低等優(yōu)點。需作為ad使用的口先將p1asf特殊功能寄存器中的相應(yīng)位置為1，將相應(yīng)的口設(shè)置為模擬功能。3.1.2 溫度傳感器（ds18b20）ds18b20溫度傳感器是美國dallas半導(dǎo)體公司最新推出的一種改進型智能溫度傳感器，與傳統(tǒng)的熱敏電阻等測溫元件相比，它能直接讀出被測溫度，并且可根據(jù)實際要求通過簡單的編程實現(xiàn)位的數(shù)字值讀數(shù)方式。ds18b20的性能特點如下：獨特的單線接口僅需要一個端口引腳進行通信；多個ds18b20可以并聯(lián)在惟一的三線上，實現(xiàn)多點組網(wǎng)功能；無須外部器件；可通過數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍為3.05.5；零待機

26、功耗；溫度以9或12位數(shù)字；用戶可定義報警設(shè)置；報警搜索命令識別并標志超過程序限定溫度（溫度報警條件）的器件；負電壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； ds18b20溫度傳感器的內(nèi)部存儲器還包括一個高速暫存ram和一個非易失性的可電擦除的eeram。高速暫存ram的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲器，結(jié)構(gòu)如圖4所示。頭2個字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)th和tl的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時被刷新。第5個字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。ds18b20工作時寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖3-2所示。低5位一直為1

27、，tm是工作模式位，用于設(shè)置ds18b20在工作模式還是在測試模式，ds18b20出廠時該位被設(shè)置為0，用戶要去改動，r1和r0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。溫度 lsb溫度 msbth用戶字節(jié)1tl用戶字節(jié)2配置寄存器保留保留保留crc圖3-2ds18b20字節(jié)定義由表1可見，ds18b20溫度轉(zhuǎn)換的時間比較長，而且分辨率越高，所需要的溫度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間越長。因此，在實際應(yīng)用中要將分辨率和轉(zhuǎn)換時間權(quán)衡考慮。高速暫存ram的第6、7、8字節(jié)保留未用，表現(xiàn)為全邏輯1。第9字節(jié)讀出前面所有8字節(jié)的crc碼，可用來檢驗數(shù)據(jù)，從而保證通信數(shù)據(jù)的正確性。當(dāng)ds18b20接收到溫度轉(zhuǎn)換命令后，開始啟

28、動轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換完成后的溫度值就以16位帶符號擴展的二進制補碼形式存儲在高速暫存存儲器的第1、2字節(jié)。單片機可以通過單線接口讀出該數(shù)據(jù)，讀數(shù)據(jù)時低位在先，高位在后，數(shù)據(jù)格式以0.0625lsb形式表示。當(dāng)符號位s0時，表示測得的溫度值為正值，可以直接將二進制位轉(zhuǎn)換為十進制；當(dāng)符號位s1時，表示測得的溫度值為負值，要先將補碼變成原碼，再計算十進制數(shù)值。表3-1 ds18b20溫度轉(zhuǎn)換時間表ds18b20完成溫度轉(zhuǎn)換后，就把測得的溫度值與ram中的th、t字節(jié)內(nèi)容作比較。若tth或ttl，則將該器件內(nèi)的報警標志位置位，并對主機發(fā)出的報警搜索命令作出響應(yīng)。因此，可用多只ds18b20同時測量溫度并進行報

29、警搜索。在64位rom的最高有效字節(jié)中存儲有循環(huán)冗余檢驗碼（crc）。主機rom的前56位來計算crc值，并和存入ds18b20的crc值作比較，以判斷主機收到的rom數(shù)據(jù)是否正確。ds18b20的測溫原理是這這樣的,器件中低溫度系數(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送給減法計數(shù)器1；高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩頻率明顯改變，產(chǎn)生的信號作為減法計數(shù)器2的脈沖輸入。器件中還有一個計數(shù)門，當(dāng)計數(shù)門打開時，ds18b20就對低溫度系數(shù)振蕩器產(chǎn)生的時鐘脈沖進行計數(shù)進而完成溫度測量。計數(shù)門的開啟時間由高溫度系數(shù)振蕩器來決定，每次測量前，首先將55所對應(yīng)的一個基數(shù)分別置入減法計數(shù)

30、器1、溫度寄存器中，計數(shù)器1和溫度寄存器被預(yù)置在55所對應(yīng)的一個基數(shù)值。減法計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法計數(shù)，當(dāng)減法計數(shù)器的預(yù)置值減到0時，溫度寄存器的值將加1，減法計數(shù)器1的預(yù)置將重新被裝入，重新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到減法計數(shù)器計數(shù)到0時，停止溫度寄存器的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值就是所測溫度值。其輸出用于修正減法計數(shù)器的預(yù)置值，只要計數(shù)器門未關(guān)閉就重復(fù)上述過程，直到溫度寄存器值大致被測溫度值。另外，由于ds18b20單線通信功能是分時完成的，它有嚴格的時隙概念，因此讀寫時序很重要。系統(tǒng)對ds18b20的各種操作按協(xié)議進行。操作協(xié)議為：初

31、使化ds18b20（發(fā)復(fù)位脈沖）發(fā)rom功能命令發(fā)存儲器操作命令處理數(shù)據(jù)。3.1.3 pl2303hx簡介pl2303是prolific公司生產(chǎn)的一種高度集成的rs232-usb接口轉(zhuǎn)換器，可提供一個rs232全雙工異步串行通信裝置與usb功能接口便利聯(lián)接的解決方案。該器件內(nèi)置usb功能控制器、usb收發(fā)器、振蕩器和帶有全部調(diào)制解調(diào)器控制信號的uart，只需外接幾只電容就可實現(xiàn)usb信號與rs232信號的轉(zhuǎn)換，能夠方便嵌入到手持設(shè)備。該期間作為usb/rs232雙向轉(zhuǎn)換器，一方面從主機接受usb數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換為rs232信息流格式發(fā)送給外設(shè)；另一方面，從rs232外設(shè)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為usb數(shù)據(jù)格

32、式傳送回主機。這些工作全部由器件自動完成，開發(fā)者無需考慮固件設(shè)計。通過利用usb塊傳輸模式，利用龐大的數(shù)據(jù)緩沖器和自動流量控制，pl2303hx能夠?qū)崿F(xiàn)更高的吞吐量比傳統(tǒng)的uart（通用異步收發(fā)器）端口，高達115200bps的波特率可用于更高的性能使用。3.2 硬件電路圖設(shè)計3.2.1 主板電路系統(tǒng)整體硬件電路包括，溫度檢測電路，led燈控制電路，開關(guān)輸入檢測電路，串行通訊接口電路，單片機主板電路等，如圖3-3所示。圖3-3 系統(tǒng)主板電路3.2.2 溫度檢測電路溫度檢測電路包括滑動變阻器2個，以及a/d轉(zhuǎn)換。而單片機stc12c5a60s2可以在其內(nèi)部進行a/d轉(zhuǎn)換，如圖3-4所連p1口為a

33、/d轉(zhuǎn)換接口。前面介紹了溫度傳感器，為了方便期間，可將溫度傳感器傳來的數(shù)據(jù)簡化為電壓值，經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換傳入上位機中。圖3-4 溫度檢測電路3.2.3 鍵盤電路鍵盤電路設(shè)計采用8個獨立按鍵來對應(yīng)8個led燈，s1s8對應(yīng)l1l8，電路原理圖如圖7所示。按鍵連在單片機上的p0.0p0.7引腳。圖3-5 鍵盤電路3.2.4 led燈控制電路led燈一共八個，分別是白色、黃色、綠色和紅色各兩個。它們連在p2引腳上。用來對實現(xiàn)上位機與下位機通信做一個直觀的控制顯示。圖3-6 led燈控制電路3.2.5 串口通信電路串口通信電路采用的是usb接口與上位機通信。usb是英文universal serial

34、bus的縮寫，中文含義是“通用串行總線”。它不是一種新的總線標準，而是應(yīng)用在pc領(lǐng)域的接口技術(shù)。usb是在1994年底由英特爾、康柏、ibm、microsoft等多家公司聯(lián)合提出的。usb是一個外部總線標準，用于規(guī)范電腦與外部設(shè)備的連接和通訊。usb接口支持設(shè)備的即插即用和熱插拔功能。除此之外，電路中用到了上文提到的pl2303轉(zhuǎn)換器，引腳txd接單片機rxd引腳，而pl2303的rxd引腳接單片機txd引腳。圖3-7 串口通信電路第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 單片機接口程序設(shè)計單片機接口程序采用c51語言編寫，這是專門為51系列單片機設(shè)計的高效率c語言編譯器，符合ansi標準，生成的程序代碼運

35、行速度極高，所需要的存儲器空間極小，匯編語言更簡單易用。接口程序編寫時，首先進行串口的初始化，即在scon寄存器中賦值#050h，將波特率設(shè)置為9600，用定時器1產(chǎn)生波特率，串口工作在方式2。下面為串口通信程序流程圖。圖4-1 下位機串口通信流程圖只有上位機能夠主動發(fā)命令。也就是說在下位機接收到上位機的命令后,才進行發(fā)數(shù)據(jù)或進行相關(guān)的動作,它不能主動向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機在接收到上位機的數(shù)字后,返回這個數(shù)字，并由pc顯示出來。數(shù)字的起始符是數(shù)字00，結(jié)束符是數(shù)字ff。4.2labview串口設(shè)置及hmi設(shè)計4.2.1 visa簡介虛擬儀器軟件體系結(jié)構(gòu)（visa，virtual instru

36、ment software architecture），采用通用的i/o口標準，具有與儀器硬件接口和具體計算機無關(guān)的特性，即visa是面向器件功能，而不是面向接口總線的，在控制vxi，gpib,rs232等儀器時，不必考慮接口總線類型。4.2.2 串口通訊函數(shù)本章節(jié)用到的主要串口通訊調(diào)用函數(shù)為：functions instrumenti/o visa advanced interface specific serial。該函數(shù)主要用于串口的初始化，其主要參數(shù)的意義如下：visa resource name：visa資源名稱，在這里指串口號；baund rate：波特率，默認為9600；data

37、 bits：一幀信息中的位數(shù)，labview中允許58位數(shù)據(jù)，默認值為8位；stop bits：一幀信息中的停止位的位數(shù)，可為1位、1位半或2位；parity：奇偶校驗設(shè)置?？芍^無校驗、奇校驗或偶校驗；flow control：該參數(shù)數(shù)據(jù)類型為簇，用于串口通訊中的握手方式。visa write模塊把write buffer中的字符串寫入指定的設(shè)備返回實際傳送的字節(jié)數(shù)。visa read根據(jù)指定讀取的字節(jié)數(shù)讀入設(shè)備中的數(shù)據(jù)，返回實際傳送的字節(jié)數(shù)。visa ciose關(guān)閉與指定設(shè)備的通訊過程釋放系統(tǒng)資源。本文在實現(xiàn)labview與stc12c5a60s2單片機串口通信的串口通訊設(shè)置上采用波特率為9

38、600，無奇偶校驗8位數(shù)據(jù)位1位停止位禁止軟、硬件握手。4.2.3 hmi設(shè)計labview中的前面板就是圖形化用戶界面，用于設(shè)置數(shù)值輸入和輸出量觀察。以stc12c5a60s2單片機實現(xiàn)溫度檢測為例設(shè)計了 labview串口設(shè)置及hmi界面，如圖10所示。通過設(shè)置與stc12c5a60s2單片機串口通信匹配的波特率、串口號、數(shù)據(jù)位和停止位，實現(xiàn)labview與stc12c5a60s2單片機串口通信，并用數(shù)值顯示控件和溫度檢測單片機測得的數(shù)值，實現(xiàn)了led燈的控制，開關(guān)量的控制。如圖，圖中的開關(guān)量一對一控制單片機的led燈電路，單片機上的開關(guān)量控制hmi界面上的燈，達到通訊目的。圖4-2 la

39、bview hmi設(shè)計4.3上位機pc機labview串口通訊的實現(xiàn)在程序的開始階段首先需要調(diào)用visa configure serial port完成串口參數(shù)的設(shè)置，包括波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位等等。本次設(shè)計統(tǒng)一設(shè)計為波特率為9600、數(shù)據(jù)位為8、校驗位無，為0、停止位為1。圖4-3 串口初始化圖4-4 主程序框圖當(dāng)系統(tǒng)啟動時,通過visa write向單片機發(fā)送“發(fā)送請求命令”,由于labview的串行通信子v1只允許對字符串類型的數(shù)值進行讀寫,因此在數(shù)據(jù)處理時,必須進行字符串與數(shù)字的轉(zhuǎn)換,可以采用字符串到數(shù)字的轉(zhuǎn)換函數(shù)來實現(xiàn)，本次設(shè)計的發(fā)送數(shù)據(jù)格式設(shè)定成16進制，而在labview

40、中字符串直接有十六進制的顯示方式，所里在這里就不需要添加字符轉(zhuǎn)換函數(shù)。 在接到計算機發(fā)送來的請求信號后,單片機則回應(yīng)應(yīng)答信號,計算機通過visa readvi節(jié)點讀取單片機的應(yīng)答信號,并且判斷是否收到來控制順序結(jié)構(gòu)中的while循環(huán)。當(dāng)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)相等時，通信狀態(tài)區(qū)條件結(jié)構(gòu)選擇真，顯示通信正常，當(dāng)發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)不相等時，通信狀態(tài)區(qū)條件結(jié)構(gòu)選擇假，顯示通信異常。程序設(shè)計的步驟如下：1建立新vi程序 啟動ni labview程序，選擇新建選項中的vi項，建立一個新vi程序。2程序前面板設(shè)計 在前面板設(shè)計區(qū)空白處單擊鼠標右鍵，顯示控件選板。（1）添加一個字符串輸入控件：控件新式字符串與路徑字符

41、串輸入控件，將標簽改為“發(fā)送數(shù)據(jù)（十六進制）”，在該控件上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“十六進制顯示”。（2）添加一個字符串顯示控件：控件新式字符串與路徑字符串顯示控件，將標簽改為“返回數(shù)據(jù)（十六進制）”，在該控件上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“十六進制顯示”。（3）添加一個字符顯示控件：控件新式字符串與路徑字符串顯示控件，將標簽改為“通信狀態(tài)”。（4）添加一個串口資源檢測控件：控件新式i/ovisa資源名稱；單擊控件箭頭，選擇串口號，如asrl1:或com1。（5）添加一個確定按鈕控件：控件新式布爾確定按鈕，將標題改為“發(fā)送”。（6）添加一個停止按鈕控件：控件新式布爾停止按鈕

42、，將標題改為“關(guān)閉”。圖4-5 下位機向單片機輸送數(shù)據(jù)框圖上位機將處理后的數(shù)據(jù)輸送到下位機中，從而實現(xiàn)上、下位機的通訊整個過程。圖4-6 停止程序框圖 此處的停止為2種情況下都停止，正常按鍵按下停止鍵整個虛擬器會停止，第二種情況為：若出現(xiàn)錯誤數(shù)據(jù)情況則會停止運作，圖中設(shè)有一個“或”門。4.4 單片機串口通訊協(xié)議單片機通過串口每次向上位機傳送3個有效數(shù)據(jù)：ad1、ad2、8位按鍵。為保證接收時上位機能正確識別其順序，這里在每次發(fā)送數(shù)據(jù)前加發(fā)一個0x00作為起始位。然后把ad1、ad2的值均加1。再加上按鍵值一次發(fā)送4個字節(jié)的數(shù)據(jù)。上位機接收時檢測到0時，即將其后的第12位減1，然后和其后第3位一

43、并作為ad1、ad2、8位按鍵的值。由此可見，上位機顯示的ad值最高為參考值的254/255，另外由于按鍵按下為0，這個協(xié)議將會在8個按鍵全按下的時候出錯。但這種情況不多見。如果一定要保證協(xié)議的可靠性，可以屏蔽一個按鍵，只使用7個按鍵。結(jié) 論在虛擬儀器領(lǐng)域，當(dāng)前最引人注目的開發(fā)語言是ni公司的labview。labview作為一個專為測試測量設(shè)計的編程語言，使用了工程師們最熟悉的圖形化的編程方式，能夠幫助用戶高效和快速的開發(fā)測試應(yīng)用。串口是常用的計算機與外部串行設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，通過usb串口總線與pc計算機組成虛擬儀器系統(tǒng)，是目前虛擬儀器的構(gòu)成方式之一，它具有接口簡單，使用方便的特點。

44、本次設(shè)計為pc與單片機串口通信，課題完成的工作總結(jié)如下：（1） 進行了系統(tǒng)的硬件和軟件方面的設(shè)計，設(shè)計的主要內(nèi)容包括usb串口的連接，stc12c5a60s2單片機連接和數(shù)據(jù)傳輸，labview串口程序設(shè)計，c語言程序的設(shè)計等等。（2） 采用usb串口數(shù)據(jù)線連接pc機與單片機，用labview8.0作為開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)了上位機pc機與下位機單片機之間的串口通信。連接pc和單片機構(gòu)成單片機應(yīng)用系統(tǒng)，pc發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，并將數(shù)據(jù)返還回來，pc接收并驗證返還的數(shù)據(jù)。實踐證明應(yīng)用先進的虛擬儀器軟件labview,大大降低了串口通訊復(fù)雜程度,減小了軟件設(shè)計的工作量,大大降低了投資成本。本次設(shè)計實現(xiàn)了la

45、bview下的串口通信，達到了預(yù)期的目標。然而，本次設(shè)計還有一定的不足之處。用labview軟件強大的編輯功能，配合下位機智能儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能。在這次設(shè)計中，只是初步的研究了pc機和單片機之間的通信方法，實現(xiàn)簡單的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。對于復(fù)雜數(shù)據(jù)的傳輸和更強大功能的開發(fā)還有待發(fā)掘。參考文獻1 胡漢才，單片機原理及其接口技術(shù)m清華大學(xué)出版社，19962 jeffreytravislabview大學(xué)實用教程m電子工業(yè)出版社，20083 趙亮，侯國銳單片機c語言編程與實例m人民郵電出版社，20034 張毅剛單片機原理及應(yīng)用m北京：高等教育出版社，20035 何立民單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用北京航

46、空航天出版社，20036 張桐，陳國順，王正林精通labview 程序設(shè)計m電子工業(yè)出版社，20087袁新艷.計算機外設(shè)與接口技術(shù)m.高等教育出版社,2009.8張迎新.單片微型計算機原理、及接口技術(shù).北京：國防工業(yè)出版社9張靖武，周靈彬.單片機系統(tǒng)的proteus設(shè)計與仿真m. 北京：電子工業(yè)出版社，200710孫踐知.pc硬件技術(shù)基礎(chǔ)教程m.北京：科技出版社,2003.11何立民，單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計m北京： 北京航空航天大學(xué)出版社，199312戴勝華，等單片機原理與應(yīng)用m北京：清華大學(xué)出版社，200513周向紅.51系列單片機應(yīng)用與實踐教程.北京：北京航天航空大學(xué)出版社14郭天祥.新概念5

47、1單片機c語言教程.北京：電子工業(yè)出版社15馬淑華，王鳳文，張美金.單片機原理與接口技術(shù)m.北京：北京郵電大學(xué)出版社2007.致 謝時間如梭，轉(zhuǎn)眼畢業(yè)在即?；叵朐诖髮W(xué)求學(xué)的四年，心中充滿無限感激和留戀之情。感謝母校為我們提供良好學(xué)習(xí)環(huán)境，使我們能夠在此專心學(xué)習(xí)，陶冶情操。在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導(dǎo)師黃曉東老師的指導(dǎo)與督促，同時感謝他的諒解與包容。在進行論文撰寫的時候，我的指導(dǎo)老師給予了很大的幫助，介紹了很多很有參考價值的資料，他淵博的專業(yè)知識，嚴謹?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)，育人求實的工作態(tài)度都體現(xiàn)在這次設(shè)計的指導(dǎo)中；另外系上其他老師和同學(xué)都給了我大力支持和幫助，對這些老師和同學(xué)表示誠摯的謝意；求學(xué)

48、歷程是艱苦的，但又是快樂的。感謝我的班主任以及各位任課老師，謝謝您們在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，您們不求回報，無私奉獻的精神很讓我感動，再次向您們表示由衷的感謝。在這四年的學(xué)期中結(jié)識的各位生活和學(xué)習(xí)上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。通過這次畢業(yè)設(shè)計不僅提高了我獨立思考問題解決問題的能力而且培養(yǎng)了認真嚴謹，一絲不茍的學(xué)習(xí)態(tài)度。由于經(jīng)驗匱乏，能力有限，設(shè)計中難免有許多考慮不周全的地方，希望各位老師多加指教。附 錄單片機硬件電路總圖圖附-1 電路原理圖程序代碼#include #include #include #define nop5 _nop_();_nop_

49、();_nop_();_nop_();_nop_();unsigned char adc_res2,key;unsigned char chl=0;unsigned char rcv = 0; unsigned char temp1,temp2;/*void waitnms(char x)int i,k;for(k=0;kx;k+)for(i=0;i12000;i+);void waitns(char x)int i;for(i=0;ix;i+)waitnms(1000); */void uart_sendchar(unsigned char dat)sbuf = dat; /待發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入

50、緩沖區(qū)while(!ti); /等待發(fā)送完成ti = 0; /清零發(fā)送標志位void adcx_start(char x)switch(x)case 0:adc_contr=0x88;nop5;break;case 1:adc_contr=0x89;nop5;break;void send(void)unsigned char i;uart_sendchar(0x00);for(i=0;i2;i+)if(adc_resi=0xff)uart_sendchar(0xff);elseuart_sendchar(adc_resi+1);uart_sendchar(key);void main()p1

51、asf=0xff; /p1口8路全部作為ad用auxr1&=0xfb; /11111011auxr=0x00; /定時器、串口全部用傳統(tǒng)8051的速度eadc=1; /采取中斷方式采樣padc=1; scon = 0x50; /串口工作方式為1，串行允許接收/sm0=0;/sm1=1;/ren=1;tmod = 0x20; /定時器1 工作在方式2/pcon = 0x80; /smod = 1; 波特率加倍th1 = 0xfd; /波特率 9600bps fosc=11.0592mhztl1 = 0xfd;es = 1; /開串口中斷tr1 = 1; /允許定時器1工作ea = 1; /開總中

52、斷adcx_start(chl); while(1)if(key!=p0)key=p0;send();/waitnms(100); p2=rcv; void int_uartrcv(void) interrupt 4/if(ri) /查詢接收標志位（有數(shù)據(jù)發(fā)送過來時置為1）ri = 0; /接收標志位清零rcv = sbuf; /存儲緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)/p2 = rcv;/uart_sendchar(rcv); void int_adc() interrupt 5 /這個就是采樣完后的程序，要做的只是把數(shù)值存到你要的變量里，然后要重新啟動ad adc_reschl=adc_res;chl=!chl;

53、adcx_start(chl); /重新啟動ad29外文資料譯文外文資料翻譯虛擬儀器（labview）虛擬儀器是一種高效用于構(gòu)建數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)圖形化編程語言。使用虛擬儀器，您快速創(chuàng)建用戶界面，讓您交互控制您的軟件系統(tǒng)。要指定您系統(tǒng)的功能，您只需裝配塊關(guān)系圖一種自然的設(shè)計表示科學(xué)家和工程師。測量硬件緊密集成方便了數(shù)據(jù)采集、分析與演示文稿解決方案的快速發(fā)展。虛擬儀器包含強大的內(nèi)置度量分析和一個圖形的編輯器實現(xiàn)最佳性能。虛擬儀器是使用于windows 2000/nt/me/9x、mac os、linux、sun solaris 和hp-ux，有三種不同的開發(fā)系統(tǒng)選項。更快地發(fā)展虛擬儀器通過加快發(fā)

54、展了對傳統(tǒng)的編程提升了4至10倍！使用模塊化和層次結(jié)構(gòu)的虛擬儀器，可以原型，設(shè)計，并且在一個短時間內(nèi)修改系統(tǒng)。您也可以重用虛擬儀器代碼輕松快速地在其他應(yīng)用程序中應(yīng)用。更好的投資使用虛擬儀器系統(tǒng)，每個用戶有權(quán)訪問單一的商業(yè)文書的成本低于一個完整的檢測實驗室。此外，用戶還可配置的虛擬儀器系統(tǒng)足夠的靈活性，從而更好地長期投資的技術(shù)變化與適應(yīng)。優(yōu)化性能虛擬儀器的所有應(yīng)用程序執(zhí)行以獲得最佳性能的編譯速度。用虛擬儀器專業(yè)開發(fā)系統(tǒng)或應(yīng)用程序生成器，可為您的代碼的安全通訊生成獨立可執(zhí)行文件或dll。您甚至可以創(chuàng)建共享的庫或從其他編程語言中調(diào)用虛擬儀器代碼的dll。開放的開發(fā)環(huán)境用虛擬儀器在開放開發(fā)環(huán)境，您可以連接到通過activex、web、dll、共享的庫、sql（數(shù)據(jù)庫）、datasocket、tcp/ip和許多其他協(xié)議的其他應(yīng)用程序。虛擬儀器用于快速創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)的測量和web發(fā)布和遠程數(shù)據(jù)共享最新的科技集成的自動化系統(tǒng)。虛擬儀器也可以用于插件數(shù)據(jù)采集、信號調(diào)理、gpib、vxi、pxi、基于計算機的儀器、串行協(xié)議、圖像采集和運動控制的驅(qū)動程序。除了在虛擬儀器的開發(fā)系統(tǒng)國家儀器還提供多種附加模塊和擴展功能的虛擬儀器的工具