虛擬儀器技術課程設計

1、虛擬儀器技術課程設計標題:基于LabVIEW的主動化操縱和編程設計（系、部）:級:名:號:導教師:電控學院測控06-2班徐寧0605070218劉宏志遼寧工程技巧大年夜學課程設計成績評定表學期2008-2009(2)姓名徐寧專業(yè)測控技巧與儀器班級測控06-2課程名稱虛擬儀器課程設計論文標基于LabVIEW的主動化操縱和編程設計題評定指標分值得分常識立異性20評理論精確性20定內(nèi)容難易性15結(jié)合實際性10指常識操縱程度15書寫規(guī)范性10標工作量10總成就100考語：任師王雨虹時間2009年6月14日備注課程設計任務書一、設計標題虛擬儀器課程設計二、設計義務第一天：查材料，熟悉標題；翌日：籌劃分析

2、、比較；第三天：編程設計；第四天：整頓設計材料第五天：整頓設計說明書。三、設計籌劃第1天：選題查材料；第2天：籌劃確信；第3天：繪制流程圖、調(diào)試法度榜樣；第4天：設計說明書編輯；第5天：設計說明書編輯并輸出。四、設計要求1、針對實際問題，設計解決方法2、以軟件為主，能夠進行相干硬件內(nèi)容的設計3、具體說明設計思路4、形成設計申報指導教師：劉宏志教研室主任：劉宏志時間：2009年6月15日跟著人類社會的進步與科學技巧的成長，運算機技巧在平易近用和工業(yè)操縱范疇的感化愈顯示出其魅力。專門是串行通信技巧，已成為實現(xiàn)臨盆主動化，進步臨盆力，減輕勞動強度的有效手段。串口通信是一種在運算機與運算機之間或運算機

3、與外圍設備之間傳送數(shù)據(jù)的常用方法。串行通信應用運算機內(nèi)建的串口，用戶無需再購買任何專門硬件，只要一根串口線就能夠達到發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的目標，同時不掉測試的精確性。但傳統(tǒng)的申口調(diào)試采取高等說話，法度榜樣代碼冗長，不便，進行功能拓展。假如對串口數(shù)據(jù)進行分析，則需顛覆原有法度榜樣構造，從新編制代碼。圖形化編程說話LabVIEW的顯現(xiàn)為串口調(diào)試與數(shù)據(jù)分析帶來了極大年夜便利。本文開創(chuàng)了基于LabVIEW的串口調(diào)試軟件，并給出了在該軟件差不多上擴大串口數(shù)據(jù)分析模塊。體系以ATM51系列單片機為核心,重要由CCD攝像頭、旌旗燈號療養(yǎng)電路(包含低通濾波電路和電荷放大年夜電路、RS-232通信電路等幾部分構成。在

4、本體系中,應用單片機內(nèi)部的ADC把經(jīng)由放大年夜療養(yǎng)后仿照量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，應用串口傳送到上位機。在上位機能夠便利的對采樣數(shù)據(jù)進行分析記錄。上位機采取軟件LABVIEW圖形化的說話編寫，具有友愛的人機界面。應用Labview軟件進行雙機串行通信體系可分為以下3個模塊：(1)端口設備模塊:負責串口的開關、端口的選擇、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位的選擇等。數(shù)據(jù)發(fā)送模塊：負責實現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)的多種發(fā)送方法，具有選擇手動發(fā)送或主動發(fā)送、選擇發(fā)送數(shù)據(jù)的類型、設置主動發(fā)送時刻距離、讀取要發(fā)送的文本、清空發(fā)送區(qū)域等功能。接收顯示模塊：負責實現(xiàn)接收數(shù)據(jù)的處理與數(shù)據(jù)的多種顯示方法，具有主動接收和停止接收的

5、功能,能夠或許儲存接收的數(shù)據(jù)和清空顯示區(qū)域。串口通信方法簡單、靠得住、穩(wěn)固，具有專門好的可移植性、及時性，且具有應用線路少、成本低，專門在長途傳輸時，能夠或許幸免多條線路特點的不一致而被廣泛采取。LabVIEW作為一個具有優(yōu)勝開放性的虛擬儀器開創(chuàng)平臺，為面向儀器的編程供給了強有力的支撐，在LabVIEW情形下能夠或許開創(chuàng)出各類功能強大年夜、開放性好的虛擬儀器軟件，構造出有用的運算機關心測試、分析與操縱體系。事實注解，與傳統(tǒng)方法比擬，基于LABVIEW的串口調(diào)試與數(shù)據(jù)分析效力高、功能全、操作簡單、功能強大年夜，具有優(yōu)勝的可移植性和可擴大性,能夠或許專門好地知足用戶要求。關鍵字：串口通信單片機CC

6、D攝像頭文獻綜述在基于PC機的測控范疇中，虛擬儀器技巧的應用越來越廣泛，因為大年夜多半PC機都有12個RS2232串行通信接口，是以，串行通信專門風行。串行通信是一種古老但今朝仍常用的數(shù)據(jù)傳輸方法,它用于PC機與其他儀器(例如MCS251單片機、變頻器等可編程儀器)或者與別的一臺運算機之間的通信。通信最終目標是將發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)精確無誤地傳到接收端，因為各種身分的阻礙,接收端可能會收到缺點的數(shù)據(jù),甚至數(shù)據(jù)全然就沒有收到。在進行異步通信時,為了幸免這種缺點，今朝大年夜多采取檢錯重發(fā)的方法加以改正。跟著高機能處理器的顯現(xiàn)，在實際應用中已越來越多地應用軟件方法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行檢錯。個中較常用的方法有

7、異或和、校驗和、輪回冗余碼校驗(CRC)等方法。關于一樣的測控體系采取較多是前兩種方法，本文側(cè)重評論辯論基于LabVIEW的串口通信數(shù)據(jù)校驗和的實現(xiàn)方法。在彈體硬目標侵徹實驗中，對高沖擊旌旗燈號的提取最常用的是壓電加快度傳感器，因為壓電加快度傳感器產(chǎn)生的電荷量專門小，為了記錄彈體高速侵徹硬目標過程中的加快度一時刻曲線，專門重要的一步確實是及時采集數(shù)據(jù)并對其進行顯示、儲備和總結(jié)測試成果。在傳統(tǒng)的測試體系中，平日只能對靜態(tài)參數(shù)或極遲緩變更的參量進行測量,對動態(tài)參量,專門是快速過程或單次猝發(fā)過程只能借助于圖形記錄分析儀。與傳統(tǒng)儀器比擬，虛擬儀器進步了儀器資本的可再用性、體系靠得住性、測量精度和測量可

8、反復性。LabVIEW是美國國度儀器公司(Nationallnstrument)開創(chuàng)的一種虛擬儀器平臺，它供給了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和儲備庫函數(shù)以及包含DAQ、GPIB、PXI、VXKRS-232/485在內(nèi)的各類儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)。本文恰是應用基于LabVIEW的虛擬儀器技巧對傳感器的旌旗燈號進行采集。過程較為復雜,編程工作量較大年夜,周期長，效力低。假如將單片機為核心的小體系作為前端的數(shù)據(jù)。LabVIEW法度榜樣由三部分構成，即前面板、法度榜樣框圖和接口板。前面板實現(xiàn)的是法度榜樣的輸入輸出功能,它包含旋鈕、按鈕、圖形和其他操縱元件與顯示元件以完成用鼠標、鍵盤向法度榜樣輸入數(shù)據(jù)或

9、從運算機顯示器上不雅測數(shù)據(jù)，圖4是條碼掃描器操縱的主法度榜樣界面。法度榜樣框圖是圖形化編程，是VI圖形化的源代碼，對前面板上的各類控件對象進行操縱，是VI測試功能軟件的圖形化表示。接口板為函數(shù)模板，它包含編程所涉及到的VI法度榜樣和函數(shù),VI法度榜樣應用接口板來替代文本編程的函數(shù)參數(shù)表,每個輸入和輸出的參數(shù)都有本身的連接端口。LabVIEW串口兒VI是經(jīng)由過程RS-232串口總線與PC實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。LabVIEW串口兒VI共有6個串行通信節(jié)點，重要完成對串口的設置和讀寫操作等功能。(1)串口參數(shù)設置節(jié)點(VISAConfigureSerialPort.vi):用于對吊口進行參數(shù)設置，包含吊標語

10、、波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗、數(shù)據(jù)流量操縱等。用口寫節(jié)點(VISAWrite):向發(fā)送緩沖器寫入數(shù)據(jù)或敕令。串口讀節(jié)點(VISARead):從串口緩存中讀出所傳送的數(shù)據(jù)。(4)讀串口緩存節(jié)點(VISABytesatSerialPort):讀串口所有列隊等待的數(shù)據(jù)。串口中斷節(jié)點(VISABreak.vi):向串口延時發(fā)送數(shù)據(jù),延不時刻能夠設置。串口封閉(VISAClose):將打開的串口封閉。在LabVIEW中,進行串口通信的全然步調(diào)分為3步：第一：串口初始化，應用VISAConfigureSerialPort.vi節(jié)點設定串口的端標語、波特率、停止位、校驗位、數(shù)據(jù)位，須要留意的是在Lab

11、VIEW中申標語是從0開端編號的。第二：讀寫串口，應用VISARead節(jié)點和VISAWrite節(jié)點對串口進行讀寫。第三:封閉串口，停止所有讀寫操作。本體系以單片機和CCD攝像頭傳感器為主的前端采集體系來代替數(shù)據(jù)采集卡,單片機具有體積小、功耗低、性價比高等特點。但開創(chuàng)據(jù)采集體系,將采集到的數(shù)據(jù)應用串口傳送到PC主體系，在LabVIEW情形下對數(shù)據(jù)進行顯示、處理與分析，既充分應用了LabVIEW的強大年夜功能，乂降低了體系的開創(chuàng)成本，進步了效力。攝像頭的重要工作道理具體而言，攝像頭連續(xù)地掃描圖像上的一行，則輸出確實是一段連續(xù)的電壓視頻旌旗燈號，該電壓旌旗燈號的高低起伏正反應了該行圖像的灰度變更情形

12、。當掃描完一行，視頻旌旗燈號端就輸出低于最低視頻旌旗燈號電壓的電平(如0.3V),并保持一段時刻。如許相當于，緊接著每行圖像對應的電壓旌旗燈號之后會有一個電壓“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脈沖，它是掃描換行的標記。然后，躍過一行后(因為攝像頭是隔行掃描的方法)，開端掃描新的一行，如斯下去，直到掃描完該場的視頻旌旗燈號，接著就會顯現(xiàn)一段場消隱區(qū)。此區(qū)中有若干個復合消隱脈沖，個中有個脈沖遠寬于(即連續(xù)時刻善于)其他的消隱脈沖，該消隱脈沖乂稱為場同步脈沖，它是掃描換場的標記。場同步脈沖標記住新的一場的到來，只是，場消隱區(qū)正好跨在上一場的結(jié)尾部分和下一場的開端部分，得等場消隱區(qū)往常，下一場的視頻旌旗燈

13、號才真正到來。攝像頭每秒掃描25幅圖像，每幅乂分奇、偶兩場，先奇場后偶場，故每秒掃描50場圖像。奇場時只掃描圖像中的奇數(shù)行，偶場時則只掃描偶數(shù)行。1Labview部分設計1.1visa簡介Labview供給了強大年夜的VISA庫。VISA虛擬儀器軟件規(guī)范，是用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫及其相干規(guī)范的總稱。VISA庫駐留于運算機體系中，完成運算機與儀器之間的連接，用以實現(xiàn)對儀器的法度榜樣操縱，其本質(zhì)是用于虛擬儀器體系的標準的API。VISA本身不具備編程才能，他是一個高層API,經(jīng)由過程調(diào)用底層驅(qū)動法度榜樣來實現(xiàn)對儀器的編程，如圖1,VISA是采取VPP標準的I/O接口軟件，其軟件構造包含三部

14、分，如圖2。圖1visa構造圖圖2實際接口圖與其它現(xiàn)存的I/O接口軟件比擬，VISA的I/O操縱功能具有如下幾個特點：有用于各類儀器類型（如VXI儀器，GPIB儀器，RS-232串行儀器，消息基器件，存放器器件，儲備器器件等儀器）；有用于各類硬件接口類型；有用于單、雙處理器構造或分布式收集構造：有用于多種收集機制。VISA的I/O軟件庫的源法度榜樣是獨一的，其與操作體系及編程說話無關，只是供給了標準情勢的API文件作為體系的輸出。1.2發(fā)送端法度榜樣設計1.2.1設置次序框架啟動LabVIEW,在其框圖法度榜樣中參加次序框架(sequencestructure),在次序框架的右鍵快捷菜單中選擇

15、AddFrameAfter,再添加兩個次序框架。如許就形成了0、1、2慢慢履行的三個次序框架，它們分別對應串口的參數(shù)設置、發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)。1.2.2設置串口參數(shù)LabVIEW共有5個串行通信節(jié)點，分別實現(xiàn)串口設置、寫串口、讀串口、檢測串口緩存、中斷等功能,這些節(jié)點位于功能模板一InstrumentI/O子模板-*Serial子模板中。在0號次序框架中，按圖3所示設置申口，個中在此次序框架中引入了本地成果變量，應用此變量將端標語傳遞給后面的次序框架。圖3設置串口參數(shù)圖端口號WSASERIALhhobb1.2.3校驗和的運算并發(fā)送數(shù)據(jù)在1號次序框架中，經(jīng)由過程For輪回將5組十六進制字符轉(zhuǎn)換為

16、二進制數(shù)并相加(丟棄進位)，然后取反加lo將此成果再轉(zhuǎn)換為十六進制字符，與原5組十六進制字符應用BuildArray節(jié)點構成發(fā)送數(shù)據(jù)塊數(shù)組，經(jīng)由過程寫用口節(jié)點分6次發(fā)送至串口。1.2.4接收返回信息接收端收到數(shù)據(jù)后經(jīng)由檢錯，若無誤就接收數(shù)據(jù)而不返回任何信息；如有錯就發(fā)送“數(shù)據(jù)有誤，請從新發(fā)送！”信息。發(fā)送端在接收到此信息后，必須再次發(fā)送。是以，在2號次序框架中，經(jīng)由過程讀串口節(jié)點，來接收返回信息,其框圖法度榜樣略去。從發(fā)送端前面板圖中能夠看到該返回信息，如圖4所示。圖4接收返回信息圖至此發(fā)送端法度榜樣設計完畢，儲存此法度榜樣,取名為“發(fā)送數(shù)據(jù).vi1.3接收端法度榜樣設計接收端的設置次序框架和

17、設置串口參數(shù)設計同發(fā)送端一樣。1.3.1接收數(shù)據(jù)檢錯如圖4所示在1號次序框架中，先經(jīng)由過程讀串口節(jié)點，將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)全部一次性讀出，并顯示成果。經(jīng)由過程For輪回將讀出的全部字符串每兩字節(jié)分別轉(zhuǎn)換為數(shù)字后相加乞降（丟棄進位）。乞降成果經(jīng)由過程前面板的“檢錯成果”顯示，若顯示為“0”，注解數(shù)據(jù)傳送無誤，不然即錯。此外，在該次序框架中再次引入了一個本地成果變量,應用此變量將乞降成果傳遞給后面的次序框架，以便確信正誤并反饋信息如圖5所示在0號次序框架中，經(jīng)由過程選擇構造來確信收到數(shù)據(jù)的正誤，乞降成果經(jīng)由過程本地成果變量輸入,若乞降成果為“0”，則不回發(fā)任何信息;若乞降成果不為“0”，則回發(fā)“數(shù)據(jù)有

18、誤,請從新發(fā)送！”信息，要求從新發(fā)送數(shù)據(jù)。至此接收端法度榜樣設計完 口畢，儲存此法度榜樣,取名為“接收數(shù)據(jù).ViI1炭|數(shù)據(jù)有誤J詰重新發(fā)送？卜盥 wOnon圖5重發(fā)框圖由此能夠得出Labview的總體法度榜樣:那個地點是法度榜樣面板（圖6）：耳強度圖表那個地點是前面板（圖7）：數(shù)組強度圖表2單片機部分設計2.1硬件部分MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能專門強的全雙工串行口，該串行口有4種工作方法，波特率但是軟件設置，由片內(nèi)的準時器/計數(shù)器產(chǎn)生，接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷體系，應用十分便利。有2個物理上自力的接收、發(fā)送緩沖器SBUF,對外也有兩條自力的收、發(fā)旌旗燈號線RXD(P3.0)和TXD(P3

19、.Do本文采取RS232串行接口標準，在電氣特點上，RS-232采取負邏輯，要求高低兩旌旗燈號間有較大年夜的幅度，標準為:邏輯“1”在-5伺-15V之間，邏輯燈”在+5V+15V之間，平日采取-10V閣下為邏輯1,+10V閣下為邏輯0。因為MCS-51體系的旌旗燈號輸入輸出為TTL電平，邏輯1為3.8V閣下，邏輯0為0.4V閣下，是以，必須外接電路實現(xiàn)TTL電平到RS-232電平的傳換。本文采取MAX232F實現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。采取TLC0831芯片進行數(shù)據(jù)的采集。TLC0831芯片為8位逐次切近靠近電壓型A/D轉(zhuǎn)換器，支撐單信道輸入串口輸出，極性設置固定，不需尋址。其重要特點為：8位辨論率；5Vde

20、電源供給5V的可調(diào)基準電壓；輸入輸出可與TTL和MOS兼容。若要進步旌旗燈號的采樣頻率，只需選擇轉(zhuǎn)換速度較快的A/D芯片即可。硬件部分道理圖如圖8o圖8硬件protel圖2.2軟件部分下面給出單片機軟件部分的重要法度榜樣。波特率設置為9600,用準時器1產(chǎn)生波特率，串口工作在方法1,無奇偶校驗。準時器0設定采樣的時刻距離。TLC0831為A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)采模樣法度榜樣，SEND為單片機發(fā)送子法度榜樣。CKEQUP1.0DOEQUPl. 1DIEQUPl. 2CS EQU Pl. 3ORG 0000H;0832的時鐘；0832的輸出;0832的設備輸入;0832的片選;主法度榜樣進口AJMPMA

21、INORG0030H;主法度榜樣MAIN:MOVTMOD,#20H;T1選擇為方法2,8位計數(shù)，主動裝載NOPNOPMOVTH1,#OFDH;選擇波特率為9600bpsNOPNOPMOVTL1,#OFDHNOPNOPSETBTRI;啟動準時器NOPMOVSCON,#040H;選擇串口為方法1,10位異步通信格局NOPNOPEND:MOVSBUF,A;發(fā)送0832采集來的數(shù)據(jù)CLRCS;片選有效NOPMOVA,#03H;設備0832為單端輸入MOV RO , # 03；共設備3位WWWR:CLRCKRRCA;將設備位移入C中MOVDI,C;開端設備0832SETBCKDJNZRO,WWWRCLR

22、CK;穩(wěn)固0832的輸出通道NOPSETBCKMOVRO,#8;輪回8次，采一個字節(jié)RRRD:CLRCKMOVC,DORLCASETBCKDJNZRO,RRRDSETBCS;撤消片選NOPWAIT:JNBTI,WAIT;等待發(fā)送完畢CLRTI;清發(fā)送完標記NOPSJMPSEND;連續(xù)下一次發(fā)送END總結(jié)經(jīng)由過程對上述軟硬件的調(diào)試和完美，建立了以LABVIEW為軟件平臺的單片機數(shù)據(jù)采集體系，并對輸入旌旗燈號進行了頻譜分析?；谠搯纹瑱C數(shù)據(jù)采集體系，應用LABVIEW的強大年夜功能，能夠建立對旌旗燈號進行分析處理的多種籌劃，完成體系響應的功能要求，進一步建立小我虛擬實驗室。不僅能夠剩下專門多硬件，

23、還為我們的電路仿照做出了龐大年夜的供獻。是一個弗成多得的好軟件。經(jīng)由過程應用LabVIEW在較短時刻開創(chuàng)了通信虛擬實驗體系，它采取模塊化設計思惟，以圖形化說話設計，直不雅的將圖像顯示，公式表達、仿真成果等表示出來。該體系操作簡單，法度榜樣功能擴大輕易，學生能夠經(jīng)由過程該體系加深對通信道理課程的明白得。今朝該體系差不多成功的應用到教授教化實驗中，取得了極好的后果。在開創(chuàng)基于機的測控法度榜樣中應用PC,LabVIEW開創(chuàng)串口通信法度榜樣簡單便利、運行靠得住,其數(shù)據(jù)校驗和的實現(xiàn)簡單清晰明了。該法度榜樣稍加修改即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)異或和校驗,并能在實際基于PC機的測控法度榜樣中加以應用?？傊?LabVIEW采取易于應用的圖形化編程說話大年夜大年夜縮短了法度榜樣開創(chuàng)的周期并能夠在更廣泛的范疇內(nèi)得以