LabVIEW課程設(shè)計(jì)基于LabVIEW軟件平臺(tái)的流水燈的設(shè)計(jì)原理及過程

LabVIEW課程設(shè)計(jì)--基于LabVIEW軟件平臺(tái)的流水燈的設(shè)計(jì)原理及過程虛擬儀器課程設(shè)計(jì)13-摘要：本文運(yùn)用虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，介紹了一種基于LabVIEW軟件平臺(tái)的流水燈的設(shè)計(jì)原理及過程。利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)上位機(jī)的界面，上位機(jī)通過串行口與AT89C52單片機(jī)通信，從而實(shí)現(xiàn)對端口配置、流水燈的顯示。運(yùn)用LabVIEW進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)具有很強(qiáng)的靈活性，能較容易地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，并使系統(tǒng)具有很強(qiáng)擴(kuò)展性。關(guān)鍵字：虛擬儀器AT89C52單片機(jī)串口通信流水燈。目錄第一章概述 -3-1.1LabVIEW簡介 -3-1.2LabVIEW特點(diǎn) -3-1.3LabVIEW未來 -4-第二章設(shè)計(jì)方案 -4-2.1上位機(jī) -5-2.2下位機(jī)AT89C52 -5-2.3RS232串口 -6-第三章硬件設(shè)計(jì) -7-3.1時(shí)鐘晶振模塊 -7-3.2復(fù)位模塊 -7-3.3LED顯示模塊 -8-3.4串口通訊模塊 -8-第四章軟件設(shè)計(jì) -9-4.1AT89C52主程序設(shè)計(jì) -9-4.1.1串口工作原理部分 -10-4.2上位機(jī)設(shè)計(jì) -10-4.2.1端口設(shè)置區(qū)設(shè)計(jì) -10-4.2.2命令控件區(qū)設(shè)計(jì) -11-4.2.3顯示控件區(qū)設(shè)計(jì) -12-參考文獻(xiàn) -14-心得體會(huì) -15-附錄 -16-第一章概述1.1LabVIEW簡介LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(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(chǔ)等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）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)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW

的程序模塊。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

中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對前面板上的對象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW

的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。1.2LabVIEW特點(diǎn)⒈盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。⒉可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。⒊用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。1.3LabVIEW未來虛擬儀器研究的另一個(gè)問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較多的是IEEE488或

GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。LabVIEW是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW

集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)（支持32位的嵌入式系統(tǒng)，并且可以擴(kuò)展的）。第二章設(shè)計(jì)方案下位機(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RS232進(jìn)行串口通訊傳送數(shù)據(jù)到上位機(jī)中顯示。ATAT89C52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2.1上位機(jī)上位機(jī)是指人可以直接發(fā)出操控命令的計(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號(hào)變化。下位機(jī)是直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計(jì)算機(jī)，一般是PLC、單片機(jī)之類的。上位機(jī)發(fā)出的命令首先給下位機(jī)，下位機(jī)再根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備。下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。簡言之如此，實(shí)際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機(jī)都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。通常上位機(jī)和下位機(jī)通訊可以采用不同的通訊協(xié)議，可以有RS232的串口通訊，或者采用RS485串行通訊，當(dāng)用計(jì)算機(jī)和PLC通訊的時(shí)候不但可以采用傳統(tǒng)的D形式的串行通訊，還可以采用更適合工業(yè)控制的雙線的profibus-dp通訊，采用封裝好的程序開發(fā)工具就可以實(shí)現(xiàn)PLC和上位機(jī)的通訊。當(dāng)然可以自己編寫驅(qū)動(dòng)類的接口協(xié)議控制上位機(jī)和下位機(jī)的通訊。2.2下位機(jī)AT89C52AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB的可反復(fù)檫寫的程序存儲(chǔ)器和12B的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的AT89C52單片機(jī)可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。AT89C52單片機(jī)屬于AT89C51單片機(jī)的增強(qiáng)型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點(diǎn)和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是：片內(nèi)程序存儲(chǔ)器內(nèi)含8KB的Flash程序存儲(chǔ)器，可擦寫壽命為1000次；片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)含256字節(jié)的RAM；具有32根可編程I/O口線；具有3個(gè)可編程定時(shí)器；中斷系統(tǒng)是具有8個(gè)中斷源、6個(gè)中斷矢量、2個(gè)級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷結(jié)構(gòu)；串行口是具有一個(gè)全雙工的可編程串行通信口；具有一個(gè)數(shù)據(jù)指針DPTR；低功耗工作模式有空閑模式和掉電模式；具有可編程的3級(jí)程序鎖定位；AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V；AT89C52最高工作頻率為24MHz。2.3RS232串口RS232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)(ElectronicIndustriesAssociation，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，分別稱為COM1和COM2。RS232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS232-C標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。RS232-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。串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS232標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)而形成的。所以，以RS232-C為主來討論。RS232-C標(biāo)準(zhǔn)是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)）與BELL等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。它適合于數(shù)據(jù)傳輸速率在0～20000b/s范圍內(nèi)的通信。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對串行通信接口的有關(guān)問題，如信號(hào)線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設(shè)備廠商都生產(chǎn)與RS232-C制式兼容的通信設(shè)備，因此，它作為一種標(biāo)準(zhǔn)，目前已在微機(jī)通信接口中廣泛采用。第三章硬件設(shè)計(jì)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。3.1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3.2復(fù)位模塊手動(dòng)開關(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)，需要對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位以及重新啟動(dòng)。圖3.2手動(dòng)開關(guān)復(fù)位3.3LED顯示模塊8位LED發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)流水燈操作。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3.38位LED顯示3.4串口通訊模塊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串口通訊第四章軟件設(shè)計(jì)4.1AT89C52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，主程序首先對系統(tǒng)的定時(shí)器和串口進(jìn)行初始化，然后通過程序SBUF接收P1口的信號(hào)，每接收到一個(gè)P1口信號(hào)就對上位機(jī)進(jìn)行一次數(shù)據(jù)傳送，通過上位機(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4.1所示。開始開始定時(shí)器初始化串口初始化LED流水燈串口上傳LED顯示設(shè)置圖4.1主流程圖4.1.1串口工作原理部分系統(tǒng)的串口部分十分重要，主要是初始化部分對相應(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)寫入SBUF里面即可，由發(fā)送中斷標(biāo)志位TI檢測其數(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)所要完成的簡單，所以采用等待的方式。串口的初始化程序流程圖如圖4.4所示。開始開始結(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4.2串口初始化程序流程圖4.2上位機(jī)設(shè)計(jì)本次使用LabVIEW對程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，界面中包括端口設(shè)置區(qū)，命令控件區(qū)，顯示控件區(qū)。由于所學(xué)知識(shí)有限，設(shè)計(jì)中多數(shù)部分參考老師所給文件包中串口測試.vi。4.2.1端口設(shè)置區(qū)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、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、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4.3、圖4.4所示。圖4.3端口設(shè)置區(qū)前面板設(shè)計(jì)圖4.4端口設(shè)置區(qū)后面板設(shè)計(jì)4.2.2命令控件區(qū)設(shè)計(jì)命令控件區(qū)中包括：自動(dòng)發(fā)送選擇項(xiàng)，發(fā)送按鈕，數(shù)據(jù)清空按鈕，停止按鈕。其前、后面板如圖4.5、圖4.6所示。圖4.5命令控件區(qū)前面板設(shè)計(jì)圖4.6命令控件區(qū)后面板設(shè)計(jì)4.2.3顯示控件區(qū)設(shè)計(jì)現(xiàn)實(shí)空間區(qū)中包括數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)、數(shù)據(jù)接收區(qū)、發(fā)送周期顯示、發(fā)送字節(jié)數(shù)、接收字節(jié)數(shù)和8位LED顯示燈。其前、后面板如圖所示。圖4.7顯示控件區(qū)前面板設(shè)計(jì)圖4.8后面板數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)、發(fā)送周期設(shè)計(jì)圖4.9后面板數(shù)據(jù)接收區(qū)、發(fā)送/接收字節(jié)數(shù)設(shè)計(jì)圖4.10后面板LED燈顯示設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[1]江建軍孫彪著.LabVIEW程序設(shè)計(jì)教程（第2版）.電子工業(yè)出版社.2012年1月[2]柴鈺著.單片機(jī)原理及應(yīng)用.西安電子科技大學(xué)出版社.2009年2月[3]彭倩著.虛擬儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.西安科技大學(xué).2012年[4]百度百科/view/230451.htm[5]百度資料/view/72babadcad51f01dc281f1e7.html心得體會(huì)通過各方面努力，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)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來解決面臨實(shí)際問題的能力，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)過程中遇到了不少困難，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LabVIEW有了更深入的了解。在解決問題的過程中，我們不僅學(xué)到了很多專業(yè)的知識(shí)，還學(xué)會(huì)了分析問題，解決問題的方法。相信這些對我們以后的學(xué)習(xí)與工作都有很大的幫助。通過對自己在大學(xué)時(shí)間里所學(xué)的知識(shí)的回顧，并充分發(fā)揮對所學(xué)知識(shí)的理解和對課程設(shè)計(jì)的思考及書面表達(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)。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)過程，運(yùn)用已有的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析和解決一個(gè)理論問題或?qū)嶋H問題，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)際問題的能力，確實(shí)也有所提高。通過這次實(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)不但要立足于書本，以解決理論和實(shí)際教學(xué)中的實(shí)際問題為目的，還要以實(shí)踐相結(jié)合，理論問題即實(shí)踐課題，解決問題即課程研究，學(xué)習(xí)就應(yīng)該采取