虛擬儀器課程設(shè)計(jì)-流水燈

./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)____學(xué)號：指導(dǎo)年月日.基于LabVIEW的流水燈設(shè)計(jì)摘要虛擬儀器〔virtualinstrumention〕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。流水燈是一種生活中比較常見的裝飾,本文主要通過labview來設(shè)計(jì)了一個(gè)流水燈系統(tǒng)的上位機(jī)界面,通過串口通信實(shí)現(xiàn)了其有規(guī)律的亮滅,帶來一定的觀賞效果。關(guān)鍵詞：虛擬儀器、上位機(jī)、串口通信、流水燈AbstractVirtualInstrument<virtualinstrumention>isacomputer-basedinstruments.Closecombinationofcomputerandinstrumentsisanimportantdevelopmentdirectionofthecurrentinstrument.LabVIEWisaprogramdevelopmentenvironmentfromNationalInstruments<NI>developedbythecompany,similartoCandBASICdevelopmentenvironment,butLabVIEWsignificantlydifferentfromothercomputerlanguages??are:theuseofothercomputerlanguages??aregeneratedtext-basedlanguagecode,andtheuseofLabVIEWgraphicalprogrammingGeditinglanguageprogramisproducedinblockdiagramform.LightwaterisarelativelycommonlifedecorativepaperlabviewmainlythroughthePCinterfacetodesignalightwatersystemthroughserialcommunicationachieveditsregularlightoff,bringsomeviewing.Keywords:VirtualInstrument,PC,serialcommunications,waterlights目錄TOC\h\z\u\t"標(biāo)題1,2,標(biāo)題2,3,標(biāo)題3,4,標(biāo)題,1"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12.1設(shè)計(jì)任務(wù)1.通過RS232接口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。通過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)。對于界面數(shù)據(jù)的顯示,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)通過串口發(fā)送PC機(jī),PC機(jī)接受信號并且顯示到界面。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)方式以與控制字符定義等問題做出統(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+5V~15V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)流水燈組成。ATC89C52單片機(jī)是美國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)向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個(gè)全雙工的串行口。具有4.25-5.50V的電壓工作X圍和0-24MHz的工作頻率,使用ATM89C52單片機(jī)時(shí)無須外擴(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、命令控制部分與顯示部分。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、停止位與接收周期的設(shè)置；命令控制主要包括啟停數(shù)據(jù)接收、顯示數(shù)據(jù)清空與退出運(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),通過設(shè)計(jì)前面板以與框圖程序的編寫,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3-1STC89C52控制流水燈電路3.1.1單片機(jī)串口發(fā)送數(shù)據(jù)單元單片機(jī)通過串口向上位機(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)流程圖軟件程序見附錄3.2.1跑馬燈程序設(shè)計(jì).流水燈點(diǎn)亮順序表：.UcharcodeLED[]={0x00,0x18,0x3c,0x7e,0xff,0xbd,0xdb,0xe7};.數(shù)據(jù)發(fā)送程序： for<i=0;i<7;i++>{P0=LED[i]; fs<LED[i]>;Delay<1000>; }for<i=7;i>0;i-->{P0=LED[i]; fs<LED[i]>;Delay<1000>; }.3.2.2串口發(fā)送數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì).串口初始化子函數(shù)：voidCom_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)：voidfs<charp>{SBUF=p;while<!TI>TI=0;...4上位機(jī)設(shè)計(jì)對于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、命令控制部分與顯示部分。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、停止位與接收周期的設(shè)置；命令控制主要包括啟停數(shù)據(jù)接收、顯示數(shù)據(jù)清空與退出運(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)試助手對數(shù)據(jù)通信進(jìn)行檢測,無誤后對上位機(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)問題找不出是上位機(jī)還是下位機(jī)的因素。然后通過下位機(jī)測試上位機(jī)的接收情況、以與程序正確與否。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?？勺孕性O(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)過這次虛擬儀器課程設(shè)計(jì),是我對于單片機(jī)又了進(jìn)一步的復(fù)習(xí),對labview與上下位機(jī)之間的通信都有了進(jìn)一步的認(rèn)識,尤其是上下位機(jī)之間的通信。一個(gè)周的課設(shè),也對LabVIEW又有了深一步的了解,LabVIEW入門很容易,如果要深入做下去,就必須懂得各方面的知識。這是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課,很多知識是從實(shí)驗(yàn)中學(xué)來的,自己還覺的不錯(cuò),但真到實(shí)際做東西的時(shí)候,就會(huì)覺得困難重重,這時(shí)再去思考一遍,便有了對知識的更深層次的理解。學(xué)以促用,用以促學(xué),我們感覺這也是這門課教給我們的重要知識,在整個(gè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了在復(fù)雜的問題面前怎樣去分析,找到問題的關(guān)鍵所在,而且認(rèn)識到這種能力的重要性。這期間我們帶著問題學(xué)習(xí)才能學(xué)到真正的知識。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我學(xué)會(huì)了在復(fù)雜的問題面前怎樣去分析,找到問題的關(guān)鍵所在,而且認(rèn)識到這種能力的重要性。在這次虛擬儀器課程設(shè)計(jì)過程中,不僅鞏固了上課所學(xué)的理論知識,也對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按要求正確的運(yùn)行,經(jīng)過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),2012.1[2]彭倩.虛擬儀器實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書[M].XX科技大學(xué),2012附錄硬件原理圖和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>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint/****************************流水燈點(diǎn)亮順序表*****************************/ucharcodeLED[]={0x00,0x18,0x3c,0x7e,0xff,0xbd,0xdb,0xe7};/****************************串口初始化子函數(shù)*****************************/voidCom_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)*****************************/voidfs<charp>{SBUF=p;while<!TI>TI=0;}/****************************延時(shí)子函數(shù)*****************************/voidDelay<uintx>{uchari;while<x-->for<i=0;i<1