LabVIEW課程設計-基于LabVIEW軟件平臺的流水燈的設計原理及過程

1、摘要：本文運用虛擬儀器的設計思想，介紹了一種基于LabVIEW軟件平臺的流水燈的設計原理及過程。利用LabVIEW開發(fā)環(huán)境設計上位機的界面，上位機通過串行口與AT89C52單片機通信，從而實現(xiàn)對端口配置、流水燈的顯示。運用LabVIEW進行系統(tǒng)開發(fā)具有很強的靈活性，能較容易地實現(xiàn)系統(tǒng)的各項功能，并使系統(tǒng)具有很強擴展性。關鍵字：虛擬儀器 AT89C52單片機 串口通信 流水燈。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc346213197 第一章 概述 PAGEREF _Toc346213197 h - 3 - HYPERLINK l _Toc346213198 1.

2、1 LabVIEW 簡介 PAGEREF _Toc346213198 h - 3 - HYPERLINK l _Toc346213199 1.2 LabVIEW 特點 PAGEREF _Toc346213199 h - 3 - HYPERLINK l _Toc346213200 1.3 LabVIEW 未來 PAGEREF _Toc346213200 h - 4 - HYPERLINK l _Toc346213201 第二章 設計方案 PAGEREF _Toc346213201 h - 4 - HYPERLINK l _Toc346213202 2.1 上位機 PAGEREF _Toc3462

3、13202 h - 5 - HYPERLINK l _Toc346213203 2.2 下位機AT89C52 PAGEREF _Toc346213203 h - 5 - HYPERLINK l _Toc346213204 2.3 RS232串口 PAGEREF _Toc346213204 h - 6 - HYPERLINK l _Toc346213205 第三章 硬件設計 PAGEREF _Toc346213205 h - 7 - HYPERLINK l _Toc346213206 3.1 時鐘晶振模塊 PAGEREF _Toc346213206 h - 7 - HYPERLINK l _To

4、c346213207 3.2 復位模塊 PAGEREF _Toc346213207 h - 7 - HYPERLINK l _Toc346213208 3.3 LED顯示模塊 PAGEREF _Toc346213208 h - 8 - HYPERLINK l _Toc346213209 3.4 串口通訊模塊 PAGEREF _Toc346213209 h - 8 - HYPERLINK l _Toc346213210 第四章 軟件設計 PAGEREF _Toc346213210 h - 9 - HYPERLINK l _Toc346213211 4.1 AT89C52主程序設計 PAGEREF

5、 _Toc346213211 h - 9 - HYPERLINK l _Toc346213212 4.1.1 串口工作原理部分 PAGEREF _Toc346213212 h - 10 - HYPERLINK l _Toc346213213 4.2 上位機設計 PAGEREF _Toc346213213 h - 10 - HYPERLINK l _Toc346213214 4.2.1 端口設置區(qū)設計 PAGEREF _Toc346213214 h - 10 - HYPERLINK l _Toc346213215 4.2.2 命令控件區(qū)設計 PAGEREF _Toc346213215 h - 1

6、1 - HYPERLINK l _Toc346213216 4.2.3 顯示控件區(qū)設計 PAGEREF _Toc346213216 h - 12 - HYPERLINK l _Toc346213217 參考文獻 PAGEREF _Toc346213217 h - 14 - HYPERLINK l _Toc346213218 心得體會 PAGEREF _Toc346213218 h - 15 - HYPERLINK l _Toc346213219 附錄 PAGEREF _Toc346213219 h - 16 -第一章 概述1.1 LabVIEW 簡介LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家

7、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與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機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)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(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)存儲等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試。LabVIEW（Laboratory Virtual In

8、strument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應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。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。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

9、作程序框圖代碼。1.2 LabVIEW 特點盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。1.3 LabVIEW 未來虛擬儀器研究的另一個問題是各種標準儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是IEEE488 或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應當是網(wǎng)絡化的。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、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(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

10、卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數(shù)。這是一個功能強大且靈活的軟件。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，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人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨立

11、運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的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，一個硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機編程系統(tǒng)（支持32位的嵌入式系統(tǒng)，并且可以擴展的）。 第二章 設計方案下位機使用AT89C52進行流水燈設計，上位機使用LabVIEW進行界面設計，顯示出端口設置數(shù)據(jù)和8個LED燈的顯示，通過RS232進行串口通訊傳送數(shù)據(jù)到上位機中顯示。AT89C52晶振時

12、鐘復位電路8位LED上位機顯示控件區(qū)命令控件區(qū)端口設置區(qū)RS232串口圖2.1 設計框架2.1 上位機上位機是指人可以直接發(fā)出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化。下位機是直接控制設備獲取設備狀況的計算機，一般是PLC、單片機之類的。上位機發(fā)出的命令首先給下位機，下位機再根據(jù)此命令解釋成相應時序信號直接控制相應設備。下位機不時讀取設備狀態(tài)數(shù)據(jù)（一般為模擬量），轉換成數(shù)字信號反饋給上位機。簡言之如此，實際情況千差萬別，但萬變不離其宗：上下位機都需要編程，都有專門的開發(fā)系統(tǒng)。 通常上位機和下位機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

13、用計算機和PLC通訊的時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)工具就可以實現(xiàn)PLC和上位機的通訊。當然可以自己編寫驅動類的接口協(xié)議控制上位機和下位機的通訊。2.2 下位機AT89C52AT89C52是美國Atmel公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，片內含8KB的可反復檫寫的程序存儲器和12B的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)，片內配置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大的AT89C52單片機可靈活應用于

14、各種控制領域。AT89C52單片機屬于AT89C51單片機的增強型，與Intel公司的80C52在引腳排列、硬件組成、工作特點和指令系統(tǒng)等方面兼容。其主要工作特性是： 片內程序存儲器內含8KB的Flash程序存儲器，可擦寫壽命為1000次； 片內數(shù)據(jù)存儲器內含256字節(jié)的RAM； 具有32根可編程I/O口線； 具有3個可編程定時器； 中斷系統(tǒng)是具有8個中斷源、6個中斷矢量、2個級優(yōu)先權的中斷結構；串行口是具有一個全雙工的可編程串行通信口； 具有一個數(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級程序鎖定位；AT89C52工作電源電壓為5（1+0.2）V，且典型值為5V

15、； AT89C52最高工作頻率為24MHz。 2.3 RS232串口 RS232是個人計算機上的通訊接口之一，由電子工業(yè)協(xié)會(Electronic Industries Association，EIA) 所制定的異步傳輸標準接口。通常 RS-232 接口以9個引腳 (DB-9) 或是25個引腳 (DB-25) 的型態(tài)出現(xiàn)，一般個人計算機上會有兩組 RS232 接口，分別稱為 COM1 和 COM2。 RS232-C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行物理接口標準。RS是英文“推薦標準”的縮寫，232為標識號，C表示修改次數(shù)。R

16、S232-C標準設有25條信號線，包括一個主通道和一個輔助通道。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對于一般雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 RS232-C標準規(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。 串行通信接口標準經(jīng)過使用和發(fā)展，目前已經(jīng)有幾種。但都是在RS232標準的基礎上經(jīng)過改進而形成的。所以，以RS232-C為主來討論。RS232-C標準是美國EIA(電子工業(yè)聯(lián)合會）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020000b/s范圍內的通信。這個

17、標準對串行通信接口的有關問題，如信號線功能、電器特性都作了明確規(guī)定。由于通行設備廠商都生產(chǎn)與RS232-C制式兼容的通信設備，因此，它作為一種標準，目前已在微機通信接口中廣泛采用。 第三章 硬件設計在硬件設計中主要為下位機的AT89C52所設計的流水燈，其中包括基本的時鐘晶振模塊，復位電路模塊，8位LED燈模塊和最重要的串口通訊模塊。3.1 時鐘晶振模塊外接晶振給單片機提供一個時鐘信號（一個非常穩(wěn)定的頻率信號），使單片機各內部組件同步工作，并且在和外部設備通信時是也能達到同步。圖3.1 時鐘晶振模塊3.2 復位模塊手動開關復位使中央處理器CPU以及其他功能部件都恢復到一個確定的初始狀態(tài)，并從這

18、個狀態(tài)開始工作。除此之外，當單片機程序運行出現(xiàn)錯誤或系統(tǒng)處于死循環(huán)狀態(tài)時，需要對單片機進行復位以及重新啟動。圖3.2 手動開關復位3.3 LED顯示模塊8位LED發(fā)光二極管實現(xiàn)流水燈操作。根據(jù)軟件設計可得到1位LED循環(huán)左移，花樣燈等。 8位LED顯示3.4 串口通訊模塊MAX232是一種把電腦的串行口RS232信號電平（-10，+10v）轉換為單片機所用到的TTL信號點平（0，+5）的芯片。串口通訊模塊使上位機與下位機得以通信，進行數(shù)據(jù)傳送。圖3.4 串口通訊第四章 軟件設計4.1 AT89C52主程序設計 下位機程序設計中主要執(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)的定時器和串口進

19、行初始化，然后通過程序SBUF接收P1口的信號，每接收到一個P1口信號就對上位機進行一次數(shù)據(jù)傳送，通過上位機的設計界面顯示數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)的主流程圖如下圖所示。開 始定時器初始化串口初始化LED流水燈串口上傳LED顯示設置圖4.1 主流程圖 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的寄存器進行設置，發(fā)送數(shù)據(jù)的時候只需要將數(shù)據(jù)寫入SBUF里面即可，由發(fā)送中斷標志位TI檢測其數(shù)據(jù)發(fā)送結束。而接收則有中斷方式和等待方式兩種，本系統(tǒng)因為單片機所要完成的簡單，所以采用等待的方式。串口的初始化程序流程圖如圖所示。開 始結 束設置T1工作方式設置波特率設置串口工作方式允許串口中斷圖4.2

20、 串口初始化程序流程圖4.2 上位機設計本次使用LabVIEW對程序進行設計，界面中包括端口設置區(qū)，命令控件區(qū)，顯示控件區(qū)。由于所學知識有限，設計中多數(shù)部分。 端口設置區(qū)設計端口設置區(qū)中包括五個部分，分別為：通訊口設置，波特率設置，數(shù)據(jù)位設置，校驗位和停止位。通訊口中編輯項有COM1、COM2。波特率編輯項有300、600、1200、1800、2400、4800、7200、9600、14400、19200、28800、38400、56000、76800、115200。數(shù)據(jù)位中編輯項有6、7、8。校驗位中編輯項有無、偶校驗、奇校驗。停止位中編輯項有1、1.5、2。其前、后面板顯示如圖4.3、圖4

21、.4所示。 圖4.3 端口設置區(qū)前面板設計 圖4.4 端口設置區(qū)后面板設計 命令控件區(qū)設計命令控件區(qū)中包括：自動發(fā)送選擇項，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)前面板設計圖4.6 命令控件區(qū)后面板設計 顯示控件區(qū)設計現(xiàn)實空間區(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)前面板設計圖4.8 后面板數(shù)據(jù)發(fā)送區(qū)、發(fā)送周期設計圖4.9 后面板數(shù)據(jù)接收區(qū)、發(fā)送/接收字節(jié)數(shù)設計圖4.10 后面板LED燈顯示設計參考文獻1 江建軍 孫彪著. LabVIEW程序設計教程2

22、 柴鈺 著. 單片機原理及應用. 西安電子科技大學出版社. 2009年2月4 百度百科 5 百度資料 51f01dc281f心得體會通過各方面努力，本次實習基本完成。在LabVIEW設計的學習下，設計出了上下位機的LED通訊燈動態(tài)顯示方案。通過這次系統(tǒng)的項目設計提高了我運用所學的專業(yè)基礎知識來解決面臨實際問題的能力，同時也提高了我查閱各種文獻資料、使用LabVIEW軟件的水平。通過這次設計，我發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足以及許多知識的漏洞。在設計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老師昝老師設計過程中，他給的指導，豐富的設計經(jīng)驗和嚴謹?shù)闹茖W態(tài)度，是我解決問題的關鍵所

23、在。同時，還要感謝幫助我的所有同學。我想，本次實習對我們每個人都是影響很大的，它使我們基本掌握了LabVIEW通訊的設計方案，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，我們不僅學到了很多專業(yè)的知識，還學會了分析問題，解決問題的方法。相信這些對我們以后的學習與工作都有很大的幫助。通過對自己在大學時間里所學的知識的回顧，并充分發(fā)揮對所學知識的理解和對課程設計的思考及書面表達能力，最終完成了這項實習。這次設計為我們今后進一步深化學習，積累了一定的寶貴經(jīng)驗。撰寫論文的過程也是專業(yè)知識的學習過程，運用已有的專業(yè)基礎知識，對其進行設計，分析和解決一個理論問題或實