基于LabVIEW与凌阳SPCE061A实现串口数据采集.pdf

1、邮局订阅号 : 82-946 360 元 / 年技术创新单 片 机 开 发 与 应 用 PLC 技术应用 200 例 您的论文得到两院院士关注基 于LabVIEW与凌 阳SPCE061A实现串口 数据采集DAQ System Based on LabVIEW and Microcontroller Serial Port( 武汉理工大学 ) 田会方 吴兴强Tian,Huifang Wu,Xingqiang摘要 : 介绍利用凌阳 SPCE061A 单片机采集数据 , Labview 作为开发调试平台 , 二者之间通过串口实现数据通讯的数据采集系统 , 详细介绍了软硬件实现方案 。关键词 : La

2、bVIEW ; 虚拟仪器 ; SPCE061A ; 串口 ; 数据采集中图分类号 : TP274.2 文献标识码 : AAbstract : This paper mainly introduces an economical and practical data acquisition system on LabVIEW and SPCE061A of unspcompany. The data communication between LabVIEW and SPCE061A is executed via serial port. The software and hardware a

3、re alsogiven in detail.Key words : LabVIEW , virtual instrument , SPCE061A , serial port , data acquisition文章编号 :1008- 0570(2006)06- 2 - 0023- 03引言LabVIEW 是一个划时代的图形化编程系统 , 应用于数据采集与控制 、 信号分析等方面 , 它为不熟悉文本语言编程的专业科技工作者在测控领域建立计算机仪器系统 虚拟仪器 , 提供了一个便捷 、 轻松的图形化设计环境 。 由于其灵活 、 简单易用 、 开发效率高等特点 , 正逐渐成为科技工作者进行仪器应

4、用与开发的得力工具 。 数据采集是开发过程中一个重要的环节 , NI 公司提供了各种不同类型的基于 LabVIEW 的数据采集卡 , 但是其价格昂贵 , 对于小型企业 、 实验教学等方面仍存在着不可避免的资金问题 。 而市面上销售的第三方开发的数据采集卡 , 由于不具备对 Lab-VIEW 的直接支持 , 需要用户开发其驱动程序 , 使用也不方便 。 如果采用以凌阳 16 位单片机 SPCE061A 作为前端数据采集 , 通过串口进行与 LabVIEW 的数据通讯 , 就可实现低成本 、 灵活方便 、 接口简单的数据采集系统 。 这对于许多信号频率不是太高的场合 , 此方案无疑非常便利 。 本

5、文所介绍的就是这样一种利用LabVIEW 对 SPCE061A 的数据进行分析处理 , 并通过串口实现二者之间的数据交换 、 经济实用的数据采集及分析系统 。本系统主要包含两部分的设计 : LabVIEW 部分设计和 SPCE061A 数据采集与串口通讯部分设计 。1 LabVIEW 部分设计1.1 VISA 简介LabVIEW 提供了功能强大的 VISA 库 。 VISA(Vir-tual Instrument Software Architecture 虚 拟 仪 器 软件规范 , 是用于仪器编程的标准 I/O 函数库及其相关规范的总称 。 VISA 库驻留于计算机系统中 , 完成计算机与

6、仪器之间的连接 , 用以实现对仪器的程序控制 ,其实质是用于虚拟仪器系统的标准的 API 。 VISA 本身不具备编程能力 , 它是一个高层 API , 通过调用底层驱动程序来实现对仪器的编程 , 其层次如图 1(a) 所示 。VISA 是采用 VPP 标准的 I/O 接口软件 , 其软件结构应包含三部分 , 如图 1(b) 所示 。(a)VISA 内部机制 (b) 虚拟仪器的软件体系结构图 1与其它现存的 I/O 接口软件相比 , VISA 的 I/O 控制功能具有如下几个特点 : 适用于各种仪器类型如VXI 仪器 、 GPIB 仪器 、 RS- 232 串行仪器 、 消息基器件 、寄存器器

7、件 、 存储器器件等仪器 ) ; 适用于各种硬件接口类型 ; 适用于单 、 多处理器结构或分布式网络结构 ;适用于多种网络机制 。VISA 的 I/O 的软件库的源程序是唯一的 , 其与操作系统及编程语言无关 , 只是提供了标准形式的 API田会方 : 硕士 副教授基金资助 : 国家 “211 工程 “ 重点建设项目 - 特种机械装备及物流技术 , 基金编号 :471- 380009G1G2G3G4G3G5G6G7G8G9 G1GAG2 GBGCG2GDG1G2G3G4G5G6G7G8G9GAGBGCGDGEGFGCGDGEGFGCGDG10G11G12G1323- -技术创新中 文 核 心

8、期 刊 微 计 算 机 信 息 ( 嵌 入 式 与 S O C ) 2 0 0 6 年 第 2 2 卷 第 6 - 2 期3 6 0 元 / 年 邮 局 订 阅 号 : 8 2 - 9 4 6 现 场 总 线 技 术 应 用 2 0 0 例 单 片 机 开 发 与 应 用文 件 作 为 系 统 的 输 出 。1 . 2 V I S A 库 中 的 串 口 函 数本 文 用 到 的 主 要 的 串 口 通 讯 函 数 调 用 路 径 为 :F u n c t i o n s I n s t r u m e n t I / O V I S A V I S A A d v a n c e d I n

9、 t e r f a c e S p e c i f i c S e r i a l 中 。1 ) V I S A C o n f i g u r e S e r i a l P o r t 节 点 ( 如 图 2 所 示 )图 2 V I S A C o n f i g u r e S e r i a l P o r t . v i 图 标 及 其 端 口该 节 点 主 要 用 于 串 口 的 初 始 化 。 主 要 参 数 意 义 如下 :* V I S A r e s o u r c e n a m e : 设 置 串 口 号 。* b a u d r a t e : 设 置 波 特 率

10、 , 默 认 值 为 9 6 0 0 。* d a t a b i t s : 设 置 数 据 位 。 该 位 应 在 5 8 之 间 , 默 认值 为 8 。* p a r i t y : 奇 偶 校 验 位 , 默 认 值 为 无 校 验 、 偶 校 验等 。* s t o p b i t s : 设 置 停 止 位 , 可 以 为 1 、 1 . 5 、 2 。* f l o w c o n t r o l : 用 于 设 置 握 手 信 号 类 型 。2 ) V I S A R e a d 节 点 ( 如 图 3 所 示 )图 3 V I S A R e a d . v i 图 标 及

11、 其 端 口该 节 点 为 串 口 读 子 V I , 为 本 文 中 的 主 要 节 点 , 将串 口 中 的 数 据 读 出 , 然 后 利 用 L a b V I E W 的 强 大 数 据处 理 功 能 对 其 进 行 分 析 处 理 。 主 要 参 数 意 义 如 下 :* V I S A r e s o u r c e n a m e : 设 置 串 口 号 。* b y t e c o u n t : 设 置 读 取 字 节 数 。* r e a d b u f f e r : 从 串 口 读 取 的 字 符 。由 于 L a b V I E W 的 串 行 通 讯 子 V I

12、只 允 许 对 字 符 串的 读 写 , 因 此 本 文 中 在 进 行 数 据 处 理 时 , 必 须 要 实 现字 符 串 与 数 字 之 间 的 正 确 转 换 。 此 外 , 若 要 读 入 当 前串 口 中 的 所 有 字 符 , 则 要 先 执 行 “ V I S A B y t e s a t S e r i a lP o r t ” 子 V I , 用 以 确 定 将 要 读 入 的 确 切 的 字 节 数 , 然 后将 其 输 出 作 为 V I S A R e a d 节 点 的 输 入 即 可 。2 S P C E 0 6 1 A 数 据 采 集 与 串 口 通 讯部 分

13、 设 计2 . 1 硬 件 部 分S P C E 0 6 1 A 内 置 8 通 道 1 0 位 模 - 数 转 换 器 , 其 中 7个 通 道 用 于 将 模 拟 量 信 号 ( 例 如 电 压 信 号 ) 转 换 为 数字 量 信 号 , 可 以 直 接 通 过 引 线 ( I O A 0 - 6 ) 输 入 。 另 外 一个 通 道 只 用 于 语 音 输 入 , 即 通 过 内 置 自 动 增 益 控 制 放大 器 的 麦 克 风 通 道 ( M I C _ I N ) 输 入 。 实 际 上 可 以 把 模 数转 换 器 ( A D C , A n a l o g t o D i

14、g i t a l C o n v e r t e r ) 看 作 是 一 个 实现 模 / 数 信 号 转 换 的 编 码 器 。 在 A D C 内 , 由 数 模 转 换 器D A C 0 和 逐 次 逼 近 寄 存 器 S A R 组 成 逐 次 逼 近 式 模 - 数转 换 器 。 另 外 , S P C E 0 6 1 A 内 置 U A R T 模 块 , U A R T 模块 提 供 了 一 个 全 双 工 标 准 接 口 , 用 于 完 成 S P C E 0 6 1 A与 外 设 之 间 的 串 行 通 讯 。 借 助 于 I O B 口 的 特 殊 功 能 和U A R

15、T I R Q 中 断 , 可 以 同 时 完 成 U A R T 接 口 的 接 收 和发 送 数 据 的 过 程 。 U A R T 模 块 的 接 收 管 脚 R x 和 T x 分别 与 I O B 7 和 I O B 1 0 共 用 。本 电 路 采 用 R S - 2 3 2 串 行 接 口 标 准 , 在 电 气 特 性上 , R S - 2 3 2 采 用 负 逻 辑 , 要 求 高 低 两 信 号 间 有 较 大 的幅 度 , 标 准 为 : 逻 辑 “ 1 ” 在 - 5 V - 1 5 V 之 间 , 逻 辑 “ 0 ” 在 +5 V - + 1 5 V 之 间 , 通

16、常 采 用 - 1 V 左 右 为 逻 辑 1 , + 1 0 V 左右 为 逻 辑 0 。 本 电 路 采 用 符 合 R S - 2 3 2 标 准 的 驱 动 芯 片M A X 2 3 2 E P E 实 现 此 转 换 。 由 于 S P C E 0 6 1 A 的 信 号 输入 输 出 为 T T L 电 平 , 逻 辑 1 为 3 . 3 V 左 右 , 逻 辑 0 为0 . 4 V 左 右 , 而 M A X 2 3 2 E P E 要 求 + 5 V 供 电 , 因 此 , 在M A X 2 3 2 E P E 和 S P C E 0 6 1 A 之 间 加 了 电 平 匹 配

17、 电 路 。整 个 电 路 接 口 简 单 , 可 靠 性 高 。 硬 件 部 分 原 理 图如 图 4 所 示 :图 4 硬 件 原 理 图2 . 2 软 件 部 分L a b V I E W 软 件 与 串 口 实 现 数 据 通 讯 的 程 序 图 , 如图 5 所 示 , 由 于 S P C E 0 6 1 A 发 送 给 L a b v i e w 的 是 字 符串 数 据 , 所 以 先 把 该 字 符 串 转 换 为 字 符 数 组 , 然 后 通过 一 个 数 组 索 引 指 定 数 组 的 第 一 个 字 符 显 示 并 形 成波 形 。图 5 L a b V I E W 串

18、 口 通 讯 程 序 图单 片 机 S P C E 0 6 1 A 利 用 通 用 串 行 接 口 U A R T 实 现串 口 通 讯 部 分 程 序 :/ / * * * * * * * * * * * * * * * * * 主 程 序 * * * * * * * * * * * * * * * * * / /L _ R e s e n d D a t a :L _ C h e c k _ T x R D Y :2 4- -邮 局 订 阅 号 : 8 2 - 9 4 6 3 6 0 元 / 年技术创新单 片 机 开 发 与 应 用 P L C 技 术 应 用 2 0 0 例 您 的 论

19、文 得 到 两 院 院 士 关 注R 2 = P _ U A R T _ C o m m a n d 2 ;R 2 / / 检 测 输 出 是 否 R E A D YJ Z L _ C h e c k _ R x R D Y ; / / 发 送 8 位 十 六 进 制 数 c cR 1 = r e c F l a g ;C M P R 1 , 0 x 0 0 0 0 ; / / 是 否 接 收 过 数 据J Z L _ C h e c k _ R x R D Y ; P _ U A R T _ D a t a = R 4 ; / / 发 送 数 据R 1 = 0 x 0 0 0 0 ; r e

20、 c F l a g = R 1 ;L _ C h e c k _ R x R D Y :R 2 = P _ U A R T _ C o m m a n d 2 ; / / 检 测 是 否 有 数 据 接 收R 2 J Z L _ C h e c k _ R x R D Y ;R 4 = P _ U A R T _ D a t a ; / / 接 收 数 据R 1 = 0 x 0 0 0 1 ; r e c F l a g = R 1 ; / / 设 置 接 收 标 识 符g o t o L _ R e s e n d D a t a ;3 应 用 实 例如 图 6 所 示 , 利 用 该 数

21、 据 采 集 系 统 进 行 一 温 度 数据 的 采 集 , 在 图 5 的 硬 件 原 理 图 中 , 将 铂 热 电 阻 P T 1 0 0测 得 的 温 度 电 压 值 ( 该 测 温 电 路 由 电 压 跟 随 和 电 压 放大 电 路 组 成 ) 送 入 到 S P C E 0 6 1 A 的 I O A 4 端 口 , 通 过 该路 A D 转 换 通 道 , 将 电 压 值 经 过 数 据 处 理 后 转 换 为 1 6进 制 数 据 值 , 并 将 处 理 后 的 温 度 数 据 通 过 串 口 发 送 给L a b V I E W , 经 过 分 析 对 比 P T 1 0

22、 0 铂 电 阻 准 确 的 温 度 曲线 与 所 测 得 的 温 度 曲 线 可 以 得 出 在 该 温 度 采 集 系 统的 软 件 编 程 过 程 中 应 该 对 A D 转 换 后 的 数 据 乘 以 一 个多 大 的 温 度 系 数 以 及 在 分 段 温 度 系 数 的 情 况 下 得 出温 度 系 数 转 折 点 , 使 处 理 后 的 所 得 的 温 度 数 值 尽 可 能的 接 近 真 实 温 度 值 。图 6 利 用 L a b V I E W 与 S P C E 0 6 1 A 的 温 度 数 据 数 据 采 集 系 统4 结 论L a b V I E W 作 为 一 个

23、 具 有 良 好 开 放 性 的 虚 拟 仪 器开 发 平 台 , 为 面 向 仪 器 的 编 程 提 供 了 强 有 力 的 支 持 ,在 L a b V I E W 环 境 下 能 够 开 发 出 各 种 功 能 强 大 、 开 放性 好 的 虚 拟 仪 器 软 件 , 构 造 出 实 用 的 计 算 机 辅 助 测试 、 分 析 与 控 制 系 统 。 本 文 利 用 S P C E 0 6 1 A 进 行 前 端 数据 采 集 , 通 过 串 口 实 现 与 L a b V I E W 的 数 据 通 讯 , 利 用L a b V I E W 的 强 大 信 号 分 析 处 理 功 能

24、 , 开 发 了 一 套 投 资少 、 操 作 简 便 的 数 据 采 集 与 信 号 分 析 系 统 ( 其 虚 拟 面 板如 图 6 所 示 ) 。 实 验 证 明 , 该 系 统 运 行 良 好 。参 考 文 献 : 1 L a b V I E W U s e r M a n u a l . U S A : N a t i o n a l I n s t r u m e n t s C o r p o r a t i o n .1 9 9 8 2 杨 乐 平 等 . L a b V I E W 程 序 设 计 与 应 用 . 电 子 工 业 出 版 社 ， 2 0 0 1 3 刘 君 华

25、 等 . 虚 拟 仪 器 图 形 化 编 程 语 言 L a b V I E W 教 程 . 西 安 电 子科 技 大 学 出 版 社 ， 2 0 0 1 4 魏 晨 阳 , 朱 健 强 . 基 于 L a b V I E W 和 声 卡 的 数 据 采 集 系 统 J . 微计 算 机 信 息 , 2 0 0 5 , 1 : 4 5 - 4 6作 者 简 介 : 田 会 方 ( 1 9 6 3 - ) , 男 , 汉 族 , 硕 士 , 武 汉 理 工 大学 机 电 学 院 副 教 授 , 现 从 事 复 合 材 料 缠 绕 装 备 的 研 究 ,E - m a i l : w u 2 3

26、3 2 5 5 1 1 6 3 . c o m ; 吴 兴 强 ( 1 9 8 1 - ) , 男 , 汉 族 ,硕 士 , 武 汉 理 工 大 学 机 电 学 院 研 究 生 , 研 究 方 向 为 机电 控 制 及 自 动 化 技 术 。( 4 3 0 0 7 0 武 汉 理 工 大 学 机 电 学 院 ) 田 会 方 吴 兴 强( W u h a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , W u h a n H u b e i 4 3 0 0 7 0 ,C h i n a ) T i a n , H u i f a n g W u ,

27、 X i n g q i a n g通 迅 地 址 :( 4 3 0 0 7 0 武 汉 理 工 大 学 西 院 1 9 4 信 箱 ) 田 会 方( 投 稿 日 期 : 2 0 0 5 . 1 1 . 1 2 ) ( 修 稿 日 期 : 2 0 0 5 . 1 2 . 1 7 )( 接 1 3 0 页 ) 本 文 作 者 创 新 点 : 1 . 针 对 一 种 常 见 的 应 用 环境 实 现 了 一 个 硬 实 时 内 核 。 2 . 对 影 响 系 统 实 时 性 的 因素 进 行 了 精 心 设 计 , 包 括 任 务 调 度 、 内 存 管 理 、 时 钟 、同 步 、 中 断 ;

28、同 时 系 统 体 积 小 巧 , 仅 提 供 必 要 的 功 能 。 3 .提 供 了 验 证 系 统 确 保 硬 时 限 。参 考 文 献 : 1 L u C Y , S t a n k o v i c J A , S o n S H , T a o G . F e e d b a c k c o n t r o l r e a l -t i m e s c h e d u l i n g : F r a m e w o r k , m o d e l i n g , a n d a l g o r i t h m s . R e a l -T i m e S y s t e m s ,

29、2 0 0 2 , 2 3 ( 1 - 2 ) : 8 5 - 1 2 6 . 2 W a n g Y C , L i n K J . I m p l e m e n t i n g a g e n e r a l r e a l - t i m e s c h e d u l -i n g f r a m e w o r k i n t h e R E D - L i n u x r e a l - t i m e k e r n e l . I n : P r o c . o ft h e 2 0 t h I E E E R e a l - T i m e S y s t e m s S

30、y m p . P h o e n i x , A r i z o n a , 1 9 9 9 .2 4 6 - 2 5 5 . 3 褚 敏 芬 , 戴 胜 华 . R T L i n u x 调 度 策 略 的 研 究 J . 微 计 算 机 信 息 .2 0 0 3 : 1 9 : 1 1 . 9 1 - 9 2 4 付 文 勇 ， 王 力 生 . 应 用 于 实 时 系 统 的 R M S 算 法 的 改 进 . 微 计 算机 信 息 . 2 0 0 4 : 2 0 : 1 1 . 3 9 - 4 0 5 ( 美 ) J a n e W . S . L i u 著 ; 姬 孟 洛 等 译

31、 . 实 时 系 统 : 翻 译 版 . 北 京 : 高等 教 育 出 版 社 , 2 0 0 3 6 ( 美 ) 博 韦 ( B o v e t D . P . ) , ( 美 ) 西 斯 特 ( C e s a t i M . ) 著 ; 陈 莉 君 , 冯 锐 , 牛欣 源 译 . 深 入 理 解 内 核 ( 第 二 版 ) . 北 京 : 中 国 电 力 出 版 社 , 2 0 0 4作 者 简 介 : 杨 承 玉 ( 1 9 7 6 - ) , 女 , 讲 师 , 硕 士 , 主 要 研 究 方向 : 嵌 入 式 操 作 系 统 ; 杨 武 ( 1 9 6 5 - ) , 男 , 重

32、 庆 市 人 , 教 授 ,博 士 , 主 要 研 究 方 向 : 嵌 入 式 操 作 系 统 、 网 络 安 全 .A u t h o r b r i e f i n t r o d u c t i o n : Y a n g C h e n g y u ( 1 9 7 6 - ) , F e m a l e , I n -s t r u c t o r , M a s t e r , R e s e a r c h D i r e c t i o n : E m b e d d e d O p e r a t i o n S y s t e m( 4 0 0 0 5 0 重 庆 市 重 庆

33、 工 学 院 计 算 机 学 院 , e - m a i l :y a n g c y c q i t . e d u . c n ) 杨 承 玉 杨 武( C o l l e g e o f C o m p u t e r , C h o n g q i n g I n s t i t u t e o f T e c h -n o l o g y , C h o n g q i n g , 4 0 0 0 5 0 , C h i n a ) Y a n g , C h e n g y uY a n g , W u通 讯 地 址 : ( 4 0 0 0 5 0 重 庆 市 九 龙 坡 区 杨 家 坪 重 庆 工 学院 计 算 机 学 院 ) 杨 承 玉( 投 稿 日 期 : 2 0 0 5 . 1 1 . 2 ) ( 修 稿 日 期 : 2 0 0 5 . 1 2 . 1 0 )2 5- -