基于labview的PC与单片机的串口通信的循环计数设计方法毕业设计Word文档下载推荐.doc
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第二章软硬件介绍
2.1虚拟仪器与LabVIEW
2.2虚拟仪器的概述 8
2.2.1虚拟仪器方案的组成 9
2.2.2虚拟仪器方案的优势 9
2.2.3虚拟仪器和传统仪器的区别 10
2.2.4虚拟仪器的发展与现状 11
2.2.4虚拟仪器的应用 11
2.3LabVIEW简介 12
2.4LabVIEW基本特点 13
2.5STC89C51RC单片机介绍 13
2.6单片机编程环境KEIL和下载软件STC-ISP介绍 16
第三章总体设计方案
3.1系统总体方案设计 18
3.2系统硬件的选择 18
3.2.1核心控制器选择 18
3.2.2上位机编程软件的选择 19
3.2.3显示系统选择 19
第四章LabVIEW上位机介绍
4.1上位机程序内容 20
4.2上位机框图 20
4.2.1上位机前面板框图 20
4.2.2上位机创建虚拟仪器过程 21
4.2.3上位机程序流程图 21
4.3上位机Labview串口通讯的实现 22
第五章单片机下位机设计
5.1下位机流程图 28
5.2设计目的和实现方案 29
5.2.1设计目的 29
5.2.2实现方案 29
5.3系统硬件结构 29
5.3.1系统硬件电路 29
5.3.2主控系统 30
5.3.3复位电路 30
5.3.4串口电路 31
5.3.5震荡电路 31
5.3.6LEd电路 32
5.3.7数码管显示电路 33
5.5串行通信 34
5.4.1串行通信的概念和特点 35
5.4.2串行通信的分类 35
5.4.3串行通信的工作模式 36
5.4.4单片机内部串口配置 38
第六章系统整体调试
联机调试 40
致谢 42
参考文献 42
附录 43
附录1原理图 44
附录2单片机才程序 45
第一章绪论
1.1课题的背景和意义
Labview是一种编译软件,和visualC++和KEIL累的的开发环境,他是由美国国家仪器(NI)公司研制开发的,但是它与其他高低端计算机语言的明显不同是:
Labview使用图形化语言编辑程序框图,其以框图的形式通俗易懂和中国的象形文字有异曲同工之妙,用户只需要通过前面板即可操纵程序;
其他语言如C语言、C++、C#、VB等语言都学起来要花费大量的时间和精力,并且不容易读懂。
Labview内部提供了很多库函数,使得编程就像画画一样过容易。
它的人机交互界面实时一大特色,利用图形化界面,在屏幕上显示一起的操作界面,只需要通过鼠标和键盘操控,简单方便,仪器的各种参数选择和控制方式都能通过人性化的界面来实现。
作为现代计算机技术与仪器技术二者结合的一项创新技术,Labview传统仪器在人们心中的印象,顺应了现代测控智能化和网络化的发展趋势。
目前,Labview技术在工业控制、自动控制和实验室建设等领域有着十分广泛的应用前景。
随着信息技术的高速发展,在嵌入式系统设计和计算机系统设计中常常会遇到各个系统之间的通信问题。
现在比较常用的数据通信方式有并行通信、串行通信两种方式:
串行通信只能以位为单位进行数据传输,通信速度比较慢,每个字节通常需要被拆分为很多比特位才能进行传输,但串行通信在传输过程只需要一根数据线就可以完成数据流的发送,所以成本较低,因此适用于短距离通信或对传输速度要求不高通信场合。
并行通信可以以字节或多字节为单位进行数据通信,因此他的传输速度非常快快,但需用的通讯线多,成本较高,并且不适宜远距离传输通常应用于计算机总线和PLC内部总线之间的通信;
本课题运用STC单片机实现嵌入式系统的构建,用图形化编辑软件LabVIEW编写上位机控制系统,实现了嵌入式系统与PC机之间的相互通信,并且用人性话的操作界面进行控制。
最终达到程序稳定可靠地运行,数据实时稳定的显示,可以通过PC机进行远程监控。
本课题涵盖了虚拟仪器技术、数字电路技术、串口通信技术、人机交互界面技术和一定程度上的平面设计技术,这对进一步提高学生的综合素质,培养创新意识,培养学生从事科学、技术研究能力有着重要意义。
1.2课题实现的内容
本设计基于LabVIEW虚拟仪器编写串口上位机控制系统,同时编写以单片机为核心的数码管动态显示系统,上位机可以控制单片机循环显示的初始数值,下位机将显示的数值实时发回上位机进行显示。
上位机上可以设置通信波特率、数据位、停止位,同时设有打开串口按钮、停止运行按钮、清空发送去按钮、清空接收区按钮;
还有接收数据显示文本框和发送数据显示文本框,用户通过设置串口通信参数和打开串口按钮即可与下位机进行串口通信,并将下位机发回的数据实时显示到PC机上,同时还可以控制循环的初始值。
下位机以STC89C52单片机为主控制器,以8端数码管为显示系统,单片机根据定时器0一秒定时和上位机的控制数据来进行数码管循环计数。
同时设计单片机最小控制系统,数码管显示系统电路,串口通讯电路,接收信息分析算法的设计。
最后使用KEIL5软件编程和STC-ISP程序烧录软件。
第二章软硬件介绍
2.1虚拟仪器与LabVIEW
2.1虚拟仪器概述
测量仪器从发展到现在,总体上经过四个阶段,分别为模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能测量仪器。
然而随着计算机技术和网络的迅猛发展,新的测试理论、测试方法、测试领域及测试仪器的不断出现,在很多方面早已突破传统仪器的概念,电子测量仪器的功能和作用已经发生质的变化。
就在此刻虚拟仪器应运而生。
虚拟仪器是在计算机机的高性能硬件平台上,由用户自己设计并定义界面显示和功能的一种计算机仪器系统。
虚拟仪器技术就是利用现有的高性能硬件模块,并结合灵活高效的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
灵活高效的软件能够开发出完全符合用户需求和习惯的界面,硬件的集成模块能提高设计的集成度,同时大大缩减开发周期。
计算机跟测量仪器的紧密配合是目前测量仪器发展的一个重要方向。
计算机与测量仪器的结合大概分为两种方式:
一种是将计算机嵌入到测量仪器当中,智能化仪器就是一种典型的表现,比如目前比较流行的嵌入式系统;
另外一种方式就是通过标准接口技术将所需的测量设备跟计算机连接,在高效快速的计算机硬件基础上,实现不同的功能。
而目前的虚拟仪器就是第二种方式。
常见的虚拟仪方案如图1.2所示。
数据采集卡
数据处理
信号调理
被
测对象
虚拟仪器面板
图1.2虚拟仪器方案
2.2.1虚拟仪器方案的组成
高效的软件:
虚拟仪器技术中核心的部分就是软件。
有了正确高效的软件工具,工程师们可以高效快捷地创建自己的应用及漂亮的人机交互界面。
NI公司提供的行业标准图形化编程软件——LabVIEW,能简单快捷地与各种软硬件进行对接,并且能提供强大的后续数据处理能力,还有设置参数,保存数据的功能,同时显示客户需要的数据。
模块化的I/O硬件:
计算机与外部外设的通信方式主要通过对外通信接口(如RS232C,GPIB,1394等)、信号转换功能(如A/D,D/A,I/O卡等)以及总线通信(如VXI,PXI)等来实现的,NI提供了全方位的软硬件的解决方案。
不管使用者是使用PCI、PXI、PCMCIA、USB,NI都有现成成熟的方案。
以上所述的接口、模块、板卡等硬件与传感器和计算机组成完整的虚拟仪器系统。
2.2.2虚拟仪器方案的特点和优势
虚拟仪器技术有了好的编译环境、标准的接口和集成的软硬件平台这三个重要的组成部分部分,才能充分发挥它的高性能,方便扩展、开发周期短以及集成度高这些优势。
1、高性能
因为虚拟仪器是在现代通用计算机的基础之上产生的,所以它完美的继承了计算机技术的高性能,高处理的优点,比如运算速度,文件管理,图像处理,数据分析等很多优点,这些优点是传统仪器望尘莫及的。
2、方便扩展
有了虚拟仪器,各种软硬件工程师们就可以从画PCB,电路设计和软件代码的编写中解放出来,因为虚拟仪器的灵活性,用户可以根据项目升级或功能变动二更新计算机系统或替换高效率的硬件模块,这就极大地降低了成产成本和维护成本,大大的缩短了开发周期,加速产品的上市时间。
3、研发周期短
在研发项目的过程中虚拟仪器把计算机技术、测量仪器和模块之间的通信这些最新技术结合在一起。
这些成熟的技术极大地为研发者节省时间,研发者就有更多的精力去想怎样结合这些优良的技术使得自己的产品更具有竞争力。
4、系统的开放性强
现在强大的云服务,网络的高速发展使得我们可以足不出户即可得知天下事,同样虚拟仪器是在计算机基础上发展而来,因此他也具有与其他设备进行远程检测和管理的优越性,并且基于网络平台,他可以和其他高档外设通过网络通信,应用领域明显扩大。
2.2.3虚拟仪器PK传统仪器
虚拟仪器有软件和硬件两方面组成,软件有图形化界面编辑出虚拟操作平台,功能可以随以根据功能进行编写,非常灵活,同时它还兼容各种设备驱动,也就是说兼容传统仪器,使用面广,
传统仪器都是按需制的,功能单一,价格昂贵,兼容性不太好具体空下表中看出。
虚拟仪器
传统仪器
用户自己设计功能
厂家定义各种功能
与外设连接简单
只能与特定仪器连接
研发周期较短
仪器研发需要时间较长
一起研发成本低
仪器研成本高
升级软硬件功能简单
改变功能复杂
重复利用简单
重复利用困难
无限扩展存储空间
有限的存储空间
研发主要是软件设计
研发主要是硬件设计
表1.1虚拟仪器与传统仪器的区别
2.2.4虚拟仪器的发展与现状
虚拟仪器还没有问世的时候,传统仪器设备占据着各大市场领域。
每一种仪器都具有特定的功能,有时候研发一个项目需要购置大批的测量仪器,并且每一种仪器都需要人工亲自完成,随着计算机技术的发展,虚拟仪器的发展大致经历了以下几个历程。
第一个历程是利用用计算机的先进功能功能来提高传统测量仪器的性能。
因为计算机的快速发展和一系列标准的通信接口,使得电脑可以很随意的与各种高精度的一起之间进行通信,我们只需要把需要的测量仪器通过一定转接技术与电脑连接上,工程师们就可以通过熟悉的电脑界面进行对测量仪器进行不间断地监控。
第二个历程是一种常见的接口和开放式的硬件。
随着科技进步和信息化的发展,各种测量仪器出现了质的飞跃:
数据采集卡和一系列标准总线结构的确立。
这些新的标准就使得不同测量仪器之间的通信阻碍减小。
第三个历程虚拟仪器生成了一种编程标准,通信协议,总线通信,和硬件接口都有了统一的执行标准,因此工程师们九个以把精力放在程序的编写和功能上面的扩展上就不需要考虑各种通信协议的问题,大大节约了研发时间。
上述经理的历程当中,我们可以发现虚拟仪器的发展有两个重要的标志:
一是总线标准的确立和应用;
二是使用了图像化编程语言,用户可以很容易的根据要求编写特定功能,提高了研发的效率,减少了研发的成本。
2.2.5虚拟仪器的应用
1监控方面
通过虚拟仪器,我们可以远离一些危险的场所,只需要放置一些高灵敏的传感器,并将传感器采集到的数据远程发回给上位机。
2教育教学方面
由于虚拟仪器的快速发展,目前已扩展至各个领域,教育方面也不例外,引起简介的编程方式和高效率的研发过程使得教学部门也使用该软件编写教学管理系统,使得教学方法更加的灵活。
3嵌入式系统
因为虚拟仪器中有很多通信接口就来自与嵌入式系统,我们可以通过虚拟仪器编写上位机监控系统实时控制下位机的的状态。
可以说虚拟仪器应用设计各个行业领域,尤其是在工业控制领域,他的问世也是嵌入式技术的一次革新。
2.3LabVIEW简介
LabVIEW的简称是实验室虚拟仪器集成环境,器英文全称为LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench,美国国家仪器公司(NATIONAIINSTRUMENTS,简称NI)是LABVIEW的生产者。
LabVIEW为研发者提供了一种快速设计自己的测试控制系统的方法,用图形化编辑语言进行设计,高效,快速准确。
计算机快速的运算能力与专一硬件的采集和传输能力结合在一起,极大地缩小了研发时间和研发成本。
LabVIEW技术移植伴随着计算机技术的发展而跟着提高,同时他还能通过网络与旁路设备进行互相联机通信,我们只需要添加或减少一部分框图内容即可改变测量两功能,扩展性非常强,并且这十分简单。
LabVIEW和VisualC++等一样也是一种常用的编程工具,它内部有很多成熟稳定的库函数,用户只需要调用相应的函数即可实现自己想要的共能,浙西二库函数有数据分析,数据处理,穿行通信,联网通信,保存数据等功能。
LabVIEW也可以实现仿真调试,和C语言一样能够单步连续的执行程序,进行一步一步分析自己程序的可靠性。
另外Labview还有实时监控程序运行的功能,可以设置断点和检测探头来实时监控程序。
使得开发起来更加有效、快捷方便。
LabVIEW的编程语言和传统的语言不同,它采用了图形语言————G语言,这种语言直观通俗易懂,编起程序来高效快速。
同时他还方便其他读者阅读程序,方便移植和理解。
图形化语言随着虚拟仪器的告诉发展将来定会成为一种编程标准。
2.4LabVIEW的基本特点
1具有良好的图形用户界面:
LabVIEW编写出来的程序大方美观,有着和传统仪器一样的操作面板,各种人性化的控制按钮,表盘显示,图表波形显示,更加美观漂亮。
2编写方式:
Labview采用的图形化编程方式比其他语言都简单,并且阅读起来也很方便的。
3模块化和层次分明:
LabVIEW编写的VI面板可作为用户层程序来使用,我们还可以将VI制作为子VI共其他程序调用,因此模块化程度很高。
4调试方便:
当Labview编好程序后,我们怎样验证自己程序的可行性呢,如果直接放到项目工程中进行测试肯定不现实,那么我们就可以一部一部让程序执行,通过观察每一块程序的结果来验证程序执行有没有问题。
2.5STC89C51RC单片机介绍
单片机最先是有intel的8031单片机发展而来的,随着Flash技术的迅速发展,51单片机横空出世,遍布各个电子控制行业,他是目前市面上最普遍的8位单片机,后来由于其广泛的应用,很多大的公司看上了他的发展前景,纷纷推出以51为内核的8位单片机,像ATMEL公司的AT89系列单片机,被应用到共坑测量领域。
Intel的80C31、80c51、87C51、80C32、等系列:
Philips、华邦dallas等公司的许多产品都是基于51内核的。
国内盛行的51单片机主要是宏晶公司推出的STC系列单片机,由于其价格便宜,能耗低,并且很稳定,国内很多地方都还在使用旗下的51单片机。
STC单片机发展历程从STC89——>
90——>
10——>
11——>
12——>
15系列,分别各有特点。
STC89系列是传统的单片机和AT89系列单片机之间相互通用,这一系列单片机为12T单片机。
在89系列上直接发展起来的是90系列,10和11系列单片机是比较廉价的1T单片机,内部设有硬件PWM和EEPROM功能,但都没有数模转换功能。
12系列是增强型功能的1T单片机,具有A|D转换功能。
因为其功能强大,价格低廉所以是市场上的主流产品。
15系列是为了去掉外接晶振,防止因环境变化引起的频率飘逸问题,内部集成高精度RC震荡电路,因此完全不需要外界晶振即可工作。
下图分别为51单片机的应引脚图和内部结构框图。
图2.151芯片引脚分布
51单片机分为贴片式和直插式,贴片体积小便于集成,直插式体积大但是方便焊接。
上图为直插式40引脚原理图。
图2.2c51单片机
·
P0、P1、P2、P3共4组32个IO输入输出口;
内部有111条指令,大部分为单字节指令
21个专用寄存器
2个可编程定时/计数器,5个中断源,2个优先级(52有6个)
一个全双工串行通信口
外部数据存储器寻址空间为64kB
外部程序存储器寻址空间为64kB
逻辑操作位寻址功能
一个+5V电源供电
CPU由运算器和控制器,同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器;
RAM(读写存储器)存放程序运行过程中产生的中间过程变量和一些临时变量;
ROM(制度存储器)用以存放程序、一些原始数据;
I/O口:
输入输出口,可读可写。
两个多功能计数器模块,可设为定时器模式或计数器模式:
五个中断源的中断控制系统;
一个全双工UART(通用异步接收发送器)的串行I/O口,用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信;
2.6单片机编程环境KEIL和下载软件STC-ISP介绍
Keil是ARM公司发布的,它包含编译器、调试工具实现了与单片机编程的完美工具。
提高研发人员的编程效率,该版本增加了很多常用的功能,切实的照顾到了编程人员的编程习惯。
KEIL是用来编译C语言的编程环境如下图所示
图2.3KEIL5-LOGO
图2.4KEIL5-编译界面
Keil工程的建立过程:
编辑C文件
选择器件
新建项目
编译生成HEX文件
STC-ISP下载软件
程序烧录过程
点击下载按钮
打开文件
选择波特率
选择器件型号
第三章系统方案设计
3.1系统总体方案设计
同时,利用LabVIEW2012软件,编写一个串口上位机通信界面。
通过这个上位机界面能够控制单片机循环计数的初值,并且接收单片机返回的实时计数值显示在上位机上。
数码管显示
CH340USB转串口
STC89C51RC
LABVIEW上位机
图3.1总体设计
3.2系统硬件的选择
3.2.1核心控制器选择
方案一:
ARM一般用于高性能高进度场合,优势是能耗低,精度高。
但是成本高,不容易上手,操作麻烦,对于步进电机来说有点大材小用。
方案二:
AVR价格稍贵,
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