基于LabVIEW和MCS-51单片机实现数据采集与信息分析系统的设计
1、labview部分设计
1.1visa简介
labview提供了功能强大的visa库。visa（virtual 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所示。visa是采用vpp标准的i/o接口软件，其软件结构包含三部分，如图2所示。
与其他现存的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文件作为系统的输出。
1.2visa库中的串口通讯函数
本文用到的主要的串口通讯函数调用路径为：functionsinstrument i/ovisavisa advancedinterface specificserial中。
（1）visa configure serial port节点（图3所示）
该节点主要用于串口的初始化。主要参数意义如下：
visa resource name:visa资源名称，本文指串口号。baud rate：波特率，默认为9600。
data bits：一帧信息中的位数，labview中允许5～8位数据，默认值为8位。
stop bits：一帧信息中的停止位的位数，可为1位、1位半或2位。
parity：奇偶校验设置。可为无校验、奇校验或偶校验。
flow control：该参数数据类型为簇，用于串行通讯中的握手方式。
（2）visa read节点（图4所示）
该节点为串口读子vi，为本文中的主要节点，将串口中的数据读出，然后利用labview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：
visa resource name：同上。
byte count：用于设置所要读的字符数。由于labview的串行通讯子vi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，则要执行“visa bytes at serial port”子vi，用以确定将要读入的确切的字节数，然后将其输出作为visa read节点的输入即可。
（3）visa close节点（图5所示）
该节点用于将打开的visa资源关闭。只有一个主要参数：
visa resource name：意义同上。
本文所用labview串口通讯程序的波特率为9600，无奇偶校验，8位数据位，1位停止位，禁止软、硬件握手。
2、单片机部分设计
2.1硬件部分
mcs-51单片机内部有一个功能很强的全双工串行口，该串行口有4种工作方式，波特率可用软件设置，由片内的定时器/计数器产生，接收、发送均可触发中断系统，使用十分方便。有2个物理上独立的接收、发送缓冲器sbuf，对外也有两条独立的收、发信号线rxd（p3.0）和txd（p3.1）。
本文采用rs232串行接口标准，在电气特性上，rs232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-5v～-15v之间，逻辑“0”在+5v～+15v之间，通常采用-10v左右为逻辑1，+10v左右为逻辑0。由于mcs-51系统的信号输入输出为ttl电平，逻辑1为 3.8v左右，逻辑0为0.4v左右，因此，必须外接电路实现ttl电平到rs232电平的转换。本文采用max232e实现此转换。
采用tlc0831芯片进行数据的采集。tlc0831芯片为8位逐次逼近电压型a/d转换器，支持单信道输入串口输出，极性设置固定，不需寻址。其主要特点为：8位分辨率；5v的电源提供0～5v的可调基准电压；输入输出可与ttl和mos兼容。
若要提高信号的采样频率，只需选择转换速度较快的a/d芯片即可。硬件部分原理图如图6。
2.2软件部分
下面给出单片机软件部分的主要程序。波特率设置为9600，用定时器1产生波特率，串口工作在方式1，无奇偶校验。定时器0设定采样的时间间隔。tlc0831为a/d转换器数据采样子程序，send为单片机发送子程序。
3、结论
本文利用单片机进行前端数据采集，通过串口实现与labview的数据通讯，利用labview的强大信号分析处理功能，开发了一套投资少、操作简便的数据采集与信息分析系统（其虚拟面板如图7所示）。实验证明，该系统运行良好。
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与其他现存的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文件作为系统的输出。
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本文用到的主要的串口通讯函数调用路径为：functionsinstrument i/ovisavisa advancedinterface specificserial中。
（1）visa configure serial port节点（图3所示）
该节点主要用于串口的初始化。主要参数意义如下：
visa resource name:visa资源名称，本文指串口号。baud rate：波特率，默认为9600。
data bits：一帧信息中的位数，labview中允许5～8位数据，默认值为8位。
stop bits：一帧信息中的停止位的位数，可为1位、1位半或2位。
parity：奇偶校验设置。可为无校验、奇校验或偶校验。
flow control：该参数数据类型为簇，用于串行通讯中的握手方式。
（2）visa read节点（图4所示）
该节点为串口读子vi，为本文中的主要节点，将串口中的数据读出，然后利用labview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：
visa resource name：同上。
byte count：用于设置所要读的字符数。由于labview的串行通讯子vi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，则要执行“visa bytes at serial port”子vi，用以确定将要读入的确切的字节数，然后将其输出作为visa read节点的输入即可。
（3）visa close节点（图5所示）
该节点用于将打开的visa资源关闭。只有一个主要参数：
visa resource name：意义同上。
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本文采用rs232串行接口标准，在电气特性上，rs232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-5v～-15v之间，逻辑“0”在+5v～+15v之间，通常采用-10v左右为逻辑1，+10v左右为逻辑0。由于mcs-51系统的信号输入输出为ttl电平，逻辑1为 3.8v左右，逻辑0为0.4v左右，因此，必须外接电路实现ttl电平到rs232电平的转换。本文采用max232e实现此转换。
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