本文介紹了基於(yu) LabVIEW的外置串口采集控製卡的設計思想，詳細的分析了采集控製卡的研製過程，並給出了LabVIEW的具體(ti) 程序設計。

　　引言

　　目前虛擬儀(yi) 器開發廣泛應用的是美國NI公司的LabVIEW開發平台。LabVIEW軟件隱含了對設計虛擬儀(yi) 器時所麵臨(lin) 的多種困難的考慮、簡化了設計過程，對於(yu) 開發虛擬儀(yi) 器相當方便，但因其硬件卡昂貴，影響了虛擬儀(yi) 器在國內(nei) 的推廣使用。因而，本文提出了采用LabVIEW虛擬儀(yi) 器開發平台，自行設計硬件卡。

　　設計中利用單片機作為(wei) 下位機，采用標準RS-232串口與(yu) PC機通訊來構建采集控製係統。上位機通過發送控製采集命令實行采集控製卡的通道選擇、量程選擇、數據采集等，然後將采集到的數據通過串口傳(chuan) 輸給PC機實現數據的存儲(chu) 、分析。此外基於(yu) 串口開發的采集控製卡還因具有熱插拔的優(you) 點而具有很強的實用性。

　　外置串口采集控製係統構成

　　外置串口采集控製係統主要由下位機硬/軟件以及上位機控製軟件兩(liang) 部分構成。下位機通過接收PC機命令來執行相應的操作，例如數據采集通道的選擇、輸入電壓範圍的選擇、或是其他量的選擇(如溫度、濕度等)。上位機軟件主要是發送控製命令，接收、顯示、存儲(chu) 以及處理數據。其中，數據的傳(chuan) 輸采用了數據幀格式進行，通過識別幀頭標誌位等規則來保證數據傳(chuan) 輸的準確性，本設計中是通過結合MAXIM公司所提供的A/D轉換器MAX197來實現的。

　　采集控製卡硬件設計

　　本設計硬件電路以單片機89C51為(wei) 控製核心，通過RS-232與(yu) PC機通訊，實現整個(ge) 數據采集係統的數據采集控製以及數據處理和存儲(chu) 。單片機通過接收PC機指令來控製MAX197，其中A/D采集以中斷方式進行。控製卡硬件電路結構如圖1所示。

圖1 采集控製卡硬件結構簡圖

　　采集控製卡軟件設計

　　單片機通過從(cong) 串口接收通道、量程選擇命令來執行相應通道、量程的數據采集，然後將數據采集的結果以數據幀的格式發送給PC機。兩(liang) 個(ge) 字節的幀頭標誌、以及兩(liang) 個(ge) 字節的A/D轉換結果合稱為(wei) 一幀數據。單片機軟件設計流程如圖2所示。

圖2 單片機程序流程圖

　　上位機控製處理程序設計

　　上位機控製處理程序在LabVIEW平台上進行開發，LabVIEW程序由兩(liang) 部分組成：前麵板和程序框圖。

　　LabVIEW前麵板的功能等效於(yu) 傳(chuan) 統儀(yi) 器前麵板，它不僅(jin) 可以模擬眾(zhong) 多的傳(chuan) 統儀(yi) 器，而且可以模擬因為(wei) 結構複雜而不可實現的傳(chuan) 統概念儀(yi) 器，因此，設計具有很大的靈活性。本次設計的前麵板包括通訊端口、方式等的設置，對采集控製卡的配置，當前采集轉換結果顯示，采集轉換結果實時動態監控，以及將采集轉換結果寫(xie) 入Excel文件的設置等內(nei) 容。

　　前麵板有如儀(yi) 器的外形設計，而程序框圖就是儀(yi) 器的內(nei) 部電路，是設計的核心部分。LabVIEW方便之處就是能很方便的將流程圖轉換為(wei) 圖形編程語言。流程圖中的循環可以直接調用LabVIEW中的While循環，順序執行可以調用LabVIEW中Sequence Structure(順序結構)，條件執行則可以調用LabVIEW中Case Structure(選擇結構)。程序流程圖設計如圖3所示。LabVIEW所采用的是並行執行結構，主流程圖中橫虛線上方的左右兩(liang) 邊為(wei) 同時執行的兩(liang) 個(ge) 獨立的單元。

圖3 程序流程圖

　　本次設計的圖形編程可以分為(wei) 串口通訊、數據接收以及文件讀寫(xie) 三個(ge) 部分。

　　在LabVIEW中，實現串口通訊方式有直接調用NI公司提供的Serial係列子VI； VISA串行係列(位於(yu) Functions->All Functions->Instrument I/O->serial中)；采用Active X控件來控製訪問串行口(先向LabVIEW中添加一個(ge) Active X Container控件，然後向其中添加MSComm控件)三種方式。本次設計采用了第二種方式來訪問和控製串行口，即通過調用功能模板的VISA中的Serial係列(包含VISA Configure Serial、VISA Write、VISA Read、VISA Close)來實現對串行口的訪問和控製。采用該方式設計的優(you) 點是：每個(ge) 函數開始接收一個(ge) 端口號，結束後輸出一個(ge) 其複製的端口號，這樣在設計中就不用擔心對於(yu) 一個(ge) 端口有遺忘或是重複的操作，從(cong) 而使程序設計更加清晰。
 

　LabVIEW中對於(yu) 串行口的讀寫(xie) 都是以字符為(wei) 單位傳(chuan) 輸其ASCII碼來實現的，因而需將需要傳(chuan) 輸的數據字符轉換成對應的ASCII碼。本設計通過調用CIN (代碼接口接點)將C語言程序嵌入到整個(ge) 設計中，然後采用LabVIEW與(yu) C語言混合編程來實現所需的功能(CIN在LabVIEW中的調用路徑為(wei) Functions→All Functions→Advanced→Code InteRFace Node)。

　　本設計中首先將采集控製係統的通道號和量程發送給下位機，然後程序進入到相應的數據接收處理程序。在數據接收過程中采用了數據幀方式：下位機將對應通道號、相應量程的采集結果以一幀數據為(wei) 單位循環發送給PC機，PC機通過判斷幀頭來識別數據，從(cong) 而提高數據傳(chuan) 輸的準確性。幀數據格式如下：

　　前麵兩(liang) 個(ge) 字節數據0xAA和0xAB為(wei) 幀頭標誌，DATA1和DATA0為(wei) 采集結果，但並非為(wei) 最終的結果，它們(men) 仍需要相應的處理(該處理在服務子程序中進行)。

　　采集到的數據要轉換為(wei) 實際電壓值後，再進行顯示、存儲(chu) 。本設計可以很方便的把每個(ge) 實際電壓值存儲(chu) 到Excel文件中，以便於(yu) 查看和處理。而且在存儲(chu) 的過程中可以將通道號、量程、采集數據序號信息都寫(xie) 入文件，這樣，就很容易生成報表輸出。

　　根據流程圖設計的采集控製係統程序框圖如圖4所示。

圖4 采集控製係統程序框圖

　　係統測試

　　將采集控製係統硬件、軟件按要求設計好後，運行控製軟件，先對采集控製係統進行相應的配置，然後可以實時觀看某個(ge) 通道的電壓值。調節輸入電壓，通過實時監控界麵可以觀看到輸入電壓的變化過程。程序運行結束後，可以在程序的安裝目錄下找到一個(ge) 由先前配置所命名的Excel文件，打開這個(ge) 文件就可以看到采集到的所有數據(包括通道號、量程、采集數據及所采集數據序號信息)。通過測試表明，采集控製係統操作簡單、方便，采集數據準確、價(jia) 格低廉，且有熱插拔優(you) 點。

　　結語

　　因為(wei) NI公司所提供的數據采集卡價(jia) 格昂貴，對用戶來說，自主研製基於(yu) LabVIEW的采集控製卡在實際中有很大的意義(yi) ，采用LabVIEW平台來實現，很大程度上簡化了設計，希望本文能給眾(zhong) 多設計者帶來新的設計概念。