1、引 言 Labview 是美國(guó)國(guó)家儀器公司( NI 公司) 推出的專為數(shù)據(jù)采集 、儀器控制 、數(shù)據(jù)分析與數(shù)據(jù)表達(dá)的圖形化編程環(huán)境 , 它是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)環(huán)境 , 具有 PCI , GPIB , PXI ,VXI , RS232/485 , USB 等各種儀器通訊總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù) , 開(kāi)發(fā)者可以利用這些函數(shù)與不同總線標(biāo)準(zhǔn)接口的數(shù)據(jù)采集硬件交互工作 。但現(xiàn)實(shí)中的數(shù)據(jù)采集卡很多是利用美國(guó) NI 公司提供的專用數(shù)據(jù)采集卡 , 價(jià)格較貴 , 不利于普及 Labview 軟件測(cè)控的學(xué)習(xí)和應(yīng)用 。Proteus 軟件支持 51 單片機(jī) , 集程序編輯 ,原理圖繪制和程序仿真于一體 , 它不僅能仿真單片

2、機(jī) CP U 的工作情況 , 也能仿真單片機(jī)外圍電路 , 具有電路互動(dòng)仿真功能 , 通過(guò)動(dòng)態(tài)外設(shè)模型 , 如鍵盤(pán) 、開(kāi)關(guān) 、發(fā)光二極管 、數(shù)碼管 、液晶和傳感器 、電機(jī)等 , 可實(shí)時(shí)顯示單片機(jī)系統(tǒng)輸入 、輸出結(jié)果 ; 另外還配置了多種虛擬儀器如示波器 、邏輯分析儀等 ,方便對(duì)實(shí)驗(yàn)圖形和數(shù)據(jù)的測(cè)量 ?；?Labview 和 Proteus 的特性 , 本文利用 Proteus 仿真步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行 ,而 Labview 實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對(duì)下位機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控 ,兩軟件采用虛擬串口進(jìn)行 RS232 串口通訊 , 在純軟件環(huán)境下 , 完成基于 Labview 軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組建 。這種方法成本低 , 效率高

3、 , 可以方便地應(yīng)用到測(cè)控技術(shù)的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)中 。要實(shí)現(xiàn)上述方法 , 當(dāng)然要正確安裝 Labview 和 Proteus軟件 , 另外還必須安裝 NI VISA 串口通訊協(xié)議驅(qū)動(dòng)和虛擬串口軟件 VSPD XP 。本文通過(guò)虛擬串口軟件 VSPD XP模擬出一對(duì)互聯(lián)的虛擬串口 , 分別為 COM 3和 COM 4 , 并且把 COM 3 配置給 Proteus 環(huán)境下的單片機(jī)串口終端 , 把COM 4 配置給 Labview 作為串口資源 1 。本文通過(guò)一個(gè)上位機(jī)監(jiān)控下位機(jī)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)驗(yàn) ,來(lái)介紹這種 Labview 及 Proteus 軟件環(huán)境下單片機(jī)串口通訊的仿真方法 。Labview 虛擬儀

4、器程序由前面板和框圖程序組成 , 前面板是人機(jī)交的界面 , 界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類控件 ; 框圖程序則是用戶編制的程序源代碼 , 以定義和控制在前面板上的控件輸入和輸出功能 。圖 1 為上位機(jī)監(jiān)控下位機(jī)步進(jìn)電機(jī)電路的 Labview 源程序 。圖 1 上位機(jī)監(jiān)控下位機(jī)步進(jìn)電機(jī)電路的 Labview 源程序。圖 1 的圖形化編程設(shè)計(jì)是采用 NI VISA 串口 Serial函數(shù)來(lái)訪問(wèn)和控制串口的 。 VISA 中的 Serial 函數(shù)庫(kù)里包含 VISA Configure Serial Port 、VISA W rite 、VISA Read 、VIS A Close 等子函數(shù) 。本設(shè)計(jì)

5、用到的四個(gè) V ISA 串口子函數(shù)是 : VISA 串口配置函數(shù)VISAConfigu re S erial Port 、VISA 寫(xiě)入函數(shù) VISA Write 、VISA 讀取函數(shù) VISA Read和 VISA 關(guān)閉函數(shù) VISA C loseVISA 串口配置函數(shù) VISA Configure Serial Port 的作用是完成串口參數(shù)的初始化設(shè)置 , 包括了串口資源名稱 ,波特率 , 奇偶校驗(yàn) 、數(shù)據(jù)比特 、是否啟用終止符等 ,該函數(shù)連接了兩個(gè)輸入變量 , 變量名為“請(qǐng)選擇串口名”和“波特率” ,它們分別連在串口資源名稱和波特率參數(shù)端子上 , 變量值是在前面板上相應(yīng)控件來(lái)設(shè)定的 ,

6、 另外該函數(shù)在是否啟用終止符的端子上還連接了一個(gè)布爾常量 , 常量值為 false , 含義是不啟用終止符 , 其他輸入?yún)?shù)采用默認(rèn)值 。圖 1 中 VISA 串口配置函數(shù)有兩個(gè)輸出端子 , 圖標(biāo)上面的輸出端子輸出的是串口資源名稱 , 下面的輸出端子輸出的是錯(cuò)誤碼 , 輸出端子向下游函數(shù)傳遞信息 。VISA 寫(xiě)入函數(shù) VISA Write 有三個(gè)輸入端子 , 圖 1 中VISA Read 圖標(biāo)的上面一個(gè)輸入端 子是前 面 VISAConfigure Serial Port 函數(shù)傳遞的串口資源名稱 , 下面的輸入端子是傳遞的錯(cuò)誤碼 , 意思是若前面的函數(shù)出錯(cuò)了 , 會(huì)往這里輸入一個(gè)錯(cuò)誤碼 , 然

7、后繼續(xù)往下面?zhèn)鬟f , 有錯(cuò)誤碼出現(xiàn)時(shí)程序是不會(huì)工作的 。中間的輸入端子是寫(xiě)入緩沖區(qū)入口 , 寫(xiě)入緩沖區(qū)支持的數(shù)據(jù)格式是字符串 。 Labview程序向下位機(jī)傳送兩個(gè)無(wú)符號(hào)字節(jié)數(shù)據(jù) , 它們的變量名分別為“走馬燈循環(huán)次數(shù)”和“走馬燈狀態(tài)延時(shí)時(shí)間” , 其具體值分別在前面板中設(shè)置 。這兩個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)“創(chuàng)建數(shù)組”函數(shù)和“字節(jié)數(shù)組至字符串轉(zhuǎn)換”函數(shù) , 組成字符串 , 輸入VISA Write 函數(shù)的寫(xiě)入緩沖區(qū)中 。VIS Write 函數(shù)圖標(biāo)上面輸出端子輸出的是串口資源名稱 , 下面輸出端子輸出的是錯(cuò)誤碼 , 繼續(xù)向下游函數(shù)傳遞信息 。VISA 讀取函數(shù) VISA Read 中間的輸入端子是每次從串口

8、讀取的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) , 本文設(shè)置的字節(jié)數(shù)是 1 , 它會(huì)以字符串的形式從該函數(shù)的中間輸出端子輸出 , 字符串只包含一個(gè) 8 位字節(jié) 。Labview 及 Proteus 軟件環(huán)境下單片機(jī)串口通訊的仿真方法VISA 關(guān)閉函數(shù) VISA Close 的作用是當(dāng)程序停止之前 , 必須要把使用的串口設(shè)備關(guān)閉 , 若不關(guān)閉 , 其他程序就不能使用該設(shè)備 。目前， 基于 LabVIEW的測(cè)控設(shè)備研發(fā)都需配置 NI公司的專供數(shù)據(jù)采集卡（ 如PCI，GPIB，PXI，VXI等） 25，而這些數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格昂貴，通常在數(shù)萬(wàn)元或數(shù)十萬(wàn)元以上，這使得一般普通高校開(kāi)展測(cè)控技術(shù)方面的綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)舉步維艱。Proteus嵌

9、入式系統(tǒng)仿真與開(kāi)發(fā)平臺(tái)可為上述問(wèn)題的解決提供技術(shù)支持6。 Proteus軟件是由英國(guó)Labcenter electronics公司開(kāi)發(fā)的，是目前世界上最先進(jìn)、最完整，惟一能夠?qū)Ω鞣N處理器進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真、調(diào)試與測(cè)試的EDA工具。 在編譯方面，它支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 在Proteus中，從原理圖設(shè)計(jì)、單片機(jī)編程、系統(tǒng)仿真到 PCB 設(shè)計(jì)一氣呵成。 Proteus 主要應(yīng)用于沒(méi)有目標(biāo)原型時(shí)的控制系統(tǒng)調(diào)試、測(cè)試和驗(yàn)證場(chǎng)合，并且仿真結(jié)果與實(shí)際誤差很小，是將實(shí)驗(yàn)和實(shí)際工程應(yīng)用聯(lián)系在一起的有效途徑.、介紹一種在純軟件環(huán)境的上下位機(jī)串口通訊的仿真方法 。 通過(guò)虛擬串口軟件 VSPD X

10、P , 在 Labview 和Proteus 軟件環(huán)境中 , 對(duì)步進(jìn)電機(jī)電路的串口通信進(jìn)行了聯(lián)調(diào) , 仿真運(yùn)行的結(jié)果表明這一方法是可行的 。 同時(shí)本文編制了該實(shí)例的上位機(jī) Labview 監(jiān)控程序 , 設(shè)計(jì)了下位機(jī)的程序框圖和 Protues 硬件原理圖 。這種方法的采用可以提高設(shè)計(jì)效率 , 降低設(shè)計(jì)成本 , 輔助開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)出價(jià)格低廉 , 功能專一的測(cè)控設(shè)備 , 具有很好的實(shí)用性 。關(guān)鍵詞 :串口通訊仿真 ; Labview ; Proteus; 51 單片機(jī) ; 上下位機(jī)。1 基于 Proteus的下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 基于 Proteus的下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為

11、核心設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的下位機(jī)如圖2所示。 由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊和數(shù)據(jù)通信模塊組成。 單片機(jī)的晶振頻率設(shè)置為12 MHz。 用P0口前三位來(lái)顯示電機(jī)的工作狀態(tài)，顯示時(shí)只需 3個(gè)不同顏色的LED燈進(jìn)行指示。圖 2 基于 Proteus的電機(jī)控制系統(tǒng)的下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.1 電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)模塊如圖 2中所示。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，本文利用ULN2003 （高耐壓、大電流復(fù)合晶體管，ULN2003 是高耐壓、大電流復(fù)合晶體管陣列，由七個(gè)硅NPN 復(fù)合晶體管組成）。本文4相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作于8拍方式，通過(guò)uln2003將單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)連接起來(lái)。正轉(zhuǎn)勵(lì)磁序列為B->BC->C-

12、>CD->D->DA->A->AB。反轉(zhuǎn)勵(lì)磁序列為A->DA->D->CD->C->BC->B->AB#include <reg51.h> /單片機(jī)頭文件包含文件#include <intrins.h> /單片機(jī)頭文件包含文件#define uchar unsigned char#define uint unsigned int/本例4相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作于8拍方式/正轉(zhuǎn)勵(lì)磁序列為B->BC->C->CD->D->DA->A->ABuchar code FFW=

13、0x02,0x06,0x04,0x0C,0x08,0x09,0x01,0x03;/反轉(zhuǎn)勵(lì)磁序列為A->DA->D->CD->C->BC->B->ABuchar code REV=0x01,0x09,0x08,0x0C,0x04,0x06,0x02,0x03;/延時(shí)void delay(uint x)uchar i;while(x-)for(i=0;i<120;i+);/正轉(zhuǎn)一圈void SETP_MOTOR_FFW()uchar i,j;for(i=0;i<5;i+)for(j=0;j<8;j+)P1=FFWj;delay(80);/

14、反轉(zhuǎn)一圈void SETP_MOTOR_REV()uchar i,j;for(i=0;i<5;i+)for(j=0;j<8;j+)P1=REVj;delay(80);/轉(zhuǎn)動(dòng)方向標(biāo)志，如果orientation=0xEE，則正轉(zhuǎn)/如果orientation=0xFF，則反轉(zhuǎn)uchar orientation; /圈數(shù)標(biāo)志uchar times; /接收的字節(jié)計(jì)數(shù)uchar serial_count=0;/上位機(jī)點(diǎn)動(dòng)命令標(biāo)志uchar flag;/單片機(jī)串口中斷處理程序，用于接收PC機(jī)控制信息void receive() interrupt 4 ES=0; RI=0;flag=1;/接

15、收轉(zhuǎn)動(dòng)方向標(biāo)志 if(serial_count=0) orientation=SBUF; serial_count+; /接收圈數(shù)標(biāo)志 elsetimes=SBUF; serial_count=0; ES=1;uchar present_times;/單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送信息void send()ES=0; SBUF=P0;while(!TI);TI=0;SBUF=present_times;while(!TI);TI=0;ES=1;/主程序void main()uchar i;/設(shè)置定時(shí)器T1的工作模式為2TMOD=0x20;/通過(guò)給T1設(shè)置初值，固定時(shí)鐘波特率為9600bps（11.0592

16、HZ）TH1=0xfd; TL1=0xfd;/設(shè)置串口通訊模式為1，允許接收SCON=0x50; ES=1; EA=1;/開(kāi)放中斷TR1=1; /T1啟動(dòng)，為串行通訊提供時(shí)鐘while(1)present_times=0; P0=0xFB; /停止指示燈亮delay(8); /每個(gè)一個(gè)時(shí)間間隔，發(fā)送一組字節(jié)send(); /否則會(huì)造成字節(jié)發(fā)送順序的混亂 if(flag=1)if(orientation=0xEE)present_times=times;P0=0xFE; /正轉(zhuǎn)指示燈亮send();for(i=0;i<times;i+) /電機(jī)正轉(zhuǎn)SETP_MOTOR_FFW();pres

17、ent_times-;P0=0xFE; /正轉(zhuǎn)指示燈亮send();flag=0;else if(orientation=0xFF)present_times=times;P0=0xFD; /反轉(zhuǎn)指示燈亮send();for(i=0;i<times;i+) /電機(jī)反轉(zhuǎn)SETP_MOTOR_REV(); present_times-;P0=0xFD; /反轉(zhuǎn)指示燈亮send();flag=0;else break;數(shù)據(jù)顯示模塊圖 2中P0口為數(shù)據(jù)顯示模塊，該模塊將步進(jìn)電機(jī)的工作狀態(tài)用不同顏色led顯示。工作狀態(tài)有3種，即正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止；采用3種不同led燈來(lái)表示不同的工作狀態(tài)。2.1數(shù)據(jù)

18、通信模塊圖 2中區(qū)域COMPIM部分為數(shù)據(jù)通信模塊原理圖，采集的數(shù)據(jù)通過(guò) RS 232串口發(fā)送到上位機(jī)。 圖 3為串口參數(shù)設(shè)置，其中波特率為 9 600，一幀 10位，一個(gè)起始位、一個(gè)停止位和8位數(shù)據(jù)。圖 3 proteus串口參數(shù)設(shè)置2 基于 LabVIEW的上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)VSPD60軟件是德國(guó)Eltima software公司開(kāi)發(fā)的虛擬串口軟件。普通的計(jì)算機(jī)主板上只有1個(gè)或者2個(gè)RS232串口，此軟件可以根據(jù)使用要求在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生多個(gè)虛擬RS232串口，產(chǎn)生的虛擬串口與實(shí)際物理串口的作用及用法一樣。的圖形化編程設(shè)計(jì)是采用NIVISA串口Serial函數(shù)來(lái)訪問(wèn)和控制串口的。VISA中的S

19、erial函數(shù)庫(kù)里包含VISA Configure Serial Port、VISA Write、VISA Read、VISA Close等子函數(shù)。本設(shè)計(jì)用到的四個(gè)V1SA串口子函數(shù)是：VISA串口配置函數(shù)VISA Configure Serial Port、VISA寫(xiě)入函數(shù)VISA Write、VISA讀取函數(shù)VlSA Read和VISA關(guān)閉函數(shù)VISA Closez3。為了改善 檢測(cè)技術(shù)與儀表綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)以單片機(jī)為核心的嵌入式系統(tǒng)的深入了解，本文基于LabVIEW虛擬儀器技術(shù)和Proteus軟件設(shè)計(jì)了如圖1 所示的虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩部分組成，以單片

20、機(jī)為核心的下位機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以 Proteus 為平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，上位機(jī)用戶界面是基于 LabVIEW 平臺(tái)開(kāi)發(fā)的，上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信由 Virtual Serial Port Driver 6.09 10提供的虛串口實(shí)現(xiàn)。 仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與實(shí)際硬件系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的虛擬數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性3. LabVIEW人機(jī)界面的設(shè)計(jì)LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是由美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)研制的一種利用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言，使用非常方便La

21、bVIEW人機(jī)界面的設(shè)計(jì)過(guò)程可分為前面板設(shè)計(jì)和后面板設(shè)計(jì)通過(guò)(Virtual InstrumentSoftware Architecture，VISA)用戶能與大多數(shù)儀器總線連接，包括GPIB、USB、串口、PXI、VXI和以太網(wǎng)等5用戶成功登錄之后，首先為VISA配置串口的各種參數(shù)，如設(shè)置波特率為“9600”、數(shù)據(jù)位為“8”、停止位為“1”、校驗(yàn)位為“無(wú)校驗(yàn)”等；然后VISA讀取函數(shù)通過(guò)屬性節(jié)點(diǎn)讀取串口緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)67Pmteus仿真軟件雖然可“仿真單片機(jī)硬件，但要進(jìn)行單片機(jī)電路與計(jì)算機(jī)通過(guò)RS232接口進(jìn)行仿真的開(kāi)發(fā)必須將計(jì)算機(jī)與Proteus軟件聯(lián)系起來(lái)。文中使用一款虛擬串口軟件Vir

22、tuM Serial PorlDriver60在計(jì)算機(jī)虛 擬出一對(duì)串【1來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能，首先打開(kāi)該虛擬串口戟什，在界面左邊的瀏覽界面可以顯示m所用計(jì)算機(jī)已經(jīng)存在的物理串【J和已經(jīng)虛擬出的串口接著在Manage porls而板中選撣要虛擬m的串口名稱，如COM3和COM4點(diǎn)擊A cid pair按鈕，即可虛擬出一組連接的串口，另外還需要在Prote雌環(huán)境中，對(duì)COMPIM模塊進(jìn)行設(shè)置，在參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中，把物理串口設(shè)置為Visual Serial Port Driver6 0軟件模擬卅的虛擬串IGOM4波特率l垃為9600并且設(shè)置數(shù)據(jù)位為8位停止位為1位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位，如圖5所示。4聯(lián)合仿真單片機(jī)程序利用keil軟件編譯戚HEX目標(biāo)文件在Protcus環(huán)境下將程序目標(biāo)代碼自載到單片機(jī)里點(diǎn)擊運(yùn)行按鈕電路開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度為15 3攝氏度如圖6所示；接著在LabVIEW前面板中選擇串口3(與虛擬出來(lái)的串口4為組)，渡特率設(shè)置為與單片機(jī)一致，點(diǎn)擊運(yùn)行按翎，下位機(jī)開(kāi)始采集溫度數(shù)據(jù)。 執(zhí)行過(guò)程效果展示：程序介紹：前面板步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的人機(jī)交互界面設(shè)計(jì)。布爾指示正反轉(zhuǎn)與停止位信號(hào)。proteus（采用51單片機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2003 驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，RS232串口實(shí)現(xiàn)虛擬串口的鏈接。） 程序面板：labview的編程實(shí)現(xiàn)，在程序面板中使