基于LabVIEW的外置串口采集控制卡的研制

摘 要：本文介紹了基于LabVIEW的外置串口采集控制卡的設計思想，詳細的分析了采集控制卡的研制過程，并給出了LabVIEW的具體程序設計。

關鍵詞：LabVIEW；串口通訊；數據采集系統

引言

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

設計中利用單片機作為下位機，采用標準RS-232串口與PC機通訊來構建采集控制系統。上位機通過發送控制采集命令實行采集控制卡的通道選擇、量程選擇、數據采集等，然后將采集到的數據通過串口傳輸給PC機實現數據的存儲、分析。此外基于串口開發的采集控制卡還因具有熱插拔的優點而具有很強的實用性。

外置串口采集控制系統構成

外置串口采集控制系統主要由下位機硬/軟件以及上位機控制軟件兩部分構成。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、輸入電壓范圍的選擇、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制命令，接收、顯示、存儲以及處理數據。其中，數據的傳輸采用了數據幀格式進行，通過識別幀頭標志位等規則來保證數據傳輸的準確性，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。

采集控制卡硬件設計

本設計硬件電路以單片機89C51為控制核心，通過RS-232與PC機通訊，實現整個數據采集系統的數據采集控制以及數據處理和存儲。單片機通過接收PC機指令來控制MAX197，其中A/D采集以中斷方式進行。控制卡硬件電路結構如圖1所示。

采集控制卡軟件設計

單片機通過從串口接收通道、量程選擇命令來執行相應通道、量程的數據采集，然后將數據采集的結果以數據幀的格式發送給PC機。兩個字節的幀頭標志、以及兩個字節的A/D轉換結果合稱為一幀數據。單片機軟件設計流程如圖2所示。

上位機控制處理程序設計

上位機控制處理程序在LabVIEW平臺上進行開發，LabVIEW程序由兩部分組成：前面板和程序框圖。

LabVIEW前面板的功能等效于傳統儀器前面板，它不僅可以模擬眾多的傳統儀器，而且可以模擬因為結構復雜而不可實現的傳統概念儀器，因此，設計具有很大的靈活性。本次設計的前面板包括通訊端口、方式等的設置，對采集控制卡的配置，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入Excel文件的設置等內容。