基于LabVIEW的單片機(jī)與PC機(jī)串口通信顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉松斌 王海星 馬 雙 柳 明

(1. 東北石油大學(xué)電氣信息工程學(xué)院，黑龍江 大慶 163318； 2. 大慶油田第一采油廠儀表安裝維修大隊(duì)，黑龍江 大慶 163453；3. 大慶儲(chǔ)運(yùn)銷售分公司葡北油庫，黑龍江 大慶 163000)

隨著工業(yè)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，控制系統(tǒng)越來越復(fù)雜，處理的數(shù)據(jù)量也越來越大，但單片機(jī)等主控芯片的處理能力有限，難以滿足控制的需求，因此分布式系統(tǒng)逐漸成為主流。在分布式系統(tǒng)中各種數(shù)據(jù)的采集和對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制都由下位機(jī)完成，而對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理則由功能更強(qiáng)大的上位機(jī)完成。由于單片機(jī)具有高可靠性、價(jià)格低廉和可應(yīng)用于惡劣工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn)，在分布式控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)作為下位機(jī)。而PC機(jī)因其處理能力強(qiáng)及人機(jī)交互好等特點(diǎn)常被用作上位機(jī)。單片機(jī)與PC機(jī)通信常選用串口通信方式，串口通信是通過數(shù)據(jù)信號(hào)線、地線及控制線等按位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N通信方式[1]。在PC領(lǐng)域里以RS-232、RS-485協(xié)議為代表的串口通信因其通信穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)及成本低等優(yōu)點(diǎn)被普遍應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。

LabVIEW(又稱為G語言)是一種基于數(shù)據(jù)流的圖形化編程環(huán)境[2]，近年來在檢測(cè)和控制領(lǐng)域得到了快速發(fā)展。因其程序是圖形化的框圖形式，在人機(jī)交互等方面具有天然的優(yōu)勢(shì)，故已逐漸成為上位機(jī)編程軟件的不二選擇。筆者設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的單片機(jī)與PC機(jī)串口通信顯示系統(tǒng)，為了更直觀地了解串口通信情況，為系統(tǒng)填加顯示模塊，用LCD實(shí)時(shí)顯示收發(fā)的數(shù)據(jù)，從而驗(yàn)證串口通信是否成功。

串口通信系統(tǒng)顯示由4部分組成(圖1)：PC機(jī)作為上位機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收和人機(jī)交互；單片機(jī)最小系統(tǒng)作為下位機(jī)，負(fù)責(zé)串口數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送和液晶驅(qū)動(dòng)；MAX232芯片作為連接前兩部分的橋梁，將RS-232的負(fù)邏輯電平(邏輯1為-15～-3V，邏輯0為3～15V)[3]轉(zhuǎn)換成TTL電平(5V為邏輯1，0V為邏輯0)；CH240128液晶顯示屏負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)的接收情況。

圖1 串口通信顯示系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

首先由單片機(jī)、晶振、電阻及電容等構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)[4]，在最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上結(jié)合MXA232芯片引出DB9串行端口。將單片機(jī)串口發(fā)送TXD與PC機(jī)串口接收RXD相連，單片機(jī)串口接收RXD與PC機(jī)串口發(fā)送TXD相連，并將二者的地相連。依據(jù)CH240128液晶的引腳定義，將其與單片機(jī)I/O引腳相連。串口通信顯示系統(tǒng)的硬件電路如圖2所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

軟件程序設(shè)計(jì)分為兩部分：一是運(yùn)行在PC 端的LabVIEW程序；二是運(yùn)行在單片機(jī)中的C51程序。結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)串口通信與顯示功能，即在PC端發(fā)送一串字符串，通過串口發(fā)送到單片機(jī)中，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后返回該字符串，并將其顯示到液晶上。

圖2 串口通信顯示系統(tǒng)硬件電路

2.1 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

LabVIEW串口通信程序主要通過NI-VISA節(jié)點(diǎn)來完成，NI-VISA是一個(gè)字節(jié)級(jí)的通信接口驅(qū)動(dòng)。通過NI-VISA函數(shù)[5]編寫的程序可以在任何具有串行端口NI-VISA[6]的機(jī)器上運(yùn)行，這就意味可以在具有LabVIEW和Windows的機(jī)器上寫入和測(cè)試串行VI，然后在NI的板卡[7]上使用相同的程序。其中，NI-VISA主要包括串口初始化、串口寫、串口讀、Bytes of port[8]及串口關(guān)閉等函數(shù)。串口初始化主要負(fù)責(zé)設(shè)置串口號(hào)、波特率及奇偶校驗(yàn)等參數(shù)。為了下位機(jī)能正確識(shí)別數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)首尾添加標(biāo)識(shí)位后寫入串口。

2.2 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

單片機(jī)串口程序(圖3)參數(shù)要與上位機(jī)的參數(shù)設(shè)置一致(如波特率、奇偶校驗(yàn)[9]等)。利用判斷語句去除標(biāo)識(shí)位后，對(duì)上位機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，再將數(shù)據(jù)寫入串口緩沖區(qū)SBUF寄存器。為了在液晶顯示收到的數(shù)據(jù)，需要按照液晶的驅(qū)動(dòng)時(shí)序圖設(shè)置寫數(shù)據(jù)及寫指令等時(shí)序完成液晶的驅(qū)動(dòng)，還需匹配串口通信和液晶顯示的時(shí)序。由于液晶顯示需要一定的時(shí)間，而串口通信數(shù)據(jù)收發(fā)很快，難以做到收到一個(gè)字節(jié)就顯示一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，因此需要將收到的數(shù)據(jù)放到一個(gè)數(shù)組中以中斷的方式顯示數(shù)據(jù)。

圖3 單片機(jī)程序流程框圖

3 系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)試

結(jié)合硬件和軟件設(shè)計(jì)，完成基于LabVIEW的單片機(jī)與PC機(jī)串口通信顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)運(yùn)行情況如圖4所示。在上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)123，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后將123返回到上位機(jī)，并將數(shù)據(jù)顯示在液晶屏上，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)(PC機(jī))與下位機(jī)(單片機(jī))的數(shù)據(jù)通信。

圖4 串口通信顯示系統(tǒng)運(yùn)行界面

4 結(jié)束語

利用圖形化編程軟件LabVIEW設(shè)計(jì)了單片機(jī)與PC機(jī)串口通信顯示系統(tǒng)，實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)通信穩(wěn)定、可靠，抗干擾能力強(qiáng)，為上位機(jī)與下位機(jī)通信提供了新的解決方案。而且該系統(tǒng)可以移植到NI系列板卡中作為數(shù)據(jù)顯示裝置，具有實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。

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