溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表畢業(yè)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　目前的溫度測量控制系統(tǒng)一般使用的都是傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件或者固化的軟件來實現(xiàn)的，且每臺儀器的功能及使用范圍都是不可改變的，測試信息都是彼此孤立不開放的，不適合實驗室的建設(shè)使用。而虛擬儀器是通過一定的應(yīng)用程序?qū)⒂嬎銠C與硬件模塊結(jié)合在一起的一種全新的測控儀器系統(tǒng)，既具備傳統(tǒng)儀器的基本功能，又能讓用戶根據(jù)自己的需求變

2、化隨時定義，實現(xiàn)多種多樣的應(yīng)用需求。</p><p>　　本設(shè)計主要利用LabVIEW軟件，設(shè)計了溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表。下位機信號采集部分利用熱電偶來測量溫度，經(jīng)三運放差動放大器放大成為標準輸入信號，送AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，單片機將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給上位機，上位機讀取串口數(shù)據(jù)，完成字符串到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換并顯示。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)了報警，數(shù)據(jù)保存等功能。</p><p>　　論文主要介紹了該系統(tǒng)

3、的總體設(shè)計方案及軟件、硬件設(shè)計方案，其中包括串行通訊、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)保存、溫度的越限報警等功能，并且介紹了各部分的具體實現(xiàn)方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 虛擬儀器；LabVIEW；串口通信 </p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The current control system of tempera

4、ture measurement are generally used in traditional instruments, traditional instruments of the functions are to achieve by hardware or cured software, and function and use of each instrument is not unmodifiable. Their me

5、asured information is isolated and not opened, which isn't suitable for use of laboratory construction.The virtual instrument is a completely new measurement and controled instrumentation system which can contact com

6、puter and hardware modules </p><p>　　In the paper, I design a temperature control virtual instruments with LabVIEW software. The paper mainly introduces the overall design of the system and software and hard

7、ware design scheme. It includes serial communications, data processing, data saving, the more limited temperature alarm and other functions. And it introduces the various parts of the concrete implementation.</p>

8、<p>　　Keywords: Virtual instrument; LabVIEW;Serial Communication</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1課題的研究目的及意義1</p><p&g

9、t;　　1.2課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3課題研究的主要內(nèi)容3</p><p>　　2LabVIEW與虛擬儀器簡介5</p><p>　　2.1LabVIEW的簡介5</p><p>　　2.1.1LabVIEW的概念5</p><p>　　2.1.2LabVIEW的組成及功

10、能7</p><p>　　2.1.3LabVIEW的應(yīng)用現(xiàn)狀10</p><p>　　2.2虛擬儀器系統(tǒng)概述11</p><p>　　2.2.1虛擬儀器的概念11</p><p>　　2.2.2虛擬儀器的主要特點12</p><p>　　2.3本章小結(jié)14</p><p>

11、　　3溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的總體設(shè)計15</p><p>　　3.1虛擬儀表實現(xiàn)的功能15</p><p>　　3.2虛擬儀表設(shè)計的原則15</p><p>　　3.3虛擬儀表的總體設(shè)計方案16</p><p>　　3.4本章小結(jié)17</p><p>　　4下位機信號采集的硬件設(shè)計18</

12、p><p>　　4.1下位機的硬件組成18</p><p>　　4.2單片機的基礎(chǔ)知識19</p><p>　　4.2.1單片機能夠運行起來的最小系統(tǒng)20</p><p>　　4.2.2定時器20</p><p>　　4.2.3串口讀寫22</p><p>　　4.2.4IE中

13、斷允許控制寄存器24</p><p>　　4.3A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路24</p><p>　　4.3.18位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC080424</p><p>　　4.3.28位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC083225</p><p>　　4.4電平轉(zhuǎn)換電路26</p><p>　　4.5溫度傳感器26<

14、;/p><p>　　4.6本章小結(jié)27</p><p>　　5溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的軟件設(shè)計28</p><p>　　5.1溫度監(jiān)測系統(tǒng)尋儀表軟件總體設(shè)計28</p><p>　　5.2LabVIEW串口通信模塊的設(shè)計29</p><p>　　5.2.1VISA簡介29</p><p

15、>　　5.2.2LabVIEW平臺上VISA常用模塊簡介30</p><p>　　5.2.3LabVIEW中的VISA節(jié)點函數(shù)31</p><p>　　5.2.4用VISA模塊設(shè)計串口通訊33</p><p>　　5.2.5設(shè)計的基本步驟35</p><p>　　5.3越限報警模塊設(shè)計35</p>&l

16、t;p>　　5.4顯示模塊的設(shè)計37</p><p>　　5.5數(shù)據(jù)保存模塊38</p><p>　　5.5.1LabVIEW里的數(shù)據(jù)存儲文件形式38</p><p>　　5.5.2基本文件I/O功能函數(shù)39</p><p>　　5.5.3數(shù)據(jù)保存模塊的設(shè)計42</p><p>　　5.6系

17、統(tǒng)調(diào)試結(jié)果43</p><p>　　5.7本章小結(jié)44</p><p>　　6總結(jié)和展望45</p><p><b>　　6.1總結(jié)45</b></p><p><b>　　6.2展望45</b></p><p><b>　　致 謝47</

18、b></p><p><b>　　參考文獻48</b></p><p>　　附錄A：程序代碼49</p><p>　　附錄B：硬件電路圖52</p><p>　　附錄C：程序框圖53</p><p>　　附錄D：硬件實物圖54</p><p><b&g

19、t;　　緒論</b></p><p>　　課題的研究目的及意義</p><p>　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實驗中的一個非常重要的參數(shù)，物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都是和溫度相關(guān)的，許多生產(chǎn)過程都是在一定的溫度范圍才能進行，需要測量溫度和控制溫度的場合極其的廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)中一般使用的都是傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件或者固化的軟件來實現(xiàn)的。這種框架結(jié)構(gòu)決定了

20、它只能由儀器生產(chǎn)廠家來定義、制造，而且功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶無法隨意改變其性能和結(jié)構(gòu)，不適合在實驗室中使用。</p><p>　　虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較，它具有所需的硬件較少、購置費用低、可重復(fù)利用；儀器的關(guān)鍵在軟件、可自行定義、技術(shù)更新非?？臁㈤_發(fā)與維護費用較低、系統(tǒng)開放、方便與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)連接等一系列的優(yōu)點。因此虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)外備受關(guān)注，近十年來，虛擬儀器在國際上的發(fā)展是非常迅速的，在發(fā)達國家應(yīng)用已

21、經(jīng)十分普及。目前正朝著總線與驅(qū)動程序標準化；硬件、軟件模塊化，硬件模塊即插即用；軟件編程平臺圖形化、通用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)的測控儀器是以手工操作、單臺儀器獨立工作、人工判斷和記錄分析信息為基本的設(shè)計思想，因此每臺儀器的功能及使用范圍是不可改變的，每臺儀器的測試信息是彼此孤立不開放的。當前工業(yè)的發(fā)展對測控儀器的要求越來越高，不但要求儀器能夠完成實時在線測試，而且還希望其能夠適應(yīng)多種多樣的使用要求，例如隨時可以改變檢測對象、

22、完成不同測試任務(wù)和升級換代，建立起一個可掌握生產(chǎn)過程信息資料，并能以監(jiān)測、分析、優(yōu)化和控制作為手段，及時的人工決策和控制為測控系統(tǒng)提供依據(jù)。系統(tǒng)費用需求應(yīng)滿足用戶的實際情況，并且系統(tǒng)功能能隨未來企業(yè)發(fā)展的需要方便地提升和擴充。由此可以看出，測控領(lǐng)域主要面臨的幾大問題：</p><p>　　（１）產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度太快，彼此之間的兼容性較差；</p><p>　?。ǎ玻y控系統(tǒng)集成入網(wǎng)、并

23、能通過網(wǎng)絡(luò)訪問和交互的需求日益迫切；</p><p>　?。ǎ常╇y以滿足用戶不同層次和不斷變化的要求。</p><p>　　目前，電子測量儀器發(fā)展中出現(xiàn)的虛擬儀器概念己經(jīng)逐步被眾多領(lǐng)域所接受，對實現(xiàn)柔性的測控系統(tǒng)具有明顯的推動作用。利用現(xiàn)有的計算機和適當?shù)膬x器硬件和應(yīng)用軟件(如LabVIEW)構(gòu)成虛擬儀器，使其既具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，又能讓用戶根據(jù)自己的需求變化隨時定義，實現(xiàn)多種多樣的應(yīng)

24、用要求。虛擬儀器不但靈活可變、功能強大，而且使用簡單方便，便于技術(shù)升級更新，系統(tǒng)的使用和維護費用極低，同時具有很高的可靠性。</p><p>　　課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　虛擬儀器目前在國外發(fā)展的速度非?？?，以美國國家儀器公司(NI公司)為代表的一些廠商己經(jīng)在市場上推出了基于虛擬儀器技術(shù)而設(shè)計的商品化儀器產(chǎn)品。近年來，世界各國的虛擬儀器公司也都開發(fā)了許多虛擬儀器開發(fā)平臺軟件

25、，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺軟件組建適合自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件。最早和最具影響力的開發(fā)軟件，是Nl公司的LabVIEW和Labwindows/CVI。LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件；Labwindows/CVl是為熟悉C語言的丌發(fā)人員設(shè)計的、在Windows環(huán)境下的標準ANSIC開發(fā)軟件。除了上述的幾種開發(fā)軟件之外，美國HP公司的HP—VEE和HPTIG軟件，美國Tektronix

26、公司的Ez.Test和Tek.TNS軟件，以及美國HEM Data公司的Snap.Master軟件，也是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)軟件。當今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括GPIB通用接口總線、傳統(tǒng)的RS.232串行總線、PXI總線、VXI總線，以及己經(jīng)被PC機廣泛采用的USB總線和IEEEl394總線。世界各國的公司，特別是美國的NI公司，為使虛擬儀</p><p>　　在國內(nèi)已有部分院校的實驗室引入了虛擬儀

27、器，包括復(fù)旦大學(xué)、上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、華中科技大學(xué)、四川大學(xué)等。近幾年來這些學(xué)校在原有的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于科研和教學(xué)。其中，四川大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將8臺儀器集于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用靈活方便。清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動機檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動機的出廠檢驗，主要用于檢測發(fā)動機的功率特性、負荷特性等。</p><p>　

28、　此外，國內(nèi)己有幾家企業(yè)在研制PC虛擬儀器，哈工大儀器電子有限責任公司就是其中之一，其主要產(chǎn)品有任意波形發(fā)生器及頻率計系列、數(shù)字存儲示波器系列、多通道大容量波形記錄儀系列等。國內(nèi)專家預(yù)測：未來幾年內(nèi)，我國將有50%的儀器為虛擬儀器。國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況進行實時檢測。隨著微型計算機技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)儀器而成為測試儀器的主流。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標志著二十一世紀自動控制與電子測量儀器領(lǐng)

29、域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。</p><p><b>　　課題研究的主要內(nèi)容</b></p><p>　　本文以溫度為研究對象，對溫度的變化進行了詳細的研究，為實驗室的建設(shè)提供了很好的平臺。本文主要進行了一下幾個方面的工作：</p><p>　?。ǎ保┱撌隽藴囟缺O(jiān)測虛擬儀表的研究目的及意義，溫度監(jiān)測虛擬儀表的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及本課題研究的主要內(nèi)容。

30、</p><p>　　（２）簡要介紹了LabVIEW的概念、組成和功能以及應(yīng)用現(xiàn)狀，又虛擬儀器的概念、主要特點等。</p><p>　?。ǎ常囟缺O(jiān)測虛擬儀表的設(shè)計思路及方案，對系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺進行了選擇。</p><p>　?。ǎ矗┙榻B了溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的硬件組成及個硬件的電路設(shè)計。</p><p>　?。ǎ担┙榻B了溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表

31、的軟件設(shè)計及各個子模塊的設(shè)計方案。</p><p>　?。ǎ叮λ龅墓ぷ鬟M行了總結(jié)，對未來的研究工作做出了展望。</p><p>　　LabVIEW與虛擬儀器簡介</p><p>　　LabVIEW的簡介</p><p>　　LabVIEW的概念</p><p>　　LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Labor

32、atory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱，是目前功能最強、應(yīng)用最廣、發(fā)展最快的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境，得到了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的普遍認可和好評。它可以把復(fù)雜、繁瑣、費時的文本語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能(圖形)，用線條將各種功能(圖形)連接起來的簡單圖形編程方式，為沒有編程經(jīng)驗的用戶進行編程、調(diào)試提供了簡單方便、完整的壞境和工具，尤其適合于從事科研、開發(fā)的科學(xué)家和工程技

33、術(shù)人員使用。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源代碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶能夠快捷地構(gòu)筑自己在實際應(yīng)用中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。而且LabVIEW與其它計算機語言相比，有一個特別重要的特點：其它計算機語言都是采用文本語言產(chǎn)生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語言——G語言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，易學(xué)易用，特別適合硬件工程師、工程技術(shù)人員、生產(chǎn)線工藝技

34、術(shù)人員的學(xué)習(xí)和使用，可以在很短的時間內(nèi)掌握并應(yīng)用到實踐中去，特別是對于</p><p>　　LabVIEW是一個工業(yè)標準的圖形化開發(fā)環(huán)境，它結(jié)合了圖形化編程方式的高性能與靈活性，以及專為測試、測量與自動化控制應(yīng)用設(shè)計的高端性能與配置功能，能為數(shù)據(jù)采集、儀器控制、測量分析和數(shù)據(jù)顯示等各種應(yīng)用提供必要的開發(fā)工具[1]。像C和C++等其它計算機高級語言一樣，LabVIEW也是一種通用編程語言，具有各種各樣、功能強大的函

35、數(shù)庫，包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串行儀器控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等，甚至還有網(wǎng)絡(luò)功能，LabVIEW也有完善的仿真、調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、單步執(zhí)行等。LabVIEW具有動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數(shù)據(jù)流向及其變化情況，比其它語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。</p><p>　　LabVIEW的運行機制從宏觀上講已經(jīng)不再是傳統(tǒng)上的馮·諾依曼計算機體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式。傳統(tǒng)的計算機語言

36、中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機制所代替：從本質(zhì)上講，它是一種圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式。數(shù)據(jù)流程序設(shè)計規(guī)定，一個函數(shù)只有當它的所有輸入有效時才能執(zhí)行；而目標的輸出，只有當它的功能完成時才是有效的。也就是說，在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數(shù)據(jù)驅(qū)動的，它不受操作系統(tǒng)、計算機等因素的影響，這樣，LabVIEW中被連接的功能節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流就能控制程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連接

37、功能節(jié)點快速地開發(fā)應(yīng)用程序，甚至還可以有多個數(shù)據(jù)通道同步運行。</p><p>　　LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面，即前面板(FromPanel)和類似于源代碼功能的程序圖(Diagram)。前面板接收來自程序圖的指令。在VI的前面板中，輸入控件(Controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的程序圖，而顯示控件(Indicators)模擬了儀器的輸出裝置并顯示由程序圖獲得或產(chǎn)

38、生的數(shù)據(jù)。當把一個輸入控件或顯示放置到前面板上時，LabVIEW在程序圖中相應(yīng)地放置了一個端El(Terminals)，這個從屬于輸入控件或顯示控件的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應(yīng)的輸入控件或顯示控件時它才隨之一起被刪除。用LabVIEW編制框圖程序時，不必受常規(guī)程序設(shè)計語法的限制。首先，從功能菜單中選擇需要的功能節(jié)點，將之置于面板上合適的位置；然后用線(Wires)連接各功能節(jié)點在程序圖中的端口，用來在功能節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)，這些節(jié)點

39、包括了簡單的算術(shù)功能，高級數(shù)據(jù)采集和分析以及用來存儲和檢索數(shù)據(jù)的文件輸入輸出功能和網(wǎng)絡(luò)功能。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的，我們可以將之用于頂層程序，也可用作其它程序或子程序的子程序，顯然LabVIEW依附</p><p>　　LabVIEW的組成及功能</p><p>　　G語言編寫的程序稱為虛擬儀器VI（Virtual Instrumention），因為它的界面和

40、功能與真實的儀器十分相像，在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序都被冠以.VI后綴，以表示虛擬儀器的含義。一個VI由交互式用戶接口、數(shù)據(jù)流程和圖標連接端口組成。各部分的功能如下：</p><p>　　（１）VI的交互式用戶接口</p><p>　　因為與真實物理儀器面板相似，又稱作前面板。當在啟動屏幕上選擇NEW NI時，屏幕上出現(xiàn)一個無標題的面板窗口，面板窗口顯示VI的前面板，框圖程序窗口

41、用來創(chuàng)建VI的框圖程序。前面板是用戶接口，用于像程序中輸入各種控制參數(shù)，并以數(shù)字或圖形等各種形式輸出測試結(jié)果，我們可以把它想象為傳統(tǒng)儀器的面板，面板上自然會有表頭、按鈕、撥盤等各種元件。</p><p>　?。ǎ玻￢I從數(shù)據(jù)框圖接受指令</p><p>　　框圖是一種解決編程問題的圖形化方法，實際上是VI程序代碼，前面板和框圖程序由一些圖形化對象集組成，這些對象是LabVIEW編程元素?？?/p>

42、圖程序含有與前面板控件和指示器對應(yīng)的連線端子、常數(shù)、函數(shù)、子VI、結(jié)構(gòu)和把數(shù)據(jù)從一個對象傳送到另一個對象的線，程序框圖程序的源代碼，我們可以把它想象為傳統(tǒng)儀器機箱里用來實現(xiàn)儀器功能的零部件。</p><p>　　（３）VI模塊化特性</p><p>　　一個VI既可以作為上層獨立程序，也可以作為其他程序（或子程序）的子程序。當一個VI作為子程序時，稱作SubVI，VI圖標和連接端口的功能就

43、像一個圖形化參數(shù)列表，可在VI與SubVI之間傳遞數(shù)據(jù)。正是基于VI的上述特性，G語言最佳的實現(xiàn)了模塊化編程思想。用戶可以將一個應(yīng)用分解為一系列任務(wù)，再將每個任務(wù)細分，將一個復(fù)雜的應(yīng)用分解為一系列簡單的子任務(wù)，為每個子任務(wù)建立一個VI，然后把這些VI組合在一起完成最終的應(yīng)用程序。因為每個SubVI可以單獨執(zhí)行，所以很容易調(diào)試。</p><p>　　G語言是LabVIEW的核心，熟練掌握G語言的編程要素和語法規(guī)則，

44、是開發(fā)高水平LabVIEW應(yīng)用程序最重要的基礎(chǔ)。換句話說，要真正掌握LabVIEW開發(fā)工具，必須把它作為編程語言而不僅僅是編程環(huán)境。</p><p>　　LabVIEW盡可能的利用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語，圖表和概念，是一種面向最終用戶的開發(fā)工具；它可以增強工程人員建立自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，可為實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供便捷途徑。作為一個完整的圖形化開發(fā)平臺，LabVIEW具備了一下的幾個特性。<

45、/p><p>　?。ǎ保┛勺x性。LabVIEW是分層結(jié)構(gòu)，因此只要在一個屏幕顯示其完整的頂層虛擬儀器即可，其基本的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（序列、條件、While和For循環(huán)）讓代碼的結(jié)構(gòu)清晰，基于原語的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的數(shù)量較少使得用戶可以自定義代碼結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)流程圖的表現(xiàn)方式只有常識經(jīng)驗的人就能讀懂即使最難理解的程序。</p><p>　?。ǎ玻┛蓪懶浴abVIEW可以將用戶界面的源代碼分開設(shè)計，即可以先創(chuàng)建令人

46、滿意的用戶界面，然后開始創(chuàng)建操作用戶界面的源代碼，在創(chuàng)建界面和功能的時候可以讓用戶參與進來，降低了收集用戶需求的成本。LabVIEW是一種分層結(jié)構(gòu)語言，可以通過將程序分成許多程序塊來控制復(fù)雜度，這些程序塊或子VI的接口或結(jié)構(gòu)都可以在分成顯示中清晰的看到。</p><p>　?。ǎ常┛删庉嬓?。面向?qū)ο缶幊炭稍诓挥绊懍F(xiàn)有功能的情況下添加功能（通過繼承來實現(xiàn)），但代價是可讀性降低。而在LabVIEW中，控件與模板和VI

47、模板可以結(jié)合使用，利用Merge VI可以重復(fù)使用代碼段，還可以使用許多標準軟件包的示例軟件。</p><p>　?。ǎ矗┛芍赜眯?。LabVIEW提供了大量的可重用代碼，所有VI都可以通過設(shè)置輸入和輸出端口進行定義。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中可以調(diào)用自己和其他人的VI程序，并像LabVIEW的內(nèi)嵌功能一樣方便使用，自定義的數(shù)據(jù)類型也可以進一步提高可重用性。</p><p>　?。ǎ担┛衫斫?/p>

48、性。編程的過程就是解決問題的過程。在LabVIEW中，利用圖形來思考可以提高頭腦的抽象水平，將編程工作變得簡單。</p><p>　　正是由于LabVIEW具有以上特性，和其他文本編程語言相比，他有著獨特的優(yōu)勢。具體如下：</p><p><b>　?、俸唵蔚姆桨?lt;/b></p><p>　　LabVIEW使用“所見即所得”的可視化技術(shù)建立人機

49、界面，提供大量儀器面板中的控制對象。并按其易用的方式將復(fù)雜的任務(wù)包裝起來，是復(fù)雜任務(wù)得到簡化，使用戶非常容易的開發(fā)出自己的系統(tǒng)，并將其立即投入使用。</p><p><b>　?、陟`活的儀器</b></p><p>　　LabVIEW可以與一般的數(shù)據(jù)采集卡及儀器設(shè)備加以組合，設(shè)計出靈活的虛擬儀器，并可以隨時將儀器系統(tǒng)移植到最適合用戶的平臺上使用。</p>

50、<p><b>　　③方便的程序調(diào)試</b></p><p>　　LabVIEW具有一些專用程序開發(fā)工具箱，可以在源代碼中設(shè)置斷點單步執(zhí)行源代碼，同時在連線上還設(shè)置探針，動態(tài)執(zhí)行程序運行過程中數(shù)據(jù)流的變化。</p><p><b>　?、芡暾拈_發(fā)環(huán)境</b></p><p>　　LabVIEW軟件包中包含了功

51、能強大的數(shù)據(jù)采集、分析和表達的控件，還提供了具備多線程和用于最大限度提高系統(tǒng)性能的優(yōu)化型編譯器，不僅簡化了開發(fā)過程，還可以生成按編譯速度執(zhí)行的可復(fù)用代碼。此外，LabVIEW還可以生產(chǎn)在沒有LabVIEW環(huán)境的目標機器上單獨運行的可執(zhí)行文件。</p><p><b>　?、菘焖俚拈_發(fā)</b></p><p>　　LabVIEW為用戶提供了實現(xiàn)儀器編程與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便

52、捷途徑。通過儀器驅(qū)動程序可以與大多數(shù)儀器進行通訊，簡化了儀器的控制，縮短了測試開發(fā)時間，提高了生產(chǎn)效率。</p><p><b>　?、揲_放的平臺</b></p><p>　　LabVIEW提供了很多接口和節(jié)點，使用戶能在它的平臺上使用其他軟件編譯的模塊。LabVIEW具備與多種文本類語言集成的功能，它可以和常見的C語言，MATLAB語言混編，可以讓熟悉文本語言的編程

53、人員方便地把過去的編程經(jīng)驗和方法集成到LabVIEW的開發(fā)中。</p><p>　　LabVIEW的應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　LabVIEW廣泛應(yīng)用于包括自動化、通信、半導(dǎo)體、電路設(shè)計、航空和生產(chǎn)、過程控制及生物醫(yī)學(xué)在內(nèi)的各種工業(yè)領(lǐng)域中，用來提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，這些應(yīng)用涵蓋了產(chǎn)品的研發(fā)、測試、生產(chǎn)到后期服務(wù)的各個環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)設(shè)計中協(xié)調(diào)使用LabVIEW，共享軟件及信息資源，可以節(jié)約

54、大量的時間和金錢。LabVIEW的應(yīng)用大致可分為以下幾個主要方面：</p><p>　?。ǎ保?yīng)用于生產(chǎn)檢測</p><p>　　LabVIEW已經(jīng)成為用于測試測量領(lǐng)域的工業(yè)標準化開發(fā)工具。LabVIEW結(jié)合NITestStand測試執(zhí)行環(huán)境和該領(lǐng)域中最大的儀器驅(qū)動程序庫，為整個系統(tǒng)建立穩(wěn)固完整的檢測管理平臺。</p><p>　?。ǎ玻?yīng)用于研究與分析</p

55、><p>　　在汽車、能源研究和其它眾多工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)中進行實時數(shù)據(jù)的分析和處理、對于圖像處理、時頻分析、小波和數(shù)字濾波的應(yīng)用系統(tǒng)中均可用到LabVIEW，LabVIEW特別提供各種附加工具包以加速系統(tǒng)的開發(fā)。</p><p>　?。ǎ常?yīng)用于過程控制和工廠自動化</p><p>　　可用LabVIEW來建立過程控制和工業(yè)自動化應(yīng)用系統(tǒng)。在LabVIEW平臺下，可以

56、實現(xiàn)多通道的高速測量和控制，對于大型復(fù)雜的工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)，有專門的LabVIEW數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控模塊，用于監(jiān)控多通道I/O、與工業(yè)控制器和網(wǎng)絡(luò)進行通信，以及提供基于計算機的控制。</p><p>　　（４）應(yīng)用于機器監(jiān)控</p><p>　　對于要求有實時控制、視覺和圖像分析或運動控制的機器監(jiān)視和預(yù)先維護的應(yīng)用系統(tǒng)，LabVIEW是理想的選擇。LabVIEW系列產(chǎn)品，包括用于可靠性、確

57、定性控制的實時LabVIEW軟件(LabVIEW RT)，能夠快速、準確的建立起功能強大的機器監(jiān)視和自動控制應(yīng)用程序。</p><p>　　（５）應(yīng)用于測控系統(tǒng)</p><p>　　LabVIEW有著強大的功能和廣闊的應(yīng)用前景，但就目前國內(nèi)的現(xiàn)狀來看，大多數(shù)的用戶還是把LabVIEW作為虛擬儀器，僅僅利用它來進行數(shù)據(jù)的處理、分析和顯示，忽略了LabVIEW強大的數(shù)據(jù)采集和控制功能，特別是基

58、于PC機的實時控制，在國內(nèi)應(yīng)用較少。</p><p><b>　　虛擬儀器系統(tǒng)概述</b></p><p>　　隨著計算機技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。從最初的模擬儀器到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式系統(tǒng)儀器和智能儀器；新的測試理論、測試方法不斷應(yīng)用于實踐；新的測試領(lǐng)域隨著學(xué)科門類的交叉發(fā)展而不斷涌現(xiàn)；儀器結(jié)構(gòu)也隨著設(shè)計思想的更

59、新而不斷發(fā)展。儀器技術(shù)領(lǐng)域的各種創(chuàng)新積累使現(xiàn)代測量儀器的性能發(fā)生了質(zhì)的飛躍，導(dǎo)致了儀器的概念和形式發(fā)生了突破性的變化，出現(xiàn)了一種全新的儀器概念——虛擬儀器。</p><p>　　虛擬儀器把計算機技術(shù)、電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、信號處理技術(shù)、軟件技術(shù)結(jié)合起來，除繼承傳統(tǒng)儀器的已有功能外，還增加了許多傳統(tǒng)儀器所不能及的先進功能。虛擬儀器的最大特點是其靈活性，用戶在使用過程中可以根據(jù)需要添加或刪除儀器功能，以滿足各種需求和

60、各種環(huán)境，并且能充分利用計算機豐富的軟硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、表達、傳送以及存儲方面的限制。</p><p><b>　　虛擬儀器的概念</b></p><p>　　國外專家從不同角度描述了虛擬儀器?？偟膩碚f，虛擬儀器（Virtual Instrument）是指通過應(yīng)用程序?qū)⒂嬎銠C與功能化模塊結(jié)合起來，用戶可以通過友好的圖形界面來操作這臺計算機，就像在操作

61、自己定義、自己設(shè)計的儀器一樣，從而完成對被測量數(shù)據(jù)的采集、分析、處理、顯示、存儲和打印。</p><p>　　虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出監(jiān)測結(jié)果：利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號的運算、分析和處理；利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集與調(diào)理，從而完成各種測試功能的計算機測試系統(tǒng)，使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬界面，就如同使用一臺專用測量儀器一樣。因此，虛擬儀器的

62、出現(xiàn)使測量儀器與計算機的界限模糊了。</p><p>　　虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包含以下兩方面的含義：</p><p>　?。ǎ保┨摂M儀器面板上的各種“圖標”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的：由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標實現(xiàn)儀器電源的“通”、“斷”，實現(xiàn)被測信號的“輸入通道”、“放大倍數(shù)”等參數(shù)的設(shè)置，以及實現(xiàn)測量結(jié)果的“數(shù)值顯示”、“波形顯示”等。</p&g

63、t;<p>　　傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實物，而且是由手動和觸摸進行操作的；虛擬儀器前面板是外形與實物相像的“圖標”，每個圖標的“通”、“斷”、“放大”等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。因此，設(shè)計虛擬儀器前面板就是在前面板設(shè)計窗口中擺放所需的圖標，然后對圖標的屬性進行設(shè)置。</p><p>　?。ǎ玻┨摂M儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的變成來實現(xiàn)的，虛擬儀器是在以PC機為核心組成的硬件

64、平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器功能的。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，所以在硬件平臺確定后，就有“軟件就是儀器”的說法。這也體現(xiàn)了測試技術(shù)與計算機深層次的結(jié)合。</p><p><b>　　虛擬儀器的主要特點</b></p><p>　　虛擬儀器是計算機技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的富有生命力的儀器種類。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的主要

65、特點可以概括為以下幾個方面：</p><p>　　（１）強調(diào)“軟件就是儀器”的新概念，取代傳統(tǒng)儀器“硬件為主體”的概念。軟件在儀器中充當了以往由硬件甚至整機來實現(xiàn)的角色，軟件是虛擬儀器的核心，而虛擬儀器中的硬件僅僅是為了解決信號的輸入、輸出，這是虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器，在概念上的重大突破。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于軟件，用戶可根據(jù)需要，將先進的處理算法、人工智能或者專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器的設(shè)計與集成，從

66、而將儀器的水平提高到一個新的層次，而且，虛擬儀器充分利用了計算機豐富的圖形用戶界面資源，建立圖形化軟面板來代替常規(guī)的儀器控制面板，真正做到界面友好、人機交互。</p><p>　?。ǎ玻┨摂M儀器的功能可由用戶定義，虛擬儀器的功能可在用戶機上產(chǎn)生，從而使得儀器不再完全由硬件決定，徹底打破了傳統(tǒng)儀器一經(jīng)設(shè)計、制造完成后，其功能不可改變的單一性、封閉性。當需要時，用戶可通過軟件編程添加新的功能，而不必購買新的儀器，使得

67、一臺虛擬儀器可以實現(xiàn)各種儀器的不同功能，大大提高了儀器功能的靈活性。</p><p>　　（３）易于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化的測量儀器，虛擬儀器基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，具有靈活、方便的互聯(lián)性，能與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器，它是一種基于Web技術(shù)的新型虛擬儀器，使得虛擬儀器成為Internet的一部分，可方便地構(gòu)建遠程自動測控系統(tǒng)，實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。</p>

68、<p>　?。ǎ矗┨摂M儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標準，而且采用了模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)具有良好的開放性和擴展性。系統(tǒng)必需的基本硬件，如數(shù)據(jù)采集電路等被高度集成，制成數(shù)據(jù)采集卡，實現(xiàn)硬件模塊的即插即用。系統(tǒng)軟件的開發(fā)是基于模塊化的設(shè)計思想，并大量運用函數(shù)庫、動態(tài)鏈接庫和類庫，代碼具有良好的可重復(fù)性。虛擬儀器利用軟件，選配一個或幾個帶有共性的基碼具有良好的可重復(fù)性。虛擬儀器利用軟件，選配一個或幾個帶有共性的基本儀器硬件來組成一個通

69、用硬件平臺，通過調(diào)用不同的軟件來擴展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)，由于虛擬儀器具有標準性、開放性和模塊化結(jié)構(gòu)，用戶可以將儀器的設(shè)計、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標準，提高可重復(fù)利用率。系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴展，軟硬件生產(chǎn)、維護和開發(fā)的費用降低。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了LabVIEW及虛擬儀器的相關(guān)知識。LabV

70、IEW是虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺，是NI公司提供的圖形化編程語言，介紹了它的特點及應(yīng)用，有介紹了虛擬儀器的概念、特點、組成等內(nèi)容。</p><p>　　溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的總體設(shè)計</p><p><b>　　虛擬儀表實現(xiàn)的功能</b></p><p>　　本文主要是介紹基于實驗室建設(shè)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表，給實驗室提供了很好的發(fā)展平臺，節(jié)省了

71、很多資金。基于LabVIEW的虛擬儀表有很好的兼容性，模塊化的設(shè)計有很容易讀懂，并且可擴展性能較好，易于開發(fā)和維護。此爐溫控虛擬儀表統(tǒng)主要實現(xiàn)下面的幾種功能：</p><p>　?。ǎ保崿F(xiàn)單片機與計算機的串口通信，可以及時的將溫度數(shù)據(jù)傳送給計算機。</p><p>　?。ǎ玻┛梢燥@示測試和控制的參數(shù)，例如測試的時間、設(shè)定的溫度、當前的溫度等，當溫度超出某個范圍時進行報警等。</p&

72、gt;<p>　?。ǎ常y試的結(jié)果通過計算機反送給單片機，給單片機相應(yīng)的電信號，以便更好的利用實驗結(jié)果。</p><p>　?。ǎ矗┠軌?qū)崿F(xiàn)測試結(jié)果的數(shù)據(jù)保存，將采集到的數(shù)據(jù)以.TXT的形式保存起來，以便于以后的應(yīng)用。</p><p><b>　　虛擬儀表設(shè)計的原則</b></p><p>　　本文研究的基于LabVIEW的溫度測

73、控系統(tǒng)虛擬儀表，要想得到比較好的實驗效果，首先要對虛擬儀表進行總體設(shè)計。在設(shè)計的過程中主要考慮一下幾個原則：</p><p>　?。ǎ保恼w到部分的設(shè)計原則</p><p>　　首先把一個復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干個相對獨立、簡單、容易實現(xiàn)的幾個部分，再把這幾個部分分解為實現(xiàn)不同具體功能的模塊，采用模塊化的設(shè)計思想，分別對各個模塊進行設(shè)計，然后再進行綜合進而完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。本文所設(shè)計的基于

74、LabVIEW的溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表分成多個模塊進行設(shè)計，正是考慮了從整體到部分的設(shè)計原則。</p><p><b>　?。ǎ玻┛蓴U展性原則</b></p><p>　　一個較好的系統(tǒng)應(yīng)該有很好的擴展性，當使用者需要增加系統(tǒng)的功能或者需要改善系統(tǒng)的功能時，系統(tǒng)的可擴展性就顯得很重要了。如果只需要對系統(tǒng)中的軟件部分作一定的修改，系統(tǒng)的功能就會加強或者會增加一些新的功能，

75、那么該系統(tǒng)就有較好的可擴展性。本文所討論的基于LabVIEW的溫度監(jiān)測虛擬儀表就具有很好的可擴展性。</p><p><b>　?。ǎ常┙?jīng)濟性原則</b></p><p>　　在設(shè)計一個系統(tǒng)時，較高的性價比是系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)需要重視的。在滿足性能指標的前提下，應(yīng)盡可能的采用易實現(xiàn)并且簡潔、實用的方案，因為方案簡潔意味著所用環(huán)節(jié)較少，可靠性較高，而且比較經(jīng)濟。此外，在考慮

76、經(jīng)濟性原則時，除造價外還應(yīng)考慮使用期間的運轉(zhuǎn)費、維護費等，還要綜合考慮后才能評估出真正的經(jīng)濟效果，從而選出最佳的設(shè)計方案。本論文所開發(fā)的基于LabVIEW的溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表，采用計算機機與單片機所構(gòu)成的虛擬儀器系統(tǒng)，正是由于此系統(tǒng)成本低。</p><p><b>　?。ǎ矗┮撞僮餍栽瓌t</b></p><p>　　在溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的設(shè)計開發(fā)時，應(yīng)考慮系統(tǒng)操作

77、的難易程度，盡量使系統(tǒng)的操作簡單，人機界面友好，以降低對操作人員的專業(yè)知識的要求。</p><p>　　虛擬儀表的總體設(shè)計方案</p><p>　　在本系統(tǒng)的設(shè)計過程中，根據(jù)從總體到局部的設(shè)計原則以及對系統(tǒng)的功能分析，將整個系統(tǒng)分解為實現(xiàn)不同功能的幾個部分，然后分別對每個部分進行設(shè)計。為了實現(xiàn)溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的各項具體功能，可以將系統(tǒng)分解為上位機和下位機兩個部分。其中上位機是裝有Lab

78、VIEW軟件的計算機，而下位機是單片機及外圍電路組成的小系統(tǒng)。這兩部分是通過計算機的串口進行通信的。其中上位機部分主要完成數(shù)據(jù)顯示及存儲，越限報警及人及交互操作界面的生成，下位機部分主要完成溫度信號的采集及輸出。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要討論了溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的總體設(shè)計方案，首先闡述了系統(tǒng)的總體設(shè)計原則，也就是從整

79、體到部分的設(shè)計思想，在系統(tǒng)設(shè)計中要綜合考慮系統(tǒng)的經(jīng)濟性、可擴展性及易操作性等性能指標，再根據(jù)系統(tǒng)的實際情況提出本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。根據(jù)系統(tǒng)的主要功能將系統(tǒng)分解為兩大部分，即上位機部分和下位機部分，又對這兩部分分別進行設(shè)計，這兩部分是通過計算機的串口進行通信的。</p><p>　　下位機信號采集的硬件設(shè)計</p><p><b>　　下位機的硬件組成</b><

80、/p><p>　　一般溫度的測量都是由熱電偶或熱電阻來實現(xiàn)的，再動過電橋轉(zhuǎn)換電路、差動運算放大器轉(zhuǎn)換為標準的輸入量，本設(shè)計直接給上位機傳送0V-5V的電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，傳送給上位機。系統(tǒng)的硬件組成框圖，如圖4-1所示由以下幾個部分組成：裝有LabVIEW軟件的計算機，AT98S52單片機，電平轉(zhuǎn)換電路MAX232，ADC0804，DAC0832。系統(tǒng)硬件組成框圖4-2所示。</p><p>

81、;　　由硬件電路產(chǎn)生一個電壓信號，然后通過計算機的串口將數(shù)據(jù)傳送給計算機，在計算機上運行的LabVIEW程序?qū)斎氲男盘栠M行分析、處理，并將數(shù)據(jù)顯示在計算機上，同時LabVIEW是否傳送給一個數(shù)字信號給單片機，根據(jù)硬件電路板上二極管的明、亮來判斷收到的信號。</p><p>　　圖4-1系統(tǒng)硬件組成圖</p><p><b>　　單片機的基礎(chǔ)知識</b></p&

82、gt;<p>　　圖4-2 單片機管腳分布圖</p><p>　　本實驗中涉及單片機控制A/D、D/A轉(zhuǎn)換器，串口的讀取和發(fā)送，定時器的使用，因此我們首先簡單介紹一下與本實驗相關(guān)的單片機的引腳功能，以最常見的STC89C51為例，其采用40引腳雙列直插DIP封裝形式，如圖4-2所示。其中與本設(shè)計相關(guān)的管腳：</p><p>　　I/O口：四個8位并行I/O口P0-P4，既可用

83、作輸入，也可用作輸出。</p><p>　　注意P0口為8位三態(tài)、雙向的，無上拉電阻，必須加10k的上拉電阻，P1-P3為準雙向，內(nèi)有上拉電阻，單片機讀入數(shù)據(jù)時，先寫高電平“1”，CPU才能讀取該口的狀態(tài)；</p><p>　　在本設(shè)計中我們使用P1口作為AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出端，P0口作為DA換器的數(shù)字量輸入復(fù)用端。P3.3、P3.4、P3.5、P3.6、P3.7分別作為DA信號端、AD

84、寫信號端、AD讀信號端使用。P3口中兩引腳第二功能：P3.0：RXD串行口輸入；P3.1：TXD串行口輸出。</p><p>　　管腳9（RST/VPD）：復(fù)位管腳，2個機器周期高電平有效，即24個振蕩時鐘周期即可，工作時0.5V。</p><p>　　管腳18和管腳19（XTAL1，XTAL2）：外部晶振的輸入端；</p><p>　　管腳20（VSS）：接地端&

85、lt;/p><p>　　管腳40（電源）：+5V</p><p>　　單片機能夠運行起來的最小系統(tǒng)</p><p>　　所謂單片機最小系統(tǒng)，就是讓單片機里面的程序運可以運行的最簡單系統(tǒng)，一般只包括單片機芯片、時鐘電路、復(fù)位電路、電源電路。</p><p>　　單片機工作過程中，各指令的操作在時間上有嚴格的次序，單片機的時鐘信號用來為芯片內(nèi)部各種微

86、操作提供時間基準；而復(fù)位是使中央處理器以及其他功能部件恢復(fù)到一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作，另外單片機在開機時或在工作中因干擾而使程序失控或工作中程序處于某種死循環(huán)狀態(tài)等情況下都需要復(fù)位。單片機的最小系統(tǒng)如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-3 單片機的最小系統(tǒng)</p><p><b>　　定時器</b></p><p>　　單

87、片機定時采樣溫度數(shù)據(jù)并發(fā)送，與定時器有關(guān)的寄存器是8位TCON寄存器，地址是0x88（注：地址可以被8整除，可以進行位操作），其各位的功能如下：</p><p>　　sfr TCON= 0x88；</p><p>　　sbit TF1= TCON^7；//定時器1溢出位，當定時器1定時時間到，并置TF1為1產(chǎn)生中斷，CPU會自動處理（跳轉(zhuǎn)到中斷處理程序）并自動TF1清零；</p>

88、;<p>　　sbit TR1=TCON^6；// 啟動定時器1；</p><p>　　sbit TF0=TCON^5；//定時器0溢出位，同TF1；</p><p>　　sbit TR0=TCON^4； //啟動定時器0；</p><p>　　sbit IE1=TCON^3；//外部中斷1標志位，同TF1和TF0的用法； </p>&l

89、t;p>　　sbit IT1=TCON^2；//設(shè)置外部中斷1觸發(fā)方式</p><p>　　sbit IE0=TCON^1； //外部中斷0標志位，同IE1； </p><p>　　sbit IT0=TCON^0；//外部中斷0觸發(fā)方式</p><p>　　定時/計數(shù)器的工作方式寄存器TMOD，地址為0x89（注：不能被8整除，不能進行位操作，只能對TMOD進

90、行賦值設(shè)置相關(guān)位）。低四位用于定時器/計數(shù)器T0，高四位用于T1。其格式如表4-1所示。分別為：門控位GATE；C/T= 0/1：定時/計數(shù)模式選擇位；M1M0：工作方式設(shè)置位，其工作方式如表4-2所示。</p><p>　　在本設(shè)計中，我們使用定時器0定時完成AD的轉(zhuǎn)換并串口傳送數(shù)據(jù)；使用定時器1的自動重裝模式設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸波特率。</p><p>　　其中，T0/T1計數(shù)器寄存器為：&l

91、t;/p><p>　　sfr TL0 = 0x8A；//計數(shù)器0低8位。</p><p>　　sfr TL1= 0x8B；//計數(shù)器1低8位。</p><p>　　sfr TH0= 0x8C；//計數(shù)器0高8位。</p><p>　　sfr TH1= 0x8D；//計數(shù)器1高8位。</p><p>　　表4-1 定時器的格

92、式</p><p>　　表4-2 M1M0的工作方式</p><p>　　表4-3 SCON各位的功能</p><p>　　表4-4 串口的工作方式</p><p><b>　　串口讀寫</b></p><p>　　80C51單片機是全雙工的串行異步傳輸，80C51串行口有兩個物理上獨立的接收、發(fā)

93、送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)，只需讀寫緩沖器SBUF便可完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，由于發(fā)送時CPU是主動的，因此不會產(chǎn)生重疊錯誤。與串口相關(guān)的控制寄存器是SCON，地址為98H，其各位的功能、串口的工作方式如表4-3、4-4。</p><p>　　其中，SM0和SM1為工作方式選擇位，可選擇四種工作方式；</p><p>　　SM2：多機通信控制位，方式1（10

94、位）置0；</p><p>　　REN：允許串行接收位。由軟件置REN=1，則啟動串行口接收數(shù)據(jù)；若軟件置REN=0，則禁止接收；</p><p>　　TB8：在方式2或方式3中，是發(fā)送數(shù)據(jù)的第九位，可以用軟件規(guī)定其作用；</p><p>　　RB8：在方式1時，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位；</p><p>　　TI：發(fā)送中斷標志

95、位。在方式0時，當串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時，串行發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)中斷申請（中斷號4，要開相應(yīng)的中斷即ES=1）。在中斷服務(wù)程序中，必須用軟件將其</p><p>　　清0，取消此中斷申請；</p><p>　　RI：接收中斷標志位。在方式0時，當串行接收第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時，串行接收停止位的中間時，由內(nèi)部硬件使RI置1，向CPU發(fā)中斷申請（中斷號4）。也必須

96、在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。</p><p>　　在本設(shè)計中我們使用方式1，10位異步收發(fā)器（8位數(shù)據(jù)，1位起始位，1位停止位），發(fā)送中斷標志位TI用以檢測數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢，接收中斷標志位RI用以檢測數(shù)據(jù)是否接收完畢。</p><p>　　在串行通信中，收發(fā)雙方對發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的速率要有約定（一般設(shè)置收發(fā)的波特率相同）。通過軟件可對單片機串行口編程為四種工作方式，其中

97、方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出（頻）率來決定。</p><p>　　方式1的波特率 =（2SMOD/32）?（T1溢出率）；//SMOD電源寄存器PCON的第7位；當T1作為波特率發(fā)生器時，其工作在自動重裝8位定時器方式（即方式2），溢出率取決于TH1中的計數(shù)值。</p><p>　　T1 溢出率 = fosc /{12×[2

98、56 －（TH1）]}</p><p>　　fosc為單片機的時鐘頻率。計數(shù)器1的低8位TL1計數(shù)滿時，發(fā)送中斷TR1后，將自動將TH1的數(shù)據(jù)裝入到TL0中，重新進行計數(shù)，實現(xiàn)高精度定時。單片機可以通過T1的軟件編程來適應(yīng)發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率的要求，在本設(shè)計中設(shè)置波特率為9600，SMOD=1，時鐘頻率fosc = 11.0592MHZ，則TH1=0xfd。</p><p>　　IE中斷允許控

99、制寄存器</p><p>　　本設(shè)計中，需要處理數(shù)據(jù)串行通訊中斷信息，因此要了解中斷允許控制寄存器的設(shè)置，中斷允許控制寄存器IE的各位的作用如下：</p><p>　　sfr IE=0xA8；//可以被8整除，可以進行位操作</p><p>　　sbit EA=IE^7；//中斷允許總控制器 = 1（最高級權(quán)限允許）</p><p>　　sb

100、it ET2=IE^5；</p><p>　　sbit ES=IE^4；//串行口中斷允許位（本級權(quán)限允許）</p><p>　　sbit ET1=IE^3；//開放定時器1中斷（本級權(quán)限允許）</p><p>　　sbit EX1=IE^2；//開外部中斷1（本級權(quán)限允許）</p><p>　　sbit ET0=IE^1；//開放定時器0中

101、斷（本級權(quán)限允許） </p><p>　　sbit EX0=IE^0；//開外部中斷0（本級權(quán)限允許）</p><p>　　中斷允許設(shè)置，如同一個人（中斷信號）需要從屋內(nèi)走到院外去，首先要院門是打開的（總中斷允許），然后如果房門是打開的（即本級中斷允許），才能成行。</p><p>　　在本設(shè)計中，設(shè)置EA=1；ES=1；（開串口中斷允許，允許接收串口數(shù)據(jù)接收/發(fā)送

102、完畢產(chǎn)生的中斷RI或TI）；ET0=1；定時器0中斷，定時采樣AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。</p><p>　　A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　8位模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0804</p><p>　　ADC0804連接電路如圖4-4所示。為片選信號，低電平有效，實驗中接地處理；為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換完成標志位（懸空不用）；讀數(shù)字輸出控制，低電平有效（本設(shè)計中AD讀控制接單片機

103、P3^4）；寫模擬量輸入控制，上升沿有效(本設(shè)計中AD寫控制接單片機P3^5)。輸入模擬電壓有VIN(+)和VIN(-)輸入。</p><p>　　圖4-4 ADC0804連接電路</p><p>　　圖4-5 DAC0832連接電路圖</p><p>　　8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832</p><p>　　DAC0832連接電路如圖4-5所

104、示。其中，為片選信號，低電平有效，在本設(shè)計中接地處理；寫信號1，低電平有效；ILE是允許鎖存信號，高電平有效，接VCC；、、ILE三者邏輯與后的負跳邊沿，將數(shù)據(jù)線上的信息鎖入輸入鎖存器；即利用的高低點平的轉(zhuǎn)換完成數(shù)據(jù)寫入和鎖存。傳送控制信號，低電平有效，接地；寫信號2，輸入低電平有效，其有效時，傳送控制信號將鎖存在輸入鎖存器的8位數(shù)據(jù)送DAC寄存器，接地處理。</p><p>　　VREF：基準電壓輸入端，可在-

105、10V~10V范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，在本設(shè)計中只需要單極性電壓輸出，故此腳接地；</p><p>　　DI0~DI7：數(shù)字量輸入端，在本設(shè)計中DA數(shù)字量輸入端復(fù)用P0口；</p><p>　　IOUT1、IOUT2：電流輸出引腳。電流IOUT1、IOUT2的和為常數(shù)，IOUT1、IOUT2隨寄存器的內(nèi)容線性變化，在本設(shè)計中IOUT2接地，IOUT1接放大器反相端；</p><p&

106、gt;　　Rfb：DAC0832芯片內(nèi)部反饋電阻引腳，在本設(shè)計中接放大器反饋回路。</p><p><b>　　電平轉(zhuǎn)換電路</b></p><p>　　單片機為TTL電平，高 +5V，低 0V；而計算機的串口為RS232電平，高 -12V，低+12V。因此，計算機與單片機之間通訊時需要加電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，連接圖如圖4-6所示。</p><

107、p>　　圖4-6 MAX232串口連接圖</p><p><b>　　溫度傳感器</b></p><p>　　溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時 DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當仁不讓。它具有線路簡單，超小的體積，超低的硬件開銷，抗干擾能力強，精度高，附加功能強，使得 DS18B20 更受歡迎。DS18B20 的

108、優(yōu)勢更是學(xué)習(xí)單片機技術(shù)和開發(fā)溫度相關(guān)的小產(chǎn)品的不二選擇。因此用它來組成一個測溫系統(tǒng)，十分方便。近年來，越來越多的溫控產(chǎn)品都用使用18b20傳感器作為測溫裝置。它是單線式數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO-92小體積封裝形式；溫度測量范圍為-55℃-125℃，可編程為9位-12位A/D轉(zhuǎn)換精度，測溫分辨率可達0.0625℃；每個DS18B20均有單一獨立的序列號，CPU只需要一根端口線就能與諸多DSl8B20通信。以上的特點使DS18B20非

109、常適用于分布式多點溫度檢測系統(tǒng)，為增強抗干擾能力，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，DSl8B20采用外接電源供電方式。</p><p><b>　　本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要討論了溫度監(jiān)測系統(tǒng)虛擬儀表的硬件設(shè)計，在本設(shè)計中，硬件設(shè)備主要由AT89S52單片機、A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路，電平轉(zhuǎn)換電路組成，A/D轉(zhuǎn)換電路主要是對采集到的溫度信號進行轉(zhuǎn)換，上位機將控