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cly论文初稿出现问题22
本科毕业论文（设计）
论文（设计）题目：
基于LabVIEW的多通道采集系统设计
目录
目录I
摘要III
关键词：
III
AbstractIV
第一章绪论1
1.1选题背景及意义1
1.2国内外发展现状和发展趋势2
1.2.1国内现状与发展趋势2
1.2.2国外现状与发展趋势2
1.3研究途径3
1.4拟解决的关键问题3
第二章系统介绍与方案论证4
2.1系统结构4
2.2控制核心选型4
2.3模数转换ADC选型7
2.4上位机软件选择8
2.5通信接口的选择9
第三章系统硬件设计11
3.1系统电源设计11
3.2STC12单片机最小系统设计11
3.3USB通信电路设计13
第四章软件设计15
4.1系统运行流程15
4.1.1上位机运行流程15
4.1.1上位机运行流程程序15
4.1.2单片机运行流程图16
4.2上下位机软件开发17
4.2.1LabVIEW软件介绍17
4.2.2LabVIEW软件开发方法17
4.3LabVIEW程序设计18
4.3.1LabVIEW前面板设计18
4.3.2后面板18
第五章实物制作及电路调试21
5.1电路图绘制21
5.1.1protel99se软件使用21
5.1.2PCB板绘制21
5.1.3电路焊接21
5.2电路调试22
5.2.1硬件的调试22
5.2.2软件的调试23
第六章总结与展望24
参考文献25
附录29
附录A:
原理图29
附录B:
实物图30
实物图正面30
实物图反面31
附录C：
代码32
摘要
虚拟仪器指的是在充分融合计算机技术，总线技术，软件技术与仪器技术的基础上，充分使用计算机的强大的数据处理性能来实现仪器的功能，进而冲破传统设备的限制，逐步演变为新的模式。
本文选用LabVIEW为软件开发平台，结合51单片机，设计一种基于LabVIEW的具有显示实时数据曲线的多通道数据采集系统。
最后搭建实验平台，通过测试经过传感器转换的数据。
结果表明，该系统使用方便，能够使设计者更精准"快捷地获取相关数据信息。
本文详细描述了虚拟仪器行业中使用最为广泛的，图形化编程的软件开发平台LabVIEW，并且对深入探讨了LabVIEW驱动普通数据采集卡。
总结分析了使用用LabVIEW的端口图标启动程序的方法、包括使用CIN图标启动C语言驱动程序与动态数据互换的技术LabVIEW驱动普通数据采集卡的方法。
针对双诺AC60l0卡，有效地实现了可供LabVIEW快速调取的动态库的编制和调用。
设计出了一种效率很高的数据采集系统来实现对各种数据的全面搜集，确保了在测控领域的安全高效运行。
关键词：
虚拟仪器；多通道；数据采集；LabVIEW
Abstract
Virtualinstrumentisbasedonthefullintegrationofcomputertechnology,bustechnology,softwaretechnologyandinstrumenttechnology,employesthecomputerpowerfuldigitalprocesscompabilitytorealizemainfunctionofinstrument.Itbreaksthemainframeoftraditionalinstrumentandforgesanewinstrumentpatterndisplacement,humidityrateandtemperature,andaseriesofcompletereal-timedatacurve,thisdesignbasedontheLabVIEWsoftwaredevelopmentplatform,combinedwith51MCU,designbasedonLabVIEWhavedisplayreal-timedatacurveofmulti-channeldataacquisitionsystem.Finallysetuptheexperimentalplatform,throughthetestthroughsensorsconvertelectricalsignals.Experimentsshowthatthesystemoperationissimple,enablesuserstobemoreaccurate,completethecomprehensivemonitoringofvariousdataconvenientlyandensurethenormalrunefficientlyinthefieldofmeasurementandcontrol.
LabVIEWagraphicalprogramming.IanguagethatusesiconsinsteadofInnesoftexttocreateapplications.Ithasbeenusedwidelytodevelopvirtualinstrument.ThispaperstudieshowtodrivecommonDAOsystempresentsseveralmethodstorealizeitbidisasharedLibraryadaptingtoAC6010,anddevelopsaIowa-costandgood-capabilityDAOsystem.
Keywords:
virtualinstrument;multi-channel;dataacquisition;LabVIEW
第一章绪论
随着着集成电路、计算机与通讯等领域相关技术的快速发展，数据采集和分析系统在工程和科研等各项科学领域都发挥着巨大的作用，期间LabVIEW应运而生。
它是测控技术与计算机技术相结合的产物，是一款图像化编程环境的软件开发工具，主要用于数据采集和仪器控制软件的编程工作，也是现阶段世界上最先进的图形化编程软件，并且经过实践证明，取得了良好的效果[1]。
基于LabVIEW多通道数据在及系统，是通过前端数据采集调理，数据处理传送，最终在PC端进行显示[2]，其实时精准、灵活便捷、成本低等现实意义，能够实时反映出当下所检测的很多数据并进行传输，具有良好的优化性和界面结构[3]，促使其成为科学研究以及工业生产的一个重要组成部分。
本章将对LabVIEW多通道数据采集系统的开发背景、意义、国内外发展现状和趋势以及拟解决的关键问题作一个简单的介绍。
1.1选题背景及意义
LabVIEW为虚拟仪器开发领域里应用最为广泛地图形化编程语言，是目前世界公认的效率最高的数据采集与处理的开发平台，它对传统仪器形成的优势非常明显，使用范围更广泛、数据处理效率更高、频带更宽、功能更齐全、使用更方便、占用空间更小。
虚拟仪器还可以充分运用计算机的计算、保存与显示性能，所以在使仪器费用减少的同时，又能保障仪器拥有更佳的快捷性和数据处理性能，能够更快捷的建成测试系统，更好的满足各种各样的测量需求。
基于LabVIEW多通道采集系统，主要由硬件系统和LabVIEW软件系统组成。
硬件系统主要介绍了调理电路与数据采集卡（包括了A/D转换，单片机最小系统及RS232处理芯片），通过硬件系统获得需要的模拟信号，并由微处理单元控制传入PC；软件系统重点介绍了数据采集，波形处理及模拟信号输出三个模块的相关LabVIEW程序设计及结果展示。
基于LabVIEW多通道采集系统能够为各种现场的多通道数据采集系统提供一定的指导作用与实践参考，并通过数据采集、传输、处理等过程，实现数据实时精准的获取和显示。
该设计的现实意义是通过设计基于LabVIEW多通道采集系统，提高硬件设计及运用能力，同时掌握LabVIEW的使用方法。
在实践操作中，熟练掌握并灵活运用单片机处理单元，设计调理电路及数据处理电路，并通过LabVIEW程序设计进行数据处理分析和结果展示。
将课本所学理论知识与实践操作紧密结合，以致学以致用，进而提高自己动手操作和设计能力，同时找到学习上的盲点，进行改善提高。
目前，多通道采集系统可运用于现实取样上，例如对温度、压强、流速、偏移量及水深等实际工程上的数据实施精确的测定。
并且结合LabVIEW，可以更实时精准、灵活、直观的展现测量结果，进而可以更好的理解和处理数据。
随着集成电路、计算机、传感和通讯等相关领域技术的快速发展，基于LabVIEW的多通道采集系统将具有更广的发展空间和研究意义。
1.2国内外发展现状和发展趋势
1.2.1国内现状与发展趋势
与国外相比，国内对LabVIEW的广泛应用比较晚，其中最大的限制因素为采购LabVIEW配套使用的ATE数据搜集卡费用高昂，普通用户很难负担，随着技术的不断发展，逐渐出现性价比较高的数据采集系统。
我国也在此项发展做了很多贡献，诸如：
段丽萍[4]等在分析了北京双诺公司研发的MP420数据采集卡的基础上，有效地实现了能够被LabVIEW快捷调用的动态库的研制，并融合LY⁃901LS拾音器研制出了一个性能很高的数据收集系统。
林凯[5]等人通过研制专门的具有多通道输入信号调理的外置数据采集箱，内外触发采样控制，A/D转换，FIFO缓存等功能并采用增强型并口实现计算机与外置数据采集模块的高速数据传输，使数据采集系统具有高精度，并且可实现振动信号的采样、存盘、分析、回放等功能，使得基于LabVIEW的多通道系统有了一个更好的发展。
张新亮[6]等利用动态数据交换（DDE）技术进行编程，获得利用LabVIEW驱动普通数据采集卡的优化办法，改善了LabVIEW与国内普通数据采集卡之间作用的尴尬局面。
同时我国在采集系统的性能上有了很大的成就，A/D的转换精度，多通道采样速度和数量，逐渐增加的取样频率、分辨率和精度，分析能力的增强，具有DSP功能的数据采集系统等，国内对于基于LabVIEW的多通道采集系统的研发将更加完善。
1.2.2国外现状与发展趋势
上世纪80年代，美国惠普与泰克等多家企业，共同研发了一类全新的总线系统-VXI总线；上世纪90年代末期，美国的NI公司又推出了一类总线标准：
PXI总线标准，从而得到了快携，低成本的设备[7-8]。
由于LabVIEW具有的良好性能以及其它的诸多优点，致使它迅速跻身为仪器研发行业颇受青睐的软件开发平台，在美国已经成为理工科学生的必修课[9]，并应用于工业领域，使得采集系统适应了外界复杂多样的模拟信号。
经过多年的修正和发展，在现阶段的PC的数据自动化处理领域，LabVIEW已经占据了核心地位，并成为行业的检验标准，引领社会各界的重大变革和进步，为国内发展也提供了有益参考[10]。
当今社会处于快速发展的状态，要在有限时间和空间内实现大量的信息交换，为解决高密度数据交换及信息互通，国外着重研究高精度、高速度采集系统，降低设备成本，提高算法技术等方面[11]。
虚拟仪器仪表的发展代表着一种新仪表新趋势的走向，为IT发展而来的一个主要领域，对促进相关技术进步和工业生产水平的发展都会产生深远的影响。
1.3研究途径
系统学习单片机原理及模拟电子、数字电子技术，并收集整理与基于LabVIEW多通道采集系统相关的资料、文献，根据A/D转换，单片机最小系统及RS232处理芯片结构及工作原理完成其外围电路的设计，制定控制策略及选用适当算法，建立基本的数据采集系统模型、建立完整仿真模型并仿真，并最终制作硬件，实现在线调试程序[12]。
1.4拟解决的关键问题
该系统所要解决的主要问题是：
LabVIEW软件的使用和程序设计，以及硬件电路的设计、制作和调试，关键问题是，如何实现多路数据的采集，对数据的处理及通信，对采集的数据进行显示。
由于条件的限制，可根据实际情况，拟定硬件电路及合适算法，通过编程来实现具体的控制[13]。
本文在第二章主要介绍系统结构以及相关器件选择；第三章研究说明了系统的硬件设计包括模拟调理系统、单片机最小系统及RS232通信电路单元设计等；第四章主要研究了上下位机通信原理、LabVIEW运行流程以及LabVIEW软件设计介绍以及实现；第五章介绍了系统调试和测试。
第二章系统与方案介绍
2.1系统结构
本系统设计基于51单片机为核心的STC12C5A60S2单片机、USB的总线的转接芯片CH340及LabVIEW上位机显示界面实现一个较宽的数据采集功能。
系统主要分为上位机（PC机）软件和下位机采集板部分。
两部分通过USB电缆连接，通过相关通信协议通信。
系统结构如图2.1所示：
图2.1系统结构图
2.2控制核心选型
在集成电路，微控制器，DSP，FPGA水平高度发达的今天，设计我们这样一款系统可以选取的微控制器型号和种类均有许多，比如：
8位改进型51单片机、AVR单片机、MSP43016位单片机以及现在比较火的32位的STM32、或者纯硬件控制的FPGA、CPLD以及DSP等。
在实际工程上我们应该选取一个能与我们的系统完美配套的单片机，既符合功能要求、又节约成本、才是我们的核心思想，下面我将介绍一下我们常用的几款单片机：
AVR单片机：
它是由美国ATMEL企业研发的一种8位单片机。
运用最为广泛的型号为ATMEGA48单片机。
Mega系列单片机是AVR家族的高档系列，采用哈佛结构。
具备较宽的供电电压（2.0-5.5V）,该型单片机可以运行在低频模式（32K时钟）具备较低的功耗但是不能由应用程序更改时钟。
该型单片机采用了RISC精简指令集，集成了硬件乘法器，在运行速度方面比51单片机有较为显著的提升，但是该单片机为8为单片机性能稍差不能适应高达数百k的采用数据的处理[14]。
采用德州仪器（TI）公司的MSP430F14916位低功耗单片机。
该型单片机主要用于便携式低功耗应用场合。
该型单片机拥有多种时钟配置方式，并且可以由应用程序更改时钟，也可以在待机模式下（基本不消耗电流）由外部事件唤醒（如按键，定时器等），从而可以实现多种不同方式的低功耗方案。
该型号的机器为16位的，虽然性能较好，功耗也不算高，但不足的是其通信接口设计存在一些缺陷，同时时钟频率稍低，使系统性能肯会受影响。
本文使用的型号为12C5A60S2系列单片机，它属于一种单时钟/机器周期（1T），此种新型的8051单片机最主要的特点为功耗小/运行速度快/抗干扰能力强，其代码能够有效适用于传统8051,但是运行性能提升了8-11倍。
其内有集成的MAX810专门的复位电路，两路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），应对电机操控的强干扰局面。
1.增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，其代码能够全部适用于传统8051。
2.运行时电压：
STC12C5A60S2型号运行时的电压为：
5.4V-3.2V（5V单片机）STC12LE5A60S2型号额定电压：
3.6V-2.1V（3V单片机）。
3运行频率：
0-5MHz，与一般8051的0～410MHz相当。
4.应用程序空间8K/16K/20K/32K/40K/48K/52K/60K/62K字节。
5.芯片上内存能达到1280字节。
6.通用I/O口（36/40/44个），复位以后是：
准双向口/弱上拉（普通8051的I/O口），可转变为4种模式：
准双向口/弱上拉，强上拉，单为输进/高阻，开漏，每个I/O口的电流均能达到25mA，然而整体上最高都允许的电流为55mA。
7.ISP（在系统可编程）/IAP（在应用可编程），没有必要再使用专门的编程器，也不需要经过专用仿真器而只需通过串口（P3.0/P3.1）就能够下载程序，短时间内就能下载完毕。
8.存在EEPROM功能（STC12C5A62S2/PWM没有EEPROM）。
9.看门狗。
10.内部专门设有MAX810复位电路（当外部的晶体小于12M时，复位脚能够迅速1K电阻到地）。
11.漏电监测系统:
P4.6口处设置有低压门槛比较器，5V单片机为1.33V，误差通常不超5%,3.2V单片机为1.20V，误差为+/-2%。
12.时钟源：
其外围精确度比较高的晶体/时钟，其内部有R/C振荡器，当使用者需要下载相关程序时，既能够选取内部R/C振荡器也能够选取外部晶体/时钟，常温状态时，内部R/C振荡器频率为：
5.0V单片机为：
12MHz～16.5MHz，3.2V单片机为：
7MHz～11MHz，当对精确度的限制较低时，能够选取内部时钟，但因为设备有一定的误差，通常以实际测试为准。
13.共4个16位定时器，其中2个为能够和传统的8051兼容地定时器/计数器，16位定时器T0和T1，无需定时器2，然后存在单独的做串行通讯的波特率发生器接着再加上2路PCA模块便能够做到2个16位定时器。
14.2个时钟输出口，能够从T0的溢出，于
/T0
时钟,能够由T1的溢出在P3.5/T1
时钟。
15.外部中断I/O口7路,通常下降沿会因电压较低时致使中断,而且添加有上升沿中断的PCA模块，PowerDown模式可由外部中断启动，INT0/P3.1,INT1/P3.2,T0/P3.3,T1/P3.4,RxD/P3.1,CCP0/P1.2（也可通过寄存器转变为P4.1），CCP1/P1.3（也可通过寄存器设置到P4.2）。
16.PWM（2路）/PCA：
（1）当2路D/A使用。
（2）实现2个定时器。
（3）完成两个外部中断（上升沿中断与下降沿中断都能够支持）。
17.A/D转换，10位精确ADC，总数为8路，转换速率能高达250K/S（1S能达到250000次），能兼容异步串行口（UART），因为STC12型号为速度较高的8051，可使用定时器或PCA模块来做到多串口。
18.STC12C5A60S2型号存在2个串口，只有带有S2符号才存在2个串口，RxD2/P1.2（能够使用寄存器将其转变成P4.2），TxD2/P1.3（能够使用寄存器将其转变成P4.3）。
19.运行状态下的温度通常为-45-+80℃（工业级）/0-70℃（商业级）20.封闭：
PDIP-40，LQFP-44，LQFP-48I/O口不够时，能够使用3到4个普通I/O口线连接到74HC166/167/596（都能连接I/O口，还可用A/D实现扫描来省下O口，或采用双CPU，三线通讯，还增加了串口。
图2.2工作原理图
2.2.1工作原理图程序
#include"stc12.h"
#include"intrins.h"
#defineFOSC22118400L
#defineBAUD115200l
…
voidDelay（WORDn）
{
WORDx;
while（n--）
{
x=5000;
while（x--）;
}
}
6、1-19多引入参考文献
2.3模数转换ADC选型
对于模数转换应该在首先满足系统要求的情况下选择一款成本低、操作简单的ADC。
本系统要求输入电压正负10V所以动态范围为20V，要求精度0.001V所以我们知道我们的ADC量化电平数应该达到：
M>（20/0.001=20000），同时还应该具有200kHz以上的采样速率。
步骤一：
使用ADC0809芯片，它是由美国NS企业研发地CMOS的8通道，8位逐步接近式A/D模数转换器。
其里面存在1个8通道的开关，它能够根据代码锁存数据，仅选择8路模拟输入数据里的一个实施A/D转换。
，8位A/D转换器，也就是说其分辨率是8位。
拥有转换启动与停止的控制端口。
所需要的时间一般为100μs（时钟是640KHz时），130μs（时钟为500KHz时）。
1个+5V电源供电。
其输入电压为0～+5V，无需进行0点与满刻度时的校准，运行温度为-45～+80℃。
耗电量较低，大概为16mW。
这个模数转换器使用方便但由于其为8位（最大量化电平256）所以性能稍低，同时转换时间为100us（10k采样率）所以性能不能满足要求[15]。
步骤二：
使用有AD转换功能地STC12C5A60S2型号单片机，它是由一种单时钟/机器周期（1T）地单片机，为运行速度高/耗电量少/抗干扰能力强的全新的8051单片机，其代码可以被传统8051调用，然而运行速度提升了8-11倍。
其内部存在MAX810专门的复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S），应对电机操控的强干扰局面。
STC12C5A60S2为8051系列单片机，和一般的51单片机比较具备以下特点：
1、同样晶振的状况下，运行速率为普通51的8~11倍。
2、有8路10位AD。
3、多了两个定时器，带PWM功能。
4、有SPI接口。
5、有EEPROM。
6、有1K内部扩展RAM。
7、有WATCH_DOG。
8、多一个串口。
9、IO口可以定义，有四种状态。
10、中断优先级存在4类状态需要界定。
通过对比步骤一和步骤二，我们可以明白使用自带AD转换功能的STC12C5A60S2单片机能够符合该系统的标准。
7、只要方案一，详细说明，电源设计，电路图+电路图附程序（程序取头取尾）
2.4上位机软件选择
上位机软件提供虚拟仪器的波形显示数据存储功能，通过软件编程实现灵活的功能。
方案一：
采用VC6.0软件，本软件采用C++语言来实施研发，VisualC++6.0，又称VC或者VC6.0，为微软公司研发的一种C++编译器，通过它能够把计算机的“高级语言”转变成“低级语言”。
VisualC++为一款功能齐全并且可视化的编程软件。
从上世纪末期微软研发VisualC++1.0后，其版本一直走在不断的更新换代。
现阶段，VisualC++已经在编程开发领域中得到了最为广泛的使用。
虽然微软提供了MFC进行程序开发但是代码复杂度依然较高开发周期较长。
方案二：
使用LabVIEW软件来实施研发，LabVIEW为美国NI企业研发的一款程序开发软件，其与C和BASIC软件相似，然而LabVIEW和其他编程软件最大的不同在于：
其他编程软件都是采用基于文本而生成代码，但LabVIEW采用的是图形化编辑语言，其生成的为框图样式的程序。
LabVIEW软件是NI公司的主要产品，同时也是研发测量与控制系统的最佳途径。
LabVIEW开发环境包含了研发人员快捷构建多种应用所需的全部工具，目的是帮助他们解决实际问题、提高生产效率，提升创新水平。
与C和BASIC一样，LabVIEW也为比较通用的的编程系统，它是一款可以用图标来替换文本来编制软件程序地图形化编程语言。
LabVIEW广泛应用于工业生产操控和数据信息采集类编程，由于采用图像化编程方式，编程简单周期短。
所以为了简化编程成本和提高效率我采用lanview开发PC上位机软件[16]。
2.5通信接口的选择
使用USB接口，USB，指的就是通用串行总线，于是将其简化为“通串线”，为一类外部总线标准，主要用途就是使得电脑和外部设备的数据交换更加方便快捷。
是应用在PC设备的接口设备。
USB接口能够提供外部设备的随意插拔功能。
USB的特点是传输速率高（USB1.1是12Mbps，USB2.0是480Mbps，USB3.0是5
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