LabVIEW串口通信程序设计.docx

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LabVIEW串口通信程序设计

第13章LabVIEW串口通信程序设计

以PC作为上位机，以调制解调器（Modem）、串行打印机、各种监控模块、PLC、摄像头云台、数控机床、单片机及智能设备等作为下位机广泛应用于测控领域。

本章举几个典型实例，详细介绍利用LabVIEW实现PC与各种下位机设备串口通信的程序设计方法。

13.1PC与PC串口通信

当两台串口设备通信距离较近时，可以直接连接，最简单的情况，在通信中只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信。

本设计通过两台PC串口三线连接，介绍了串口通信的基本编程方法。

13.1.1PC与PC串口通信硬件线路

当两台RS-232串口设备通信距离较近时（<15m），可以用电缆线直接将两台设备的RS-232端口连接；若通信距离较远（>15m）时，需附加调制解调器（Modem）。

在RS-232的应用中，很少严格按照RS-232标准。

其主要原因是因为许多定义的信号在大多数的应用中并没有用上。

在许多应用中，例如Modem，只用了9个信号（两条数据线、6条控制线、一条地线）；在其他一些应用中，可能只需要5个信号（两条数据线、两条握手线、一条地线）；还有一些应用，可能只需要数据线，而不需要握手线，即只需要3个信号线。

因为在控制领域，在近距离通信时常采用RS-232，所以这里只对近距离通信的线路连接进行讨论。

当通信距离较近时，通信双方不需要Modem，可以直接连接，这种情况下，只需使用少数几根信号线。

最简单的情况，在通信中根本不需要RS-232C的控制联络信号，只需三根线（发送线、接收线、信号地线）便可实现全双工异步串行通信。

在实际使用中常使用串口通信线将两个串口设备连接起来。

串口线的制作方法非常简单：

准备两个9针的串口接线端子（因为计算机上的串口为公头，因此连接线为母头），准备3根导线（最好采用3芯屏蔽线），按图13-1所示将导线焊接到接线端子上。

图13-1串口通信线的制作

图13-2所示中的2号接收脚与3号发送脚交叉连接是因为在直连方式时，把通信双方都当作数据终端设备看待，双方都可发也可收。

在这种方式下，通信双方的任何一方，只要请求发送RTS有效和数据终端准备好DTR有效就能开始发送和接收。

图13-2PC与PC串口通信线路

在计算机通电前，按图13-2所示将两台PC的COM1口用串口线连接起来。

连接串口线时，计算机严禁通电，否则极易烧毁串口。

13.1.2设计任务

利用LabVIEW编写程序实现PC与PC串口通信。

任务要求如下。

两台计算机互发字符并自动接收，如一台计算机输入字符串“收到信息请回字符abc123”，单击“发送字符”命令，另一台计算机若收到，就输入字符串“收到，abc123”，单击“发送字符”命令，信息返回到第一组的计算机。

实际上就是编写一个简单的双机聊天程序。

13.1.3任务实现

1．建立新VI程序

启动NILabVIEW程序，选择新建（New）选项中的VI项，建立一个新VI程序。

2．程序前面板设计

在前面板设计区空白处单击鼠标右键，显示控件选板（Controls）。

（1）添加一个字符串输入控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→字符串与路径（String&Path）→字符串输入控件（StringControl），将标签改为“发送区：

”。

（2）添加一个字符串显示控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→字符串与路径（String&Path）→字符串显示控件（StringIndicator），将标签改为“接收区：

”。

（3）添加一个串口资源检测控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→I/O→VISA资源名称（VISAresourcename）；单击控件箭头，选择串口号，如COM1或ASRL1:

。

（4）添加一个确定（OK）按钮控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→布尔（Boolean）→确定按钮（OKButoon），将标题改为“发送字符”。

（5）添加一个停止（Stop）按钮控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→布尔（Boolean）→停止按钮（StopButoon），将标题改为“关闭程序”。

图13-3程序前面板

设计的程序前面板，如图13-3所示。

3．框图程序设计——添加函数

进入框图程序设计界面，在设计区的空白处单击鼠标右键，显示函数选板（Functions）。

添加的所有函数及其布置如图13-4所示。

详细步骤介绍如下。

（1）添加一个配置串口函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA配置串口（VISAConfigureSerialPort）。

图13-4框图程序函数添加与布置

（2）添加4个数值常量：

编程（Programming）→数值（Numeric）→数值常量（数值常量（NumericConstant），值分别为9600（波特率）、8（数据位）、0（校验位，无）、1（停止位）。

（3）添加两个关闭串口函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA关闭（VISAClose）。

（4）添加一个循环结构：

编程（Programming）→结构（Structures）→While循环（WhileLoop）。

添加理由：

随时监测串口接收缓冲区的数据。

以下添加的函数或结构放置在While循环结构框架中。

（5）添加一个时钟函数：

编程（Programming）→定时（Timing）→等待下一个整数倍毫秒（WaitUntilNextmsMultiple）。

添加理由：

以一定的周期监测串口接收缓冲区的数据。

（6）添加一个数值常量：

编程（Programming）→数值（Numeric）→数值常量（NumericConstant），将值改为500（时钟频率值）。

（7）添加一个VISA串口字节数函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA串口字节数（VISABytesatSerialPort），标签为“PropertyNode”。

（8）添加一个数值常量：

编程（Programming）→数值（Numeric）→数值常量（NumericConstant），将值为0（比较值）。

（9）添加一个比较函数：

编程（Programming）→比较（Comparison）→不等于？

（NotEqual?

）。

添加理由：

只有当串口接收缓冲区的数据个数不等于0时，才将数据读入到接收区。

（10）添加一个布尔函数：

编程（Programming）→布尔（Boolean）→非（Not）函数。

添加理由：

当关闭程序时，将关闭按钮真（True）变为假（False），退出循环。

如果将循环结构的条件端子

设置为“真时停止（StopifTrue）”

，则不需要添加非（Not）函数。

（11）添加两个条件结构：

编程（Programming）→结构（Structures）→条件结构（CaseStructure）。

添加理由：

发送字符时，需要单击按钮“发送字符”，因此需要判断是否单击了发送按钮；接收数据时，需要判断串口接收缓冲区的数据个数是否不为0。

（12）添加一个串口写入函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA写入（VISAWrite），并拖入条件结构（上）的真（True）选项框架中。

（13）添加一个串口读取函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA读取（VISARead），并拖入条件结构（下）的真（True）选项框架中。

（14）将字符输入控件图标（标签为“发送区：

”）拖入条件结构（上）的真（True）选项框架中，将字符显示控件图标（标签为“接收区：

”）拖入条件结构（下）的真（True）选项框架中。

（15）分别将确定（OK）按钮控件图标（标签为“确定按钮（OKButton）”）、停止（Stop）按钮控件图标（标签为“停止按钮（StopButton）”）拖入循环结构框架中。

4．框图程序设计——连线

使用连线工具，将所有函数连接起来，如图13-5所示。

图13-5框图程序连线

（1）将VISA资源名称（VISAresourcename）函数的输出端口分别与串口配置（VISAConfigureSerialPort）函数、串口字节数（VISABytesatSerialPort）函数、串口写入（VISAWrite）函数、串口读取（VISARead）函数的输入端口VISA资源名称（VISAresourcename）相连。

（2）将数值常量9600、8、0、1分别与串口配置（VISAConfigureSerialPort）函数的输入端口波特率（baudrate）、数据比特（databits）、奇偶（parity）、停止位（stopbits）相连。

（3）将数值常量（值为500）与等待下一个整数倍毫秒（WaitUntilNextmsMultiple）函数的输入端口毫秒倍数（millisecondmultiple）相连。

（4）将确定按钮图标“OKButton”与条件结构（上）的选择端子？

相连。

（5）将串口字节数（VISABytesatSerialPort）函数的输出端口NumberofbytesatSerialport与不等于？

（NotEqual?

）函数的输入端口x相连。

将串口字节数（VISABytesatSerialPort）函数的输出端口NumberofbytesatSerialport与串口读取（VISARead）函数的输入端口字节总数（bytecount）相连。

（6）将数值常量（值为0）与不等于？

（NotEqual?

）函数的输入端口y相连。

（7）将不等于？

（NotEqual?

）函数的输出端口x!

=y?

与条件结构（下）的选择端子？

相连。

（8）在条件结构（上）中将字符输入控件图标（标签为“发送区：

”）与串口写入（VISAWrite）函数的输入端口写入缓冲区（writebuffer）相连。

（9）在条件结构（下）中将串口读取（VISARead）函数的输出端口读取缓冲区（readbuffer）与字符显示控件图标（标签为“接收区：

”）相连。

（10）将停止按钮（StopButton）函数与非（Not）函数的输入端口x相连。

（11）将非（Not）函数的输出端口.not.x?

与循环结构的条件端子

相连。

（12）在条件结构（上）中将串口写入（VISAWrite）函数的输出端口VISA资源名称输出（VISAresourcenameout）与串口关闭（VISAClose）函数（上）的输入端口VISA资源名称（VISAresourcename）相连。

（13）在条件结构（下）中将串口读取（VISARead）函数的输出端口VISA资源名称输出与关闭串口函数VISAClose（下）的输入端口VISA资源名称相连。

（14）进入两个条件结构的假（False）选项，将VISA资源名称函数的输出端口分别与串口关闭（VISAClose）函数（上、下）的输入端口VISA资源名称相连，如图13-6所示。

5．运行程序

进入程序前面板，保存设计好的VI程序。

单击快捷工具栏“运行（Run）”按钮，运行程序。

两台计算机同时运行本程序。

在一台计算机程序窗体中发送字符区输入要发送的字符，比如“收到信息请回字符abc123”，单击“发送字符”按钮，发送区的字符串通过COM1口发送出去。

如果联网通信的另一台计算机程序收到字符，则返回字符串，如“收到，abc123”；如果通信正常该字符串将显示在接收区中。

程序运行界面如图13-7所示。

图13-6框图程序连线图13-7程序运行界面

6．单PC双串口互通信程序

如果只有一台计算机且具有两个串口，那么可以通过串口线将两个串口直接连接起来，如图13-8所示，编写程序实现双串口互通信。

图13-9是单PC双串口互通信程序的前面板。

图13-10是单PC双串口互通信程序的后面板。

（a）（b）

图13-8双串口直接连接

图13-9单PC双串口互通信程序的前面板

图13-10单PC双串口互通信程序的后面板

13.2PC与单片机串口通信程序设计

目前，在许多单片机应用系统中，上、下位机分工明确，作为下位机核心器件的单片机往往只负责数据的采集和通信，而上位机通常以基于图形界面的Windows系统为操作平台。

为便于查询和保存数据，还需要数据库的支持，这种应用的核心是数据通信，它包括单片机和上位机之间、客户端和服务器之间以及客户端和客户端之间的通信，而单片机和上位机之间数据通信则是整个系统的基础。

图13-11单片机实验板

单片机和PC的通信是通过单片机的串口和PC串口之间的硬件连接实现的。

图13-11所示是本设计使用的单片机实验板。

有关单片机实验板的详细信息请查询电子开发网http:

//www.dzkfw.com/。

13.2.1PC与单片机串口通信程序设计硬件线路

PC

图13-12PC与单片机串口通信线路

如图13-12所示，数据通信的硬件上采用3线制，将单片机和PC串口的3个引脚（RXD、TXD、GND）分别连在一起，即将PC和单片机的发送数据线TXD与接收数据RXD交叉连接，两者的地线GND直接相连，而其他信号线，如握手信号线均不用，采用软件握手的方式，这样既可以实现预定的任务又可以简化电路设计。

但由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232C的电气特性完全不同，RS-232C的逻辑0电平规定为+3V～+15V之间，逻辑1电平为−3V～−15V之间，因此在将PC和单片机的RXD和TXD交叉连接时必须进行电平转换，这里使用的是MAX232电平转换芯片。

单片机系统有LED显示器模块、继电器输出模块、蜂鸣器模块等。

13.2.2PC与单片机串口通信程序设计任务

利用KeilC51和LabVIEW编写程序实现PC与单片机串口通信。

任务要求有以下几方面。

1．设计任务一

PC通过串行口将数字（00，01，02，03...，FF，十六进制）发送给单片机，单片机收到后回传这个数字，PC接收到回传数据后显示出来，若发送的数据和接收到的数据相等，则串行通信正确，否则有错误。

启始符是数字00，结束符是数字FF。

2．设计任务二

（1）测试通信状态。

先在文本框中输入字符串“Hello”，单击“测试”按钮，将字符串“Hello”发送到单片机，若PC与单片机通信正常，在PC程序的文本框中显示字符串“OK!

”，否则显示字符串“ERROR!

”。

（2）循环计数。

单击“开始”按钮，文本框中数字从0开始累加，0、1、2、3…，并将此数发送到单片机的显示器上显示。

当累加到10时，回到0重新开始累加，依次循环。

任何时候，单击“停止”按钮，PC程序中和单片机显示器都停止累加；再单击“开始”按钮，接着停下的数继续累加。

（3）控制指示灯。

在单片机继电器接线端子的两个通道上分别接上两个指示灯，在PC程序画面上选择指示灯号，如1号灯，单击画面“打开”按钮，单片机上1号灯亮，同时蜂鸣器响；单击画面“关闭”按钮，1号灯灭，蜂鸣器停止响，同样控制2号灯的亮灭（蜂鸣器同时动作）。

单片机和PC通信，在程序设计上涉及两个部分的内容。

一是单片机的C51程序，二是PC的串口通信程序和界面的编制。

13.2.3任务实现

13.2.3.1利用KeilC51实现单片机与PC串口通信任务一

KeilC51软件是众多单片机应用开发的优秀软件之一，它集编辑、编译、仿真于一体，支持汇编、PLM语言和C语言的程序设计，界面友好，易学易用。

启动KeilC51，出现编辑界面。

1．建立一个新工程

单击Project菜单，在弹出的下拉菜单中选中NewProject选项，出现CreateNewProject对话框，然后选择要保存的路径、文件夹，输入工程文件的名字，如pc_com（后缀名默认），单击“保存”按钮。

这时会弹出一个“SelectDeviceforTarget‘Target1’”对话框，要求用户选择单片机的型号，可以根据使用的单片机来选择，KeilC51几乎支持所有的51核的单片机。

这里选择Atmel的89C51。

选择89C51之后，右边一栏是对这个单片机的基本的说明，然后单击“确定”按钮。

2．编写程序

单击“File”菜单，再在下拉菜单中单击“New”选项。

此时光标在编辑窗口里闪烁，这时可以键入用户的应用程序了，但建议首先保存该空白的文件。

单击菜单上的“File”项，在下拉菜单中选中“SaveAs”选项，在“文件名”栏右侧的编辑框中键入欲使用的文件名，同时，必须键入正确的扩展名，如pc_com.c，然后单击“保存”按钮。

如果用Ｃ语言编写程序，则扩展名为（.c）；如果用汇编语言编写程序，则扩展名必须为（.asm）。

回到编辑界面后，单击“Target1”前面的“＋”号，再在“SourceGroup1”上单击鼠标右键，弹出快捷菜单，然后单击“AddFiletoGroup‘SourceGroup1’”。

选中pc_com.c，然后单击“Add ”按钮，再单击“Close ”按钮。

此时注意到“SourceGroup1”文件夹中多了一个子项“pc_com.c”。

子项的多少与所增加的源程序的多少相同。

现在，请输入C语言源程序。

在输入程序时，读者可以发现事先保存待编辑的文件的好处，即KeilC51会自动识别关键字，并以不同的颜色提示用户加以注意，这样会使用户少犯错误，有利于提高编程效率。

3．编译程序

单击“Project”菜单，在下拉菜单中选择“OptionsforTarget‘Target1’”选项，出现对话框；选择Output选项卡，选中“CreateHEXFiles”项，单击“确定”按钮。

再单击“Project”菜单，在下拉菜单中选择“BuiltTarget”选项（或者使用快捷键F7），进行编译。

若有错误会在output窗口提示，可根据此提示，找出错误并修改，直至编译通过，如图13-13所示。

图13-13KeilC51编译界面

至此，用KeilC51上做了一个完整工程，其中，生成一个编程器烧写文件pc_com.hex。

4．烧录程序

将AT89C51芯片安装在编程器插座上，运行编程器程序。

选择单片机芯片类型AT89C51，读入IntelHex文件pc_com.hex，执行自动编程指令，将pc_com.hex文件烧录入AT89C51芯片中。

将烧录好的AT89C51芯片安装到单片机实验板上，就可以用串口调试助手程序对它进行测试了。

以下是完成单片机与PC串口通信任务1的C51参考程序：

#pragmadbcode

#include

#defineucharunsignedchar

voidrece（void）;

voidinit（void）;

ucharre[17];

/*主程序*/

voidmain（void）

{

uchartemp;

init（）;

do{

while（RI==0）;

temp=SBUF;

if（temp==0x00）

{rece（）;}

elsebreak;

}while

（1）;

}

/*串口初始化*/

voidinit（void）

{

TMOD=0x20;//定时器1--方式2

PCON=0x80;//电源控制

SCON=0x50;//方式1

TL1=0xF3;

TH1=0xF3;//22.1184MHz晶振，波特率为48000xf396000xfa192000xfd

TR1=1;

}

/*接收返回数据*/

voidrece（void）

{

chari;

i=0;

do{while（RI==0）;

re[i]=SBUF;

RI=0;

SBUF=re[i];

while（TI==0）;

TI=0;

i++;

}while（re[i-1]!

=255）;

}

13.2.3.2利用LabVIEW实现PC与单片机串口通信任务一

1．建立新VI程序

启动NILabVIEW程序，选择新建（New）选项中的VI项，建立一个新VI程序。

2．程序前面板设计

在前面板设计区空白处单击鼠标右键，显示控件选板（Controls）。

（1）添加一个字符串输入控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→字符串与路径（String&Path）→字符串输入控件（StringControl），将标签改为“发送数据（十六进制）”，在该控件上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“十六进制显示（HexDisplay）”。

（2）添加一个字符串显示控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→字符串与路径（String&Path）→字符串显示控件（StringIndicator），将标签改为“返回数据（十六进制）”，在该控件上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择“十六进制显示（HexDisplay）”。

（3）添加一个字符显示控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→字符串与路径（String&Path）→字符串显示控件（StringIndicator），将标签改为“通信状态”。

（4）添加一个串口资源检测控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→I/O→VISA资源名称（VISAresourcename）；单击控件箭头，选择串口号，如ASRL1:

或COM1。

图13-14程序前面板

（5）添加一个确定按钮控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→布尔（Boolean）→确定按钮（OKButoon），将标题改为“发送”。

（6）添加一个停止按钮控件：

控件（Controls）→新式（Modern）→布尔（Boolean）→停止按钮（StopButoon），将标题改为“关闭”。

设计的程序前面板如图13-14所示。

3．框图程序设计——添加函数与连线

进入框图程序设计界面，在设计区的空白处单击鼠标右键，显示函数选板（Functions）。

（1）添加一个配置串口函数：

编程（Programming）→仪器I/O（InstrumentI/O）→串口（Serial）→VISA配置串口（VISAConfigureSerialPort）。

（2）添加4个数值常量：

编程（Programming）→数值（Numeric）→数值常量（NumericConstant），值分别为4800（波特率）、8（数据位）、0（校验位，无）、1（停止位）。

（3）添加一个While循环结构：

编程（Programming）→结构（Structures）→While循环（WhileLoop）。

（4）添加一个关闭串口函数：

编程（Progra