探讨低成本一种基于MCS51低成本LabVIEW实验教学体系

当前位置: 大雅查重 - 范文 更新时间:2023-12-27 版权:用户投稿原创标记本站原创
摘 要: 在此利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统。该系统使用USB接口与上位机通信并提供电源,而上位机编程直接调用VISA驱动USB接口,大大降低了数据采集程序设计的难度。该系统可以满足大学虚拟仪器实验教学的需要,性价比高,具有良好的推广前景。
关键词: MCS51; 数据采集; USB; LabVIEW; VISA
1004?373X(2013)12?0124?03
0 引 言
NI公司于20世纪70年代提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器是在以计算机为核心的平台上,由用户设计,具有虚拟面板,由软件实现测试功能的计算机仪器系统,是计算机与测试仪器相结合的产物。虚拟仪器最常用的编程语言为LabVIEW,是NI公司的基于图形化编程语言的虚拟仪器开发工具,利用它可以轻松组建一个测试系统而无需进行繁琐的代码编写。因此虚拟仪器大大突破了传统仪器在灵活性,以及数据处理、显示、存储等方面的不足,其主要优势在于:用户能够根据需求灵活的进行功能修改和扩展;人机界面为视窗界面,形象直观;网络连接简单易行,便于组建测控网络。
目前虚拟仪器在通信、汽车、测控等行业得到了广泛的应用。相应的各大高校也在NI公司的支持下,陆续开设了虚拟仪器课程,组建了相关的实验室,如西安交大利用虚拟仪器讲授信号处理;天津大学开设的智能检测仪器课程。
目前国内高校教授虚拟仪器课程使用的信号采集板多为NI公司的数据采集板卡,如USB600X,USB92XX,PCI62XX系列。这类板卡虽然性能优良,配套软件齐备,但是作为高校教学也存在不足之处。首先NI公司只卖板卡不卖技术,这样在教学中教师和学生只能使用板卡,而不能掌握虚拟仪器硬件系统的具体结构和技术细节;其次这类板卡一般较贵,普遍在2 000元以上,相对高校而言开课成本太高,这一点对于欠发达地区的一般学校尤为突出。
本文利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统,并编制了常用的实验案例程序,满足了本科生虚拟仪器实验教学的需要,且成本相对于NI的产品大大降低,针对高校市场具有良好的推广前景。
1 系统结构

1.1 前端传感系统

1.2 数据采集与通信

数据采集使用12位ADC器件TLC2543,该器件具有11位模拟输入端,可通过控制字灵活选择不同输入端口,适合于多传感器输入应用。器件控制字输入和转换数据输出都为串行模式,可以与51单片机以尽可能少的连线接口[4]。51单片机与上位机使用USB接口通信。USB接口基于单一的总线接口来满足多种应用领域的需求,其具有的即插即用、支持热插拔、易于扩展等特性极大地方便了用户,已逐渐成为现代数据传输的主流。由于51单片机自身不拥有USB接口,所以需要外接USB控制器。
2 实验程序设计
传统的开发USB应用系统的步骤是:先用 Windows DDK(设备驱动程序开发包)或第三方开发工具(如DriverStudio)开发USB驱动程序,然后用Visual C++编写DLL(动态连接库),最后再调用DLL来开发应用程序。显然,这对Windows编程不熟悉的人来说有一定的难度。VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是NI公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。VISA是一个综合软件包,不受平台、总线和环境的限制,可用来对USB、GPIP、串口、VXI、PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。LabVIEW通过调用VISA函数来实现USB设备的控制和通信。在这里主要使用了VISA Open,VISA Write,VISA Read,VISA Close这4个VISA函数。与USB设备的通信过程分为源于:论文http://www.328tibet.cn
4个步骤:
3 结 语
虚拟仪器实验教学系统是虚拟仪器课程教学中不可或缺的设备,本文针对NI等主流数据采集板卡存在的昂贵且技术屏蔽问题,利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统。
该系统使用USB接口与上位机(PC)接口,LabVIEW通过调用VISA函数来实现USB设备的控制和通信,大大降低了程序设计的难度。系统可以满足虚拟仪器教学的需要,且成本低廉,针对高校等敏感市场具有良好的推广前景。
参考文献
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