labview与单片机通信设计毕业设计(编辑修改稿)

labview与单片机通信设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

时钟输出 A/D 转换器的结构 STC12C5A60AD/S2 系列带 A/D 转换的单片机的 A/D 转换口在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 转换器，速度可达到 250KHz（ 25 万次 /秒）。 8 路电压输入型 A/D，可做温度检测、电池电压检测、按键扫描、频谱检测等。 上电复位后 P1 口为弱上拉型 IO 口，用户可以通过软件设置将 8 路中的任何一路设置为 A/D 转换，不须作为 A/D 使用的口可继续作为 IO 口使用。 河南科技大学毕业设计（论文） 10 单片机 ADC 由多路开关、比较器、逐次比较寄存器、 10 位 DAC、转换结果寄存器以及 ADC_CONTER 构成。 该单片机的 ADC 是逐次比较型 ADC。 主次比较型 ADC 由一个比较器和 D/A 转换器构成，通过逐次比较逻辑，从最高位（ MSB）开始，顺序地对每一输入电压与内置 D/A 转换器输出进行比较，经过多次比较，使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。 逐次比较型 A/D 转换器具有速度高，功耗低等优点。 需作为 AD 使用的口先将 P1ASF 特殊功能寄存器中的相应位置为 „1‟，将相应的口设置为模拟功能。 167。 温度传感器（ DS18B20） DS18B20 温度传感器是美国 DALLAS 半导体公司最新推出的一种改进型智能温度传感器，与传统的热敏电阻等测温元件相比，它能直接读出被测温度，并且可根据实际要求通过简单的编程实现９～１２位的数字值读数方式。 DS18B20 的性能特点如下： ●独特的单线接口仅需要一个端口引脚进行通信； ●多个 DS18B20 可以并联在惟一的三线上，实现多点组网功能； ●无须外部器件； ●可通过数据线供电，电压范围为 ~； ●零待机功耗； ●温度以 9 或 12 位数字； ●用户可定义报警设置； ●报警搜索命令识别并标志超过程序限定温度（温度报警条件）的器 件； ●负电压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁，但不能正常工作； DS18B20 温度传感器的内部存储器还包括一个高速暂存 RAM 和一个非易失性的可电擦除的 EERAM。 高速暂存 RAM 的结构为 8 字节的存储器，结构如图 4 所示。 头 2 个字节包含测得的温度信息，第 3 和第 4 字节 TH 和 TL的拷贝，是易失的，每次上电复位时被刷新。 第 5 个字节，为配置寄存器，它的内容用于确定温度值的数字转换分辨率。 DS18B20 工作时寄存器中的分辨率转换为相应精度的温度数值。 该字节各位的定义如图 32 所示。 低 5 位河南科技大学毕业设计（论文） 11 一直为 1， TM 是工 作模式位，用于设置 DS18B20 在工作模式还是在测试模式， DS18B20 出厂时该位被设置为 0，用户要去改动， R1 和 R0 决定温度转换的精度位数，来设置分辨率。 TM R1 1R0 1 1 1 1 .... 图 32 DS18B20 字节定义 由表 1 可见， DS18B20 温度转换的时间比较长，而且分辨率越高，所需要的温度数据转换时间越长。 因此，在实际应用中要将分辨率和转换时间权衡考虑。 高速暂存 RAM 的第 8 字节 保留未用，表现为全逻辑 1。 第 9 字节读出前面所有 8 字节的 CRC 码，可用来检验数据，从而保证通信数据的正确性。 当 DS18B20 接收到温度转换命令后，开始启动转换。 转换完成后的温度值就以 16 位带符号扩展的二进制补码形式存储在高速暂存存储器的第 2字节。 单片机可以通过单线接口读出该数据，读数据时低位在先，高位在后，数据格式以 ℃ ／ LSB 形式表示。 当符号位 S＝ 0 时，表示测得的温度值为正值，可以直接将二进制位转换为十进制；当符号位 S＝ 1 时，表示测得的温度值为负值，要先将补码变成原码，再计算十进制数值。 表 31 DS18B20 温度转换时间表 温度 LSB 温度 MSB TH 用户字节 1 TL 用户字节 2 配置寄存器 保留 保留 保留 CRC 河南科技大学毕业设计（论文） 12 R0R1000101119101112分辨率/位 温度最大转向时间/ms93 .7518 37 575 0.... DS18B20 完成温度转换后，就把测得的温度值与 RAM 中的 TH、 TＬ字节内容作比较。 若 T＞ TH 或 T＜ TL，则将该器件内的报警标志位置位，并对主机发出的报警搜索命令作出响应。 因此，可用多只 DS18B20 同时测量温度并进行报警搜索。 在 64 位 ROM 的最高有效字节中存储有循环冗余检验码（ CRC）。 主机ROM 的前 56 位来计算 CRC 值，并和存入 DS18B20 的 CRC 值作比较，以判断主机收到的 ROM 数据是否正确。 DS18B20 的测温原理是这这样的 ,器件中低温度系数晶振的振荡 频率受温度的影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给减法计数器 1；高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，产生的信号作为减法计数器 2 的脉冲输入。 器件中还有一个计数门，当计数门打开时， DS18B20 就对低温度系数振荡器产生的时钟脉冲进行计数进而完成温度测量。 计数门的开启时间由高温度系数振荡器来决定，每次测量前，首先将－ 55℃ 所对应的一个基数分别置入减法计数器 温度寄存器中，计数器 1 和温度寄存器被预置在－55℃ 所对应的一个基数值。 减法计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当减法计数器１的预 置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，减法计数器 1 的预置将重新被装入，重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到减法计数器计数到 0 时，停止温度寄存器的累加，此时温度寄存器中的数值就是所测温度值。 其输出用于修正减法计数器的预置值，只要计数器门未关闭就重复上述过程，直到温度寄存器值大致被测温度值。 另外，由于 DS18B20 单线通信功能是分时完成的，它有严格的时隙概念，因此读写时序很重要。 系统对 DS18B20 的各种操作按协议进行。 操作协议为：初使化 DS18B20（发复位脉冲） → 发 ROM 功能命令 → 发 存储器操作命令 →处理数据。 河南科技大学毕业设计（论文） 13 167。 PL2303HX 简介 PL2303 是 Prolific 公司生产的一种高度集成的 RS232USB 接口转换器，可提供一个 RS232 全双工异步串行通信装置与 USB 功能接口便利联接的解决方案。 该器件内置 USB 功能控制器、 USB 收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的 UART，只需外接几只电容就可实现 USB 信号与 RS232 信号的转换，能够方便嵌入到手持设备。 该期间作为 USB/RS232 双向转换器，一方面从主机接受 USB 数据并将其转换为 RS232 信息流格式发送给外设；另 一方面，从 RS232 外设接收数据转换为 USB 数据格式传送回主机。 这些工作全部由器件自动完成，开发者无需考虑固件设计。 通过利用 USB 块传输模式，利用庞大的数据缓冲器和自动流量控制，PL2303HX 能够实现更高的吞吐量比传统的 UART（通用异步收发器）端口，高达 115200bps 的波特率可用于更高的性能使用。 167。 硬件电路图设计 167。 主板电路 系统整体硬件电路包括，温度检测电路， LED 灯控制电路，开关输入检测电路，串 行通讯接口电路，单片机主板电路等，如图 33 所示。 河南科技大学毕业设计（论文） 14 图 33 系统主板电路 167。 温度检测电路 温度检测电路包括滑动变阻器 2 个，以及 A/D 转换。 而单片机STC12C5A60S2 可以在其内部进行 A/D 转换，如图 34 所连 P1 口为 A/D 转换 接口。 前面介绍了温度传感器，为了方便期间，可将温度传感器传来的数据简化为电压值，经过 A/D 转换传入上位机中。 河南科技大学毕业设计（论文） 15 图 34 温度检测电路 167。 键盘电路 键盘电路设计采用 8 个独立按键来对应 8 个 LED 灯， S1~S8 对应 L1~L8，电路原理图如图 7 所示。 按键连在单片机上的 ~ 引脚。 图 35 键盘电路 167。 LED 灯控制电路 LED 灯一共八个，分别是白色、黄色、绿色和红色各两个。 它们连在 P2引脚上。 用来对实现上位机与下位机通信做一个直观的控制显示。 图 36 LED 灯控制电路 河南科技大学毕业设计（论文） 16 167。 串口通信电路 串口通信电路采用的是 USB 接口与上位机通信。 USB 是英文 Universal Serial BUS 的缩写， 中文含义是 “通用串行总线 ”。 它不是一种新的总线标准，而是应用在 PC 领域的接口技术。 USB 是在 1994 年底由 英特尔 、 康柏 、 IBM、 Microsoft 等多家公司联合提出的。 USB 是一个外部总线标准 ，用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。 USB 接口支持设备的即插即用和热插拔功能。 除此之外，电路中用到了上文提到的 PL2303 转换器，引脚 TXD 接单片机 RXD 引脚，而 PL2303 的 RXD 引脚接单片机 TXD 引脚。 图 37 串口通信电路 河南科技大学毕业设计（论文） 17 第 4 章 系统软件设计 167。 单片机接口程序设计 单片机接口程序采用 C51 语言编写，这是专门为 51 系列单片机设计的高效率 C 语言编译器，符合 ANSI 标准，生成的程序代码运行速度极高，所需要的存储器空间极小，汇编语言更简单易用。 接口程序编写时，首先进行串 口的初始化，即在 SCON 寄存器中赋值 050H，将波特率设置为 9600，用定时器 1 产生波特率，串口工作在方式 2。 下面为串口通信 程序流程图。 图 41 下位机串口通信流程图 只有上位机能够主动发命令。 也就是说在下位机接收到上位机的命令后 ,才进行发数据或进行相关的动作 ,它不能主动向上位机发送数据。 单片机在接收到上位机的数字后 ,返回这个数字，并由 PC 显示出来。 数字的起始符是数字 00，结束符是数字 FF。 河南科技大学毕业设计（论文） 18 167。 串口设置及 HMI 设计 167。 VISA 简介 虚拟仪器软件体系 结构（ VISA， Virtual Instrument Software Architecture），采用通用的 I/O 口标准，具有与仪器硬件接口和具体计算机无关的特性，即VISA 是面向器件功能，而不是面向接口总线的，在控制 VXI， GPIB,RS232等仪器时，不必考虑接口总线类型。 167。 串口通讯函数 本章节用到的主要串口通讯调用函数为： Functions InstrumentI/O VISA Advanced Interface Specific Serial。 该函数主要用于串口的初始化，其主要参 数的意义如下： VISA resource name： VISA 资源名称，在这里指串口号； Baund rate：波特率，默认为 9600； Data bits：一帧信息中的位数， LabVIEW 中允许 5~8 位数据，默认值为 8位； Stop bits：一帧信息中的停止位的位数，可为 1 位、 1 位半或 2 位； Parity：奇偶校验设置。 可谓无校验、奇校验或偶校验； Flow c。