基于Proteus与Labview仿真的数据采集系统
摘要:本文介绍了如何利用Proteus、Labview仿真数据采集。根据Proteus仿真51单片机的强大功能,利用AT89C52单片机和ADC0808设计数据采集电路,作为下位机;利用Labview串口通信模块及强大的数据处理、显示功能设计简单、直观的上位机软件;采用Virtual Serial PortDriver 6. 0虚拟串口软件虚拟一对串口,将下位机采集到的物理信 号通过串口通信上传到上位机。
关键词: Proteus;单片机;ADC0808;虚拟串口; Labview 1.引言
常规的数据采集是利用硬件电路采集物理信号,通过串口连接线将采集到的信号上传到上位机,这种技术已经广泛应用到数据采集领域。但是在硬件设计之初,软件仿真已得到工程设计人员的青睐,软件仿真技术不仅简单方便而且可以降低硬件的损耗、成本价格。本文介绍的是采用纯软件的方法利用串口通讯技术实现仿真数据采集的过程: 利用Proteus软件设计的单片机数据采集电路作为下位机;串口及连接由Virtual Serial Port Driver 6. 0 完成;利用Labview的串口通信模块、数据处理功能及可视化的控件设计出简单可控的上位机。 2.设计电路及程序 2.1 硬件电路设计
Proteus是由英国Labcenter electronics公司开发的EDA工具软件。它从1989年出现到现在已有近20年的历史,在全球广泛使用,涉及PCB制版、spice电路仿真、单片机仿真,其革命性的功能在于它的电
路仿真是互动的,针对微处理器的应用,可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件代码级的调试,还可以直接实时动态地模拟按钮、键盘的输入,LED、液晶显示的输出,同时配合虚拟工具如示波器、逻辑分析仪等进行相应的测量和观测。因此在仿真和程序调试时,关心的不再是某些语句执行时单片机寄存器和存储器内容的改变,而是从工程的角度直接看程序运行和电路工作的过程和结果。从某种意义上讲,对于这样的仿真,弥补了实验和工程应用间脱节的矛盾和现象。其主要特点如下[1]:
(1)仿真模拟器件、集成电路及单片机。 (2)提供了多种虚拟仪器仪表供选择用；
(3)能够进行SCH原理图与PCB 印制板的设计；
(4)能和Keil、Matlab等软件整合使用,以求达到更好的仿真效
果。
本文利用Proteus设计的下位机为数据采集和数据发送部分，在此电路中主要硬件为单片机AT89C52，AD转换器ADC0808;虚拟串口COMPM；虚拟电压信号(直流信号)。电路图如图1所示：
图1 下位机电路
注意:①在此仿真电路中不需要电平转换芯片(MAX232)连接两个串口。②将晶振频率设11.059MHz，在AT89C52属性框中频率也设为11. 059MHz，见图6。 2.2 软件设计
软件流程图如下图2所示：
串口与定时器设置是否是否接受到通道值返回通道值同时启动ADC0808是否是否转换结束数据处理并开启定时器中断是否定时器是否溢出数据处理并发送到上位机结束图2 软件框图
3.设置虚拟串口[2]
VSPD6. 0软件是德国Eltima software公司开发的虚拟串口软件。普通的计算机主板上只有1个或者2个RS232串口,此软件可以根据使用要求在一台计算机上产生多个虚拟RS232串口,产生的虚拟串口与 实际物理串口的作用及用法一样。 3.1 打开串口软件的初始界面如图3所示:
图3 串口软件的初始界面
COM1为电脑上的实际物理串口；Other virtualports显示其他虚拟串口软件的虚拟串口。在Manage Ports选项中, First Port: COM1; Second Port:COM2单击Add pair，产生了两个连接着的虚拟串口COM1与COM2，此时表明虚拟串口已经设置正确，接下来通过串口调试软件观察下位机的工作情况是否良好。如图4所示： 4.利用串口调试软件调试下位机
串口调试软件是调试串口通讯的必备软件,通过观察该软件与下位机的通讯情况可以检测出串口通讯的问题,根据问题现象不断地修改下位机串口部分程序,直到达到期望的工作。利用串口调试助手软件调试下位机程序,配置如图5所示。
串口：COM1；波特率：9600；校验位：N；数据位8；停止位：1。
图5 串口调试助手
首先在下位机电路中选中COMPM,左击出现属性窗口,在PhsicalPort后选择COM2,其它参数的设置见图6。
波特率：9600；校验位：N；数据位8；停止位：1。
图6 COMPM属性
然后运行Keil软件程序,在串口调试助手发送窗口中发送通道值,在接受窗口会显示下位机采集的通道值、电压值。经调试后确认C51程序和硬件电路无误,将C51程序生成. HEX文件。在下位机电路中选中AT89C52,左击在出现的属性对话框里点击Program File后的打开按钮,找到源程序编译好的. HEX文件后单击打开,将程序写入单片机。见图7[3]：
图7 AT89C52属性
5.利用Labview设计上位机软件
Laboratory Virtual Instrument Engineering是一种基于图形开发调试和运行程序的集成化环境,实现了虚拟仪器的概念。Labview程序称为虚拟仪器程序,简称V I。其开发环境包括前面板和流程图两部分。前面板主要用于数据的输入设置和输出观察,由许多控件组成。而流程图是图形化的源代码,是V I测试功能软件的图形化表述[4]。
传统的上位机软件采用高级语言生成,程序代码冗长,不便进行功能拓展。如果对串口数据进行分析,则需改变原程序结构,重新编制代码。而图形化编程语言Labview为串口调试与数据分析带来了极大方便。本文主要采用了Labview中的串口模块下的各种控件,路径为Functions >>ALL Functions>>InstrumentI/O>>Serial[4]。 5.1 上位机后面板程序流程图见图8:
开始串口配置是否写串口是否读串口是是否保存数据是显示保存在预设路径中否
图8 后面板程序流程图
5.2 上位机后面板程序框图见图9:
图9 上位机后面板程序
5.3 上位机前面板如图10:
图10 上位机前面板
6.整个系统的调试及实现功能
将下位机与上位机同时运行,经过不断的调试、修改,最后完成整个设计工作的任务。不仅能够控制ADC0808某一模拟通道工作,还能将通道编号值返回到前面板供用户确认,同时将通道所采集的电压值在前面板上显示;通过表格记录的形式查询每次仿真工作时的历史数据(时间、通道编号值、电压值)；还可把电压值和通道值保存在计算机硬盘中。 7.结束语
本文详细介绍了利用Proteus、Virtual Serial PortDriver 6. 0虚拟串口软件及Labview仿真数据采集的步骤。很明显地可以看出,采用该方法仿真数据采集具有成本低、修改方便、与实际硬件相似度高等特点,由此推广,采用这种技术可以解决诸多生产问题,如建设虚拟实验室,既能减少昂贵的实验设备费用又能在很大程度上解决生产
中的技术问题。
参考文献:
[1] 王文海. 基于PROTEUS的PC机与单片机串口通信的仿真[J]. 科技咨询导报,2011,(26),1-3.
[2] 罗光坤,杨昊,黄惟公. 基于LabV IEW与单片机串口的数据采 集系统[J].仪表技术,2003,(1):14 -16.
[3] 夏建芳,赵世富. 虚拟仪器与单片机串口通信的实现[J].机械 工程与自动化,2006,4(2):136-137.
[4] KALKMANCJ.LabVIEW:A software system fordata acquisition,data analysis,andinstrument control. Journal of Clinical Monitoring and Computing.2005.
[5] 王水鱼,李宁,胡树燕.基于LabV IEW实现PC机与单片机的 串行通信[J].中国新通信(技术版).2007,12:11-15.
基于Proteus与Labview仿真的数据采集系统
