基于LabVIEW與USB接口的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW與STC12C5410AD單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。單片機(jī)采集到的數(shù)據(jù)通過CH341T芯片的USB轉(zhuǎn)串口的功能，實(shí)現(xiàn)了只用一條USB線就可以把數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃abVIEW中進(jìn)行顯示和分析。從下位機(jī)和上位機(jī)兩個(gè)部分闡述了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)能實(shí)時(shí)精確的再現(xiàn)單片機(jī)采集的低頻信號(hào)。

關(guān)鍵詞：LabVlEW；數(shù)據(jù)采集；STC單片機(jī)；USB

1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

工程上使用具有PCI、PXI、USB、并口以及串口的計(jì)算機(jī)來獲取測試數(shù)據(jù)，稱為基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中一種是通過插入式的數(shù)據(jù)采集卡直接獲取數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)。鑒于數(shù)據(jù)采集卡的價(jià)格昂貴，且安裝不方便等缺點(diǎn)，本文提出使用STC單片機(jī)作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用CH341T芯片的USB總線轉(zhuǎn)異步串口的功能，將采集數(shù)據(jù)只通過一條USB線傳輸給PC機(jī)，最后在LabVIEW平臺(tái)下進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、分析、處理。

1．1 系統(tǒng)組成與工作原理

本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要包括有STC12C5410AD單片機(jī)和CH341T轉(zhuǎn)換芯片組成的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、傳輸部分，以及基于PC機(jī)的LabVlEW軟件構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理部分。首先，被測電壓模擬信號(hào)通過電平變換電路進(jìn)入STC單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)換通道，待轉(zhuǎn)換完成后利用CH341T芯片的USB轉(zhuǎn)串口的功能，通過USB接口傳輸給PC機(jī)，最后由LabVIEW軟件分析處理。

2 下位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 硬件設(shè)計(jì)部分

系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。系統(tǒng)采用的MCU為STC12C5410AD，采用的USB接口芯片為CH- 341T，利用該芯片的USB轉(zhuǎn)串口的功能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2．1．1 STC12C5410AD單片機(jī)

STC12C5410AD系列單片機(jī)是單時(shí)鐘／機(jī)器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速／低功耗的新一代增強(qiáng)型8051單片機(jī)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。10KBFLASH程序存儲(chǔ)器，512字節(jié)SRAM，有8路10位高速A／D轉(zhuǎn)換器，速度可達(dá)100KHz。實(shí)際工作頻率可達(dá)48MHz。在應(yīng)用時(shí)，需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定晶振頻率，本系統(tǒng)采用11．0592MHz的晶振。本例中采用P1．0作為A／D轉(zhuǎn)換通道。由于各A／D轉(zhuǎn)換通道的輸入電壓范圍為0～5V，對于雙極性信號(hào)來說，直接輸入會(huì)被削掉負(fù)半波。為了解決上述問題，采用了高速低噪聲雙運(yùn)算放大器NE5532，根據(jù)運(yùn)放電路的虛短、虛斷原則，其輸出OUT=2．5-IN。可以將-2．5v～2．5V的電平轉(zhuǎn)換到0～5v，這樣滿足了輸入信號(hào)的雙極性要求。

2．1．2 CH341T芯片

隨著計(jì)算機(jī)通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，串口的通訊速度越來越不能滿足現(xiàn)在的通信要求。因此越來越多的計(jì)算機(jī)，尤其是筆記本電腦都不再保留串行接口，取而代之的是方便、高速、標(biāo)準(zhǔn)的USB接口。然而對于需要用串口通信的設(shè)備來說，是個(gè)麻煩的問題。為了解決這個(gè)問題，本系統(tǒng)采用CH341T芯片將單片機(jī)通過USB接口直接連接到PC機(jī)上，方便了沒有串口的上位機(jī)與下位機(jī)的通信，解決了上位機(jī)沒有串行接口的問題。CH341T芯片的特點(diǎn)如下：

(1)仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，用于升級原串口外圍設(shè)備，或者通過USB增加額外串口。

(2)計(jì)算機(jī)端Windows操作系統(tǒng)下的串口應(yīng)用程序完全兼容，無需修改。

(3)硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50b／s～2Mb／s。

(4)支持5、6、7或者8個(gè)數(shù)據(jù)位，支持奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)、空白、標(biāo)志以及無校驗(yàn)。

2．2 軟件設(shè)計(jì)部分

本系統(tǒng)將STCl2C5410AD的P1．0口作為A／D轉(zhuǎn)換的通道，要使用A／D轉(zhuǎn)換功能就必須進(jìn)行相應(yīng)的寄存器設(shè)置。STC單片機(jī)的寄存器見表1所示。

1)P1M0，P1M1：P1口工作模式設(shè)置PlM0=0x01，P1M1=0x01。將P1口設(shè)置為開漏模式。

2)ADC CONTR：A／D轉(zhuǎn)換控制器

ADC_POWER：ADC電源控制位。

ADC_ POWER=0：關(guān)閉ADC電源。ADC POWER=1：打開A／D轉(zhuǎn)換器電源，初次打開內(nèi)部A／D轉(zhuǎn)換模擬電源，需適當(dāng)延時(shí)，等內(nèi)部模擬電源穩(wěn)定后，再啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換。

ADC_START：模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)控制位，設(shè)置為1時(shí)，開始轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束后為0。

SPEED1，SPEED0：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度控制位。

ADC_FLAG：模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志位，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換完成后，ADC_FLAG=1，一定要軟件清0。

CHS2／CHS1／CHS0：模擬輸入通道選擇如表2所示。

作者：鄭雁階,黃惟公,張丹 西華大學(xué) 來源：電子技術(shù)