基于单片机和上位机的虚拟示波器设计.pdf

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1、机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第07期工业自动化基于单片机和上位机的虚拟示波器设计胡利军，胡书文（江西环境工程职业学院，江西赣州341000）摘要：在分析了单片机和PC机的串行通信特点的基础上，介绍了一种基于单片机和上位机的虚拟示波器设计方法，并详细介绍了它的软、硬件结构。此方法简单可靠，实用性强。关键词：单片机；上位机；虚拟示波器中图分类号：TP29文献标识码：A文章编号：1009－9492(2011)07－0039－031引言波、三角波等）进行图形显示，彻底解决了初学者在学习初学电子电路知识的学生（或电子爱好者）经

2、常要与过程中遇到的这个拦路虎问题。这个虚仪示波器是一个功各种电信号打交道，如555定时器产生的脉冲信号，为确能强大的基于个人电脑的虚拟仪器，先采集后触发，实现定它所产生的脉冲是否满足要求，必须将这个信号输入示了实时信号的分析和显示，它发挥了以电脑屏幕作为显示波器来观察。可学生在业余时间进行电子设计时，往往找的虚拟仪器的优点。由单片机完成数据的采集，而由PC不到可利用的示波器（若要自己购买一台，则因太昂贵而机完成各种复杂的数据处理。不可能实现），这时就会极大的打击他们的设计热情和学2硬件设计习积极性。本文设计的虚拟示波器只需极少的电

3、子元件和虚拟示波器的硬件电路设计如图1所示，主要包括电一台PC机（而PC机对现在的学生来说几乎是人手一台）信号波形的采集电路、PC机与单片机的电平转换接口电路即可实现，可以对一些常用的小信号波形（方波、锯齿和单片机的晶振、复位电路。图1虚拟示波器硬件电路图收稿日期：2011－02－1039工业自动化机机电工程技术电工程技术2011年第40卷第07期（1）51单片机的串行口量输出到数据总线上。随着微电子技术的不断发展，单片机已逐渐成为一种3软件设计智能型、综合型控制器，可用它来进行数据采集、存储及软件设计主要包括上位机程序和下位机程

4、序，上位机实时控制。51单片机有一个可编程的全双工串行通信接用来完成各种复杂的数据处理，下位机用来完成数据的采口，它可用作异步通信方式，与串行传送信息的外部设备集。相连接［1］。51单片机通过管脚RXD（P3.0：串行数据接（1）上位机编程收端）和管脚TXD（P3.1:串行数据发送端）与外界通信。本系统在WINDOWS-XP操作系统环境下，采用VI-SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存SUALBASIC6.0为开发工具进行开发，人机界面友好，界器，它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为面简洁，功能完善，实现

5、了系统的全部功能。VB语言中它们中只有一个能被CPU读出数据，另一个只能被CPU有专门用于通信的控件MSCOMM，通过它的属性设置可以写入数据。它有4种工作方式，其工作方式的由特殊功能实现串行口的打开、关闭以及串行口的选择和波特率的设寄存器SCON来配置。当SCON的bit7-6设置为00时为置等等。方式0，此时串行口为移位寄存器；当SCON的bit7-6设图2是波形显示界面，点击其中的“开始”按钮系统置为01时为方式1，此时串行口为8位数据位的异步通信便开始采集数据，并将其波形图显示在界面上，同时在下接口（波特率可变）；当SCO

6、N的bit7-6设置为10时为方方将一些统计值显示出来。图2显示的是555定时器产生式2，此时串行口为9位数据位的异步通信接口（波特率不可变）；当SCON的bit7-6设置为11时为方式3，此时串行口为9位数据位的异步通信接口（波特率可变）。本设计中采用了方式1。（2）PC机的串行口本系统中，还要实现单片机与上位机的串行通信，使上位机能对现场数据进行汇集、整理和分析。通常PC机都会提供RS-232C串行接口［2］，它可以进行长距离的数据传输，但它采用的是负逻辑：即逻辑“1”的电平是-5~-12V，逻辑“0”的电平是+5~+12V，

7、而51单片机的异步通讯口采用的正逻辑：即逻辑“1”为高电平3.8V，逻辑“0”为低电平0.3V。因此PC机与单片机进行通讯必须进行电平的转换，本设计中采用了MAX232芯片来进行转换，该芯片采用单一的+5V供电，外围电路简单，运行可图2上位机主界面靠。PC机的某个串行口通过电缆线与RS232收发器MAX232的电平端口连接，MAX232的逻辑电平端口与单的脉冲方波，由图2可知，该波形的频率为0.8Hz，周期片机的串行口相连，PC机RS232的9针连接器的1脚、4为1.2s，最小值（低电平）为0V，最大值（高电平）为脚、6脚、7脚、

8、8脚和9脚不用连接。4.9V。为实现通讯正常，串口的初始化程序如下：（3）信号采集电路IfMSComm1.PortOpen=FalseThen‘打开串口在信号采集电路中，用了一片ADC0809作为转换芯MSComm1.PortOpen=True片。