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1、第34卷第5期电子工程师Vo.l34No.52008年5月ELECTRONICENGINEERMay2008基于LabVIEW的高速数据采集系统蔡文智,陈德为(福州大学机械工程及自动化学院,福建省福州市350002)摘要:介绍了一种基于虚拟仪器编程语言LabVIEW和STC单片机的经济实用的高速数据采集系统。详细介绍了该系统的软、硬件设计方案。系统具有较高的采样速率、良好的可靠性、通用性和3可扩展性,同时开发效率较高,其实际最高采样
2、速率达到了3010次采样/s,12位A/D转换精度,能满足绝大多数采样场合的速度要求。关键词:数据采集系统;LabVIEW;虚拟仪器;单片机中图分类号:TP274.2STC单片机的晶振频率最高可达90MHz,这使得0引言该单片机的运行速度大为提高,是其他大多数同类单VI(虚拟仪器)是基于计算机的软硬件测试平台,片机不可及的。在应用时,需根据实际情况设定晶振与传统仪器的不同之处在于VI结合了计算机技术,其频率,本系统采用11.0592MHz的晶振。强大的功能完全超出了仪器概念本身。数据采集是
3、此外,PLCC44封装形式的STC单片机还具有LabVIEW的核心技术之一,也是LabVIEW与其他编P4.0~P4.3这4个I/O口,这就很好地解决了单片机程语言相比的优势所在。I/O口经常不够用的问题。针对数据采集卡比较贵的现状,本文采用单片机2.1.2AD574芯片小系统作为前端数据采集系统,进行数据采集,然后通AD574是一个完整的12位逐次逼近型带三态缓过RS232串口通信将数据送给计算机,在LabVIEW冲器的A/D转换器,集成了3个模拟量输入、6条控制开发平台下,对数据进行各
4、种处理、分析,并对信号进线、3条测试/调零线和3条电源线,具有低噪声、低功行存储、显示和打印,从而实现了一种在LabVIEW环耗、高精度、高分辨率和高采样率的优点,其性能如下:境下的单片机高速数据采集系统。a)内部集成有转换时钟、参考电压源和三态输出12数据采集系统方案设计锁存器,非线性误差小于LBS或1LBS,一次转22.1数据采集电路的原理换时间为25s,可直接与单片机接口,不需要外接时钟电路。本系统硬件结构如图1所示。MCU采用STC89C516RD+芯片,A/D转换器采用AD574
5、芯片,b)输入模拟电压既可以是单极性,又可以是双极通过RS232串行口与PC机进行通信,构成一个高速性。本文所设计的数据采集系统采用双极性。数据采集系统。c)数字量的位数可以设定为8位,也可以设定为12位。其真值表如表1所示。根据表中数据可实现不同转换要求。本文的数据采集系统采用12位精度。表1AD574真值表图1数据采集系统硬件结构CECSR/C12/8A0操作2.1.1STC89C516RD+单片机0XXXX无STC89系列单片机是MCS51系列单片机的派生X1XXX无10
6、0X0初始化12位转换产品,它们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准100X1初始化8位转换8052单片机完全兼容。该芯片内集有63kB闪存,1011X允许12位并行输出1280B内存RAM,适用于小型嵌入式系统。10100输出高8位10101输出低4位(另4位为0)收稿日期:20070920;修回日期:20080307。注:X为任意值。基金项目:福建省科技厅基金资助项目(2005K010)。!72!第34卷第5期蔡文智,等:基于LabVIEW的高速数据采集系统!计算机与自动化技术!
7、2.1.3系统硬件电路图5所示为用LabVIEW编写的串口通信接收数针对高速数据采集的需要,为了节省运行时间,本据部分的程序。系统采用了以下措施以提高采样速度:a)采用的STC89C516RD+芯片为RISC型8051内核,1个时钟周期/机器周期,速度比普通8051快12倍,且最高的晶振频率可达90MHz。b)采用的AD574芯片为高精度、高采样率芯片,一次转换时间仅为25s,并且转换后的数据为并行输图5用LabVIEW编写的串口通信程序出,大大节省了运行时间。c)采样后的数据先暂存在下
8、位机的6264RAM图6所示为用LabVIEW编写的数据采集系统的中,待采集完全部所需的数据点后才一起通过串口传人机界面。到上位机中,进一步节省了程序运行时间。本系统的硬件结构框图如图2所示。图2系统硬件结构框图图6基于LabVIEW的数据采集系统人机界面2.2软件编程软件编程主要包括:下位机数据采集程序、上位机3结束语可视化界面程序、单片机与PC串口通信程序。单片由于LabVIEW程序语言具有友好的界面、高效的机采用C51语言编程,上位机的操作显示界面采用编程,因而在测控等领域得到
