一種基于C語言和LabVIEW的串口通訊程序的設(shè)計

李雪妍

(淄博職業(yè)學(xué)院，山東淄博 255314)

在工業(yè)控制與信息采集等領(lǐng)域，經(jīng)常需要單片機和PC機的共同完成指定工作。PC機運算速度快、容量大，單片機控制能力強。很多工作需要單片機采集數(shù)據(jù)，PC機處理數(shù)據(jù)。所以單片機與PC機之間的數(shù)據(jù)通訊必不可少，多數(shù)情況是單片機向PC機傳輸數(shù)據(jù)。

本文設(shè)計的串口通訊程序包括下位機、上位機以及數(shù)據(jù)傳輸通道。軟件設(shè)計中下位機以Keil uVision4作為開發(fā)平臺，采用C語言對單片機進行編程，C語言在功能上、可讀性、可維護性上優(yōu)勢明顯，易學(xué)易用。上位機以LabVIEW作為開發(fā)平臺，在工業(yè)和學(xué)術(shù)中LabVIEW是被應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺。其編程簡單，只需要通過交互式圖形前面板進行系統(tǒng)控制和結(jié)果顯示，再通過程序框圖進行功能模塊的組合和操作來制定各種功能。

1 串行通訊的實現(xiàn)方法

串口是計算機上一種通信協(xié)議，大多是計算機包含兩個基于RS-232的串口。單片機與上位機一般用RS-232串口通訊，RS-232(ANSI/EIA-232)是IBM-PC及兼容機上的串行連接標準，是PC機與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。其接口示意圖如圖1所示。

RS-232九芯接口共有9個接口。本設(shè)計只需連接三線：TXD、RXD和地線GND即可。TXD(pin 2)：串口數(shù)據(jù)輸出(Transmit Data);RXD(pin 3)：串口數(shù)據(jù)輸入(Receive Data);GND(pin 5)：地線。

圖1 RS-232九芯接口

圖2 串口通訊流程圖

圖3 VISA配置串口函數(shù)模塊

圖4 VISA寫入函數(shù)模塊

圖5 VISA讀取函數(shù)模塊

圖6 VISA關(guān)閉函數(shù)模塊

圖7 數(shù)據(jù)通訊流程圖

波特率是衡量計算機串口通信速度的指標，它表示每秒傳送位的個數(shù)，其單位是b/s(位/秒)，例如500波特率表示每秒發(fā)送500個bit；數(shù)據(jù)位是衡量計算機串口通信中時間數(shù)據(jù)位的指標。在RS-232通信協(xié)議中，實際傳送數(shù)據(jù)順序是：1位起始位、數(shù)據(jù)0、...、數(shù)據(jù)7、1位奇偶校驗、1位停止位；停止位用于標志單個信息包的最后一位，停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供了矯正時鐘同步的機會;奇偶校驗位是在串口通信中一種簡單的檢錯方式。當然沒有校驗位也是可以的。

圖8 VISA連線圖

圖9 上位機人機界面

2 下位機通訊程序設(shè)計

下位機基于ADuC845單片機通過Keil開發(fā)平臺進行編寫，下位機串口通訊程序?qū)?yīng)的流程圖如圖2所示。

2.1 串口初始化

串口初始化是數(shù)據(jù)通信程序中十分重要的一部分，初始化設(shè)置正確與否，將直接決定數(shù)據(jù)發(fā)送是否正確。串口初始化主要是對串口波特率的選擇。由于串口的觸發(fā)是由定時器3控制的，即通過定時器3設(shè)定波特率，設(shè)定好發(fā)送頻率，當達到定時間隔時，程序就會進入發(fā)送狀態(tài)。兩個專用寄存器T3CON和T3FD用于設(shè)置定時器3。

T3CON是波特率控制寄存器，用于設(shè)置UART(通用串口)的波特率和二進制分頻器(DIV)的分頻數(shù)。寫入DIV2～DIV0的數(shù)可用式(1)計算：

其中，

f

是由專用寄存器PLLCON所定義的內(nèi)核頻率，計算得到的DIV值需要取整。T3FD是所需波特率的一個分數(shù)分頻，其值由式(2)計算：

計算得到的T3FD的值需要取最接近他的整數(shù)。波特率可由式(3)計算：

2.2 發(fā)送數(shù)據(jù)

當完成串口初始化，并到達定時間隔后，就可以將數(shù)據(jù)傳送給串行數(shù)據(jù)緩沖器(SBUF)。然后數(shù)據(jù)就會按照RS-232串口通信協(xié)議傳遞到計算機中，從而被上位機接收處理。

由于串口是按位發(fā)送的，所以程序在數(shù)據(jù)發(fā)送前要先進行拆分處理，方便串口傳輸。發(fā)送數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)通信程序最重要的部分，只有完整有序的將數(shù)據(jù)發(fā)往上位機，才能得到正確的數(shù)值。

（1）記錄兩組手術(shù)指標：手術(shù)用時、術(shù)中出血量和住院時間；（2）觀察兩組并發(fā)癥：粘連性腸梗阻、低營養(yǎng)癥、腹壁切口裂開與應(yīng)激性潰瘍；（3）檢測兩組治療前后的體溫、凝血酶原時間（PT）值以及血氧飽和度指標。

2.3 清除標志位

由于每次發(fā)完一次數(shù)據(jù)，硬件會自動將TI標志位置1，所以需要軟件在每次發(fā)完后將其清零，否則將無法進行下一次的數(shù)據(jù)發(fā)送。此操作雖然簡單，但是在串口程序中很重要，很多時候就是因為對其處理不當，導(dǎo)致數(shù)據(jù)發(fā)送有誤。所以，準確及時地清除TI標志位十分重要。

對于以上設(shè)置部分程序代碼如下：

T3CON=0x85; //初始化設(shè)置，串口通訊 9600

T3FD=0X12;

SCON=0X52; //8位UART，波特率可變，接收

SBUF=data; //發(fā)送數(shù)據(jù)

while(TI==0); //清除標志位

TI=0;

通過下位機程序?qū)崿F(xiàn)了對數(shù)據(jù)的實時發(fā)送，接下來就需要上位機程序?qū)?shù)據(jù)進行接收。

3 上位機通訊程序設(shè)計

為使下位機采集的信息能上傳到上位機，必須設(shè)計通訊接口程序。由于計算機和下位機采用的RS-232串口通信協(xié)議，所以上位機也要采用串口通信。其大致結(jié)構(gòu)與下位機數(shù)據(jù)通信程序相同，其不同在于下位機是發(fā)送數(shù)據(jù)，上位機是接收數(shù)據(jù)。

上位機編程所用的軟件是LabVIEW，其采用的是圖形化編程，要編制串口通訊程序就需要對串口功能模塊VISA進行配置和連接。VISA是虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)框架(virtual instrumentation software architecture)的簡稱，是一個調(diào)用底層代碼來控制硬件的高層API(應(yīng)用程序接口)。VISA常用的函數(shù)由以下四個：

(1)VISA配置串口，如圖3所示。

功能：設(shè)定波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗位等參數(shù)，將VISA資源名稱指定的串口按特定設(shè)置初始化。

(2)VISA寫入，如圖4所示。

功能：將“寫入緩沖區(qū)”的數(shù)據(jù)寫入VISA資源名稱指定的串口。

(3)VISA讀取，如圖5所示。

功能：從VISA資源名稱指定的串口中讀取指定字節(jié)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)。

(4)VISA關(guān)閉，如圖6所示。

功能：關(guān)閉VISA資源名稱指定的串口會話或事件對象。

上位機通訊接口程序流程圖如圖7所示。

按照流程圖，利用VISA函數(shù)模塊，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)線進行連接設(shè)置，圖8為部分VISA接線圖，圖9為LabVIEW的前面板，也就是上位機的人機界面。

4 結(jié)語

單片機與計算機通訊在工業(yè)和日常生活中發(fā)揮著巨大作用，本文設(shè)計了一種利用C語言和LabVIEW實現(xiàn)單片機與計算機串口通訊方法。軟件設(shè)計遵循模塊化設(shè)計方法，提高了程序的執(zhí)行效率和易讀性，運行簡單方便。在上位機中只要對LabVIEW稍加擴展便可實現(xiàn)計算機對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換、存儲等數(shù)據(jù)處理操作。