NI公司于20世紀(jì)70年代提出了虛擬儀器的概念。虛擬儀器是在以計(jì)算機(jī)為核心的平臺上，由用戶設(shè)計(jì)，具有虛擬面板，由軟件實(shí)現(xiàn)測試功能的計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，是計(jì)算機(jī)與測試儀器相結(jié)合的產(chǎn)物。虛擬儀器最常用的編程語言為LabVIEW，是NI公司的基于圖形化編程語言的虛擬儀器開發(fā)工具，利用它可以輕松組建一個測試系統(tǒng)而無需進(jìn)行繁瑣的代碼編寫。因此虛擬儀器大大突破了傳統(tǒng)儀器在靈活性，以及數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的不足，其主要優(yōu)勢在于：用戶能夠根據(jù)需求靈活的進(jìn)行功能修改和擴(kuò)展；人機(jī)界面為視窗界面，形象直觀；網(wǎng)絡(luò)連接簡單易行，便于組建測控網(wǎng)絡(luò)[1]。

　　摘要：在此利用廉價(jià)的MCS51單片機(jī)設(shè)計(jì)了包含常用傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊與USB通信接口的LabVIEW實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用USB接口與上位機(jī)通信并提供電源，而上位機(jī)編程直接調(diào)用VISA驅(qū)動USB接口，大大降低了數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)的難度。該系統(tǒng)可以滿足大學(xué)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，性價(jià)比高，具有良好的推廣前景。

　　關(guān)鍵詞：MCS51,數(shù)據(jù)采集,USB,LabVIEW,VISA

　　0引言

　　目前虛擬儀器在通信、汽車、測控等行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。相應(yīng)的各大高校也在NI公司的支持下，陸續(xù)開設(shè)了虛擬儀器課程，組建了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)室，如西安交大利用虛擬儀器講授信號處理；天津大學(xué)開設(shè)的智能檢測儀器課程。

　　目前國內(nèi)高校教授虛擬儀器課程使用的信號采集板多為NI公司的數(shù)據(jù)采集板卡，如USB600X，USB92XX，PCI62XX系列[2]。這類板卡雖然性能優(yōu)良，配套軟件齊備，但是作為高校教學(xué)也存在不足之處。首先NI公司只賣板卡不賣技術(shù)，這樣在教學(xué)中教師和學(xué)生只能使用板卡，而不能掌握虛擬儀器硬件系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)和技術(shù)細(xì)節(jié)；其次這類板卡一般價(jià)格較貴，普遍在2000元以上，相對高校而言開課成本太高，這一點(diǎn)對于欠發(fā)達(dá)地區(qū)的一般學(xué)校尤為突出。

　　本文利用廉價(jià)的MCS51單片機(jī)設(shè)計(jì)了包含常用傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊與USB通信接口的LabVIEW實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，并編制了常用的實(shí)驗(yàn)案例程序，滿足了本科生虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，且成本相對于NI的產(chǎn)品大大降低，針對高校市場具有良好的推廣前景。

　　1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1.1前端傳感系統(tǒng)

　　1.2數(shù)據(jù)采集與通信

　　數(shù)據(jù)采集使用12位ADC器件TLC2543，該器件具有11位模擬輸入端，可通過控制字靈活選擇不同輸入端口，適合于多傳感器輸入應(yīng)用。器件控制字輸入和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出都為串行模式，可以與51單片機(jī)以盡可能少的連線接口[4]。51單片機(jī)與上位機(jī)使用USB接口通信。USB接口基于單一的總線接口來滿足多種應(yīng)用領(lǐng)域的需求，其具有的即插即用、支持熱插拔、易于擴(kuò)展等特性極大地方便了用戶，已逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髁�。由�?1單片機(jī)自身不擁有USB接口，所以需要外接USB控制器。

　　2實(shí)驗(yàn)程序設(shè)計(jì)

　　傳統(tǒng)的開發(fā)USB應(yīng)用系統(tǒng)的步驟是：先用WindowsDDK（設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)包）或第三方開發(fā)工具（如DriverStudio）開發(fā)USB驅(qū)動程序，然后用VisualC++編寫DLL（動態(tài)連接庫），最后再調(diào)用DLL來開發(fā)應(yīng)用程序。顯然，這對Windows編程不熟悉的人來說有一定的難度。VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）是NI公司開發(fā)的一種用來與各種儀器總線進(jìn)行通信的高級應(yīng)用編程接口。VISA是一個綜合軟件包，不受平臺、總線和環(huán)境的限制，可用來對USB、GPIP、串口、VXI、PXI和以太網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行配置、編程和調(diào)試。LabVIEW通過調(diào)用VISA函數(shù)來實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的控制和通信。在這里主要使用了VISAOpen，VISAWrite，VISARead，VISAClose這4個VISA函數(shù)。與USB設(shè)備的通信過程分為4個步驟：

　　3結(jié)語

　　虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是虛擬儀器課程教學(xué)中不可或缺的設(shè)備，本文針對NI等主流數(shù)據(jù)采集板卡存在的價(jià)格昂貴且技術(shù)屏蔽問題，利用廉價(jià)的MCS51單片機(jī)設(shè)計(jì)了包含常用傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊與USB通信接口的LabVIEW實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。

　　該系統(tǒng)使用USB接口與上位機(jī)（PC）接口，LabVIEW通過調(diào)用VISA函數(shù)來實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的控制和通信，大大降低了程序設(shè)計(jì)的難度。系統(tǒng)可以滿足虛擬儀器教學(xué)的需要，且成本低廉，針對高校等價(jià)格敏感市場具有良好的推廣前景。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]劉君華，郭會軍.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

　　[2]泛華測控公司.數(shù)據(jù)采集軟硬件解決方案[R].http：//www.pansino.com.cn，2006.

　　[3]DallasSemiconductor.DS18B20programmableresolution1?wiredigitalthermometer[R].USA：DallasSemiconductor，2008.

　　[4]TexasInstruments.TLC254312?bitanalog?to?digitalconverterswithserialcontroland11analoginputs[R].USA：TexasInstruments，2006.

　　[5]ProlificTechnologyInc.PL?2303HXEditionUSBtoserialbridgecontrollerproductdatasheet[R].[2010?05?25].http：//www.wenku.baidu.com/view/c3c287.

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