基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统—上位机部分

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学

2、校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定

3、，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论

4、文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告

5、、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统 上位机部分摘 要基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统可分为上位机和下位机两部分。上位机采用LabVIEW编程，PC通信自带串行口，和单片机进行远程通信；下位机选用51系列单片机，用C51语言编程，单片机外围电路将采集到的温度信息传给单片机，单片机再将其传导上位机。本文为上位机部分，利用LabVIEW开发环境设计PC机上位机的监控界面，上位机通过串行口与下位机的单片机通信，从而实现对过程参数的测量和控制。上位机程序主要有串口程序、温度预警系统、数据存储和数据回房部分，通过串口程序采集数

6、据，温度预警系统对采集到的温度加以标示，数据存储部分用于存储温度数据，数据回放部分用于历史分度的查询。该控制系统设计简单，简化了系统与硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。关键词：温度测试；串口通信；LabSQL；数据存储；数据回放Multi-Point Temperature Measurement System Based on LabVIEW and DS1820Part of LabVIEWAbstractMulti-Point Temperature Measurement System Based on LabVIEW and DS1820 can Can be divide

7、d into upper and lower plane of two parts. PC using LabVIEW programming connect with single-chip remote by its own serial port. The lower plane selected under the 51-bit single-chip machine using C language programming. Peripheral circuits present the communication to single-chip.and then single-chi

8、p bring the communication to PC part. This article is part of PC which design scontrol interface of PC with condition of LabVIEW. PC connect with single-chip by rows in order to ompletion of the purpose of meteragement and control of process parameters. Procedures for PC are serial process, temperat

9、ure warning, data storage and data playback.The control system is designed to be simple,and easily for modified or scalability.Key words: temperature test ; serial communication;data storage;data playback.目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 设计背景11.2 工作原理1第二章 设计环境介绍32.1 虚拟仪器32.1.1虚拟仪器的开发32.1.2虚拟仪器的结构、分类、特点62

10、.1.3 PC仪器的构建实例82.1.4 PC仪器与传统仪器比较122.1.5 PC仪器的发展前景142.2 LabVIEW的开发152.2.1 LabVIEW的作用162.2.2 LabVIEW的优点172.2.3 LabVIEW的起源与发展历程182.3 Access数据库的开发192.4 ODBC数据源202.5 ADO与数据库的交互技术22第三章 软件程序设计233.1 串口程序编译233.1.1 VISA库中的串口函数233.1.2 串口程序设计263.2 数据库程序编译273.2.1 LabVIEW中与数据库接口的方法283.2.2 数据库访问的工具包LabSQL开发283.2.3

11、 LabSQL的配置293.2.4 利用LabSQL开发的基本步骤303.2.5 LabSQL功能模块303.2.6 程序编译313.3 温度报警系统343.4 登陆程序35第四章 总结37参考文献38致谢40内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 设计背景随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。LabVIEW是一个划时代的图形

12、化编程系统，应用于数据采集与控制、信号分析等方面，它为不熟悉文本语言编程的专业科技工作者在测控领域建立计算机仪器系统虚拟仪器，提供了一个便捷、轻松的图形化设计环境。由于其灵活、简单易用、开发效率高等特点，正逐渐成为科技工作者进行仪器应用与开发的得力工具。数据采集是开发过程中一个重要的环节，采用以8位单片机AT89S51作为前端数据采集，通过串口进行与LabVIEW的数据通讯，就可实现低成本、灵活方便、接口简单的数据采集系统。这对于许多信号频率不是太高的场合，此方案无疑非常便利。本文所介绍的就是这样一种利用LabVIEW 对AT89S51的数据进行分析处理，并通过串口实现二者之间的数据交换、经济

13、实用的数据采集及分析系统。1.2 工作原理基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统可分为上位机和下位机两部分。上位机采用LabVIEW编程，PC通信自带串行口，和单片机进行远程通信；下位机选用51系列单片机，C语言编程，单片机外围电路将采集到的温度信息传给单片机，单片机再将其传导上位机。上位机部分是利用LabVIEW开发环境设计PC机上位机的监控界面，上位机通过串行口与下位机的单片机通信，从而实现对过程参数的测量和控制。该控制系统设计简单，简化了系统与硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。为了实现PC机和单片机的串行通信，还需要设计一个电平转换电路。系统组成框图如图1.1。图1

14、.1 系统组成框图笔者负责上位机的设计。上位机主要包括串口通信程序、温度预警系统、数据存储和数据回放程序。另外，为了增加设计的完整性，还加了一个简单的登录系统。上位机程序组成框图入图1.2所示。图1.2上位机程序组成框图第二章 设计环境介绍2.1 虚拟仪器National Instruments（美国国家仪器有限公司）在业界率先提出“虚拟仪器”（Virtual Instrumentation）概念至今已有20年了。在这20年里，NI逐步改变了全世界工程师和科学家们对于测量和自动化的方法。今天，全世界的工程师和科学家们正在成千上万个应用系统中使用“虚拟仪器技术”，从而达到缩短开发时间、提高产品品

15、质并降低生产成本的共同目的。同时，虚拟仪器技术也正逐渐趋于成熟和完善的境界。 虚拟仪器系统的基本构架包括功能强大的软件、模块化的测量硬件及标准商业科技（如个人计算机和网际网络）。虚拟仪器技术包含了专为控制应用设计的软件及针对不同频率与精确度范围的通用测量硬件，因此，工程师可以在测试或控制应用中自行定义测量功能。这些软硬件工程工具能紧密地与开放式的商业计算机平台整合使用，充分利用不断进步的计算机科技以获取高效率、高性能及低成本的利益。同时，其应用范围极其广泛，从汽车到消费电子，从石油到燃料能源，横跨数百个工业领域。 随着莫尔定律的持续发展及个人计算机技术的日新月异，虚拟仪器系统的功能也越来越强大

16、。个人计算机的内存、影像处理、输入输出及中央处理单元的性能每年都在提高，而这些技术都有利于“虚拟”的测量和自动化系统的发展。从15年前个人计算机的出现至今，其性能已提高了1000倍，而其价格却不断地下降，因此，这些功能强大、性能可靠、成本低廉的计算机系统被广泛应用到实验室的产品研发及生产线上产品的制程中。个人计算机的不断发展进步不仅使得虚拟仪器系统成为一种低成本、高弹性的解决方案，更大大提升了企业生产率，而这是传统独立的仪器设备所无法比拟的优势。 2.1.1虚拟仪器的开发一、开发过程 托马斯爱迪生（Thomas Edison）以其留声机和电灯的创新发明而闻名于世，当时和他一起工作并取得这些成功

17、的人数并不多。反观今日，（研发）团队已然成为大型企业、项目研究的主要栋梁，涉及的工程师和科学家不计其数，如此庞大的团队却没有人能够完全了解所致力于研究和开发的项目。最近，虚拟仪器系统提高了工程师们的工作效率，为公司创造突破性革新技术的小组格局，同时大大提高了整个企业的生产率。个人计算机的强大处理功能、模块化硬设备的多功能性以及专为工程师们设计的现成即用的软件使小组成员有机会充分发挥他们的创造力，从而为各种应用建置完善、先进的系统。 虚拟仪器技术帮助工程师们更容易了解并掌握测量系统。例如，以往工程师们总是使用几台单独的仪器设备分别进行各种物理量的测量，然后以手动方式进行初步的运算和分析；而现在，

18、利用分析软件与简单的测量硬设备，就可以毫不费力地建置一套成本低廉且具有各种仪器功能的系统。 功能强大、现成即用的软件使整个过程自动进行。工程师们使用个人计算机轻易就能完成整个资料撷取、分析和显示的工作，同时却不影响到测量系统的性能或功能。例如，NI LabVIEW简易的流程图编辑程序风格使得工程师们可以快速建置符合自己特定要求的应用程序，不管他是否有过编辑程序的经验。NI LabVIEW正是一个革命性的软件工具，它为工程师们提供的帮助就好像电子制表软件简化财务会计们繁重的工作量一样。而且，与硬设备的紧密整合使它更简单地实现测量和控制自动化，同时能充分利用个人计算机的分析、显示和网络连接功能。

19、随着测量和控制应用领域对系统性能和灵活性要求的不断提高，软件的设计功能也日渐重要。购置工程应用开发平台并拥有其最佳性能，可以使企业大大缩短开发时间并提高每个工程师的工作效率。配备了这样强有力的工具，企业才能在剧烈的竞争中赢得最终胜利。这一方法使得工程师们可以专注于应用系统的开发而非花大量的时间去迎合操作系统的升级或网络的转移等变化，从而实现工程资源的有效利用。 二、确保投资 测量系统历来被称为“自动化的荒岛”，因为您必须为每个单一的应用专门设计一套独立的系统。有了虚拟仪器系统，模块化的硬件组成及开放式的工程应用软件可以帮助您简单地使一套系统同时符合各种测量应用的要求。 软件标准如OPC（OLE

20、 for Process Control），IVI（Interchangeable Virtual）保证了软硬件紧密的整合及硬设备的可互换性。工程师们不用再花上几个星期实现资料撷取软件与测量硬设备之间的通信。OPC为应用软件与各种硬件之间的通信问题设定了标准，使来自不同供货商的应用软件都符合这一标准。正如OPC提高了设备互用性，IVI也为互换使用不同生产商提供的硬件定义了一套方法使用同一软件。在实验室自动化中，当整个系统的寿命比一台仪器长得多时；在生产测试中，当您需要为新的生产线更改测量设备以符合应用要求时，这一特性尤为重要。 为了满足人们的测试系统不断变化的需要，开放式的平台如PXI（PCI

21、 extensionsfor Instrumentation）可以简单地将来自不同生产厂商的测量设备整合到一个共同的系统中，并在新的技术出现或者应用系统需要发生改变时可以方便地将其进行修改或扩展。使用PXI系统，人们可以将一些常用的测量应用如机器视觉、运动控制和资料撷取快速整合，且不需花费过多宝贵的开发时间即可建置多功能的应用系统。开放式的PXI平台将工业标准科技如CompactPCI、Windows操作系统与嵌入式的触发结合在一起，提供一个比个人计算机更耐用、更具有确定性的系统。同时，因为它是建立在熟悉的PC软硬件基础上，且可以与各种现成即用的开发软件整合使用，因而简化并加速复杂应用系统的开

22、发过程。 三、超越了PC的功能 虚拟仪器技术融合了PC技术及商业科技如网际网络，促进测量和自动化技术的发展。现在，虚拟仪器技术正在利用PC范畴以外的最新的技术革新。例如，实时控制与嵌入式控制器也早已属于特殊程序开发的范围。现在，工业标准科技的发展，利用更可靠的操作系统、功能更强大的处理器将更高一级的控制和确定性引入到虚拟仪器系统中。这意味着更多的测试和控制工程师们将有新的机会开发更加完善的实时的嵌入式系统。如NI LabVIEW RT（实时控制）的软件即可以进行PC上的开发，又可以实现实时控制的嵌入式应用系统的开发 。工程师们无需苦于学习即可将自己的知识面扩展到新的应用领域，因为开发软件本身已

23、包容了新兴的计算机技术。 网际网络的潮流将资料共享带入了一个新的阶段，加速了虚拟仪器的网络技术及远程监控技术的发展，而这些技术是传统独立仪器不可能实现的。虚拟仪器技术可利用网际网络的功能，将来自测量或控制设备中的资料直接传送到Web网页上，或是用掌上型的数字工具读取资料，甚至还可以将数据传输到手机上。使用虚拟仪器技术，人们可以使用网际网络的强大功能远距离控制仪器设备，或是与远在其它办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目。 四、21世纪的虚拟仪器技术 未来的这种连通水平将会更高，届时将赋予模块化新的定义。随着网际网络和无线技术的不断发展，工程师们不仅能够重新使用模块化的组成部分，还可以更方便

24、地在全球范围内共享知识和经验巩固开发过程每个阶段工程师们的努力成果。 商业科技的发展浪潮将会继续，同时也将虚拟仪器技术推向新的领域。因此，性能的提高将节省宝贵的开发及系统整合时间，同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本。没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度，但可以肯定的是PC与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心。2.1.2虚拟仪器的结构、分类、特点一、虚拟仪器的组成 虚拟仪器系统主要由计算机、硬件卡、软件及附件组成，可以根据用户的要求，灵活地构建自己的测试仪器（系统）。虚拟仪器的核心是软件，它主要由硬件驱动软件 （由硬件生产厂家提供） 、系统操作平台（如Windows） 、应

25、用编程软件（如LabVIEW）等组成，可以完成所有的测试要求。在系统开发平台方面，美国NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI和 AGILENT 公司的 HP-VEE 以及 HEM Data 公司的Snap-Master 等都是很好的工具。其中 LabVIEW 的功能最强，应用最广泛。 二、虚拟仪器的分类根据计算机的发展和采用的总线不同，虚拟仪器可以分为以下3类。 （1）VXI仪器：VXI仪器是基于VXI总线组建的仪器。 VXI 是 VMEbus extensions for instrumentation 的缩写。它是继GPIB之后为适应测量仪器从分立的台式和机架式结构发展为更

26、紧凑的模块式结构的需要而提出的一种新的总线标准（1987年）。该类仪器是在PC机等新技术成果的基础上融汇了VME总线和GPIB而产生的。 它具有开放的标准、严格的RFI/EMI屏蔽、定时和同步精确、模块可重复利用等优点，有众多厂家的产品支持，适用于大型的测试系统，但价格昂贵。 （2）PXI仪器：PXI仪器是基于PXI总线组建的仪器，类似于目前常用的VXI总线仪器，但是比VXI 便宜很多。PXI 是 PCI extensions for instrumentation 的缩写。它是在PCI总线的基础上增加了一些仪器特性（如同步触发，内部总线，10M参考时钟等）。PXI扩展性很好，最多可以扩展到2

27、55个机箱和上千个模块，而且结构可靠，在抗振动、冲击、电磁兼容、便携性等方面性能都不错。目前，PXI正逐渐形成中高档性能虚拟仪器的主流。 （3）PC 仪器（也称 PCI 仪器） ：一般的 PC 机有PCI和ISA总线插槽，但现在ISA总线插槽逐渐减少，PCI总线的插槽居多，所以以下介绍的PC仪器都是基于PCI总线组建的仪器， 它利用PC机内的PCI 总线扩展槽，插入相应的功能卡来完成测试功能。PCI是 Peripheral Component Interconnect Special Interest Group (外围部件联合专门权益组织)的缩写。PCI 总线是 Intel 公司于 1991

28、 年提出的，1992年由上述组织正式公布。该类仪器的主要特点是经济，但要考虑总线的限制、电源的功率及噪声水平。三、虚拟仪器的优点 虚拟仪器具有以下优点： （1） 成本低廉：约为同类台式仪器的 1/101/2。 （2）功能强大：虚拟仪器是开放的仪器系统，可以满足用户对功能设置的灵活多样要求。通过增减不同功能的模块，可随意修改、增减仪器的功能，这是现行传统仪器无法比拟的。由于虚拟仪器与电脑紧密结合在一起，可以方便地利用电脑的一切硬件和软件资源，实现虚拟仪器软件与其它软件的配合，完成很多复杂系统之间的协调工作、数据共享、报表制图、远程访问监控等传统仪器不可能做到的功能。 （3）集成度高：虚拟仪器可以

29、做到将一个系统所需的很多仪器模块安装在一台电脑上，而不是像传统仪器那样需要将很多不同的台式仪器叠在一起，体积庞大，携带困难。（4）质量可靠：虚拟仪器的硬件平台是PC机（或工控机） 。PC 机在稳定、可靠、精确、标准化等方面已达到相当高度，质量可靠。因此虚拟仪器的整体系统质量主要取决于软件的稳定度和模块卡的质量，相对而言，控制这两个对象的质量将比控制一台仪器整机的质量容易得多。 （5）维护、维修方便：虚拟仪器模块如果出了故障，可以马上很方便地卸下出故障的模块，再换上一块新的模块，就可以实现系统的正常运行，这样既不影响其它模块的功能；又大大缩短了系统出故障时的反应时间，提高了系统可靠性。2.1.3

30、 PC仪器的构建实例一、PC仪器的特点 这种方式主要是充分利用 PC 计算机的总线、机箱、电源及软件的条件，在PC机的PCI总线插槽或ISA总线插槽插入数据采集卡或仪器卡，并由驱动程序和应用软件（如美国NI公司的LabView）对卡进行控制，完成对信号的采集（输出） 、处理、分析、存储等。这种插卡式仪器价格便宜，又由于目前计算机非常普及，因而用途广泛、组建系统方便，特别适用于频率不是太高的各种测试场合。二、PC仪器卡及软件的种类和供应厂商 PC仪器主要包括硬件和软件， 支持这些仪器产品的厂商多达几百家，大多以国外厂商尤以欧美仪器厂商为主。目前，我国的企业也意识到虚拟仪器的巨大商机，已积极投入到

31、虚拟仪器的研发和生产中，迄今也占有一定的市场。 下面列出几家具有代表性的厂商。 （1）美国NI公司：该公司是虚拟仪器的倡导者，其产品丰富，精度高，主要有：任意波形发生器；数字多用表；示波器以及各种数据采集卡（包括：多功能I/O卡、信号调理卡、模拟输入卡、数字输入卡等） ；软件平台 LabVIEW(全球最受欢迎的测试软件)和Labwindows/CVI等，它们可以组成任意的测试系统。 （2）美国 AGILENT 仪器公司：该公司是世界上最大的电子测量仪器公司,它不但有各种类型的台式仪器，而且也是虚拟仪器的较大供应商。它的产品以VXI产品为主，产品种类齐全，也有自己的软件平台HP-VEE。 （3）

32、台湾厂商：包括研华、凌华、研祥等公司，主要提供以工控机为主的低端数据采集卡，不提供软件平台， 但这些硬件产品能与美国NI公司的LabVIEW或VB、VC等应用软件结合使用。 （4）英国 RACAL 仪器公司：它是欧洲较为著名的VXI、PXI虚拟仪器的产品供应商，其产品大都应用于航天、军工、电子、通信等多个领域。产品种类主要有高低频开关卡、 微波/射频多路器和矩阵卡、任意波和信号源等。 （5） 美国的PC仪器公司： 它生产各种仪器卡，价格与NI公司产品接近。三、PC仪器构建实例 考虑到虚拟仪器的广泛性，以及虚拟仪器的多种组建方式，下面仅以一套数据采集卡和一套数字化仪器（卡）组建多功能综合测试系统

33、为例作较详细的说明。 （1）灵活的系统配置 配置 a：一块 PCI 数据采集卡（PCI-6024E），一台PC机； 一套LabVIEW软件 （也可选用其它软件；如VB、VC+、Delphi）；一套接线端子和一根扁平电缆。 配置b：一块PCI示波器卡（PCI-5112）；一台PC机；一套LabVIEW软件。 （2）能达到的主要功能 无论是配置 a，还是配置 b，它们均能利用LabVIEW 的强大函数（库）功能，很方便地对输入信号进行采集、显示、分析和测量，并能产生各种波形的信号，可达到示波器、电压表、频率计、功率计、 频谱分析仪及函数发生器等多种仪器的功能。利用它的信号输出，还可进行有源或无源网

34、络特性的测量。与此同时，它还可将上述观察到的波形、参数等信息进行存储和打印，甚至可以通过 Internet实现网上的实时数据发布、故障诊断、远程监视和控制。 现以一块PCI-6024E数据采集卡为例，它组建的“多功能综合测试系统”可达到如下性能： 16路的单端输入或8路差分输入； 采样速率200kS/s； 输入、输出分辨率为12Bits； 输入范围：10V； 二路输出，最大输出电压为10 V； 测量（显示）精度一般为10-4，具体的绝对和相对精度，包括精度随时间的漂移量，每块卡都附有一张详细校准表，并可定期校准。 由它组成的测试系统可以输出频率为 05kHz的任意波形；可显示测量010V、频率

35、为0100KHz的各种波形；可实时分析所采波形的频谱；可以满足大多数的工业现场控制和数据采集。 可用于科研、生产和学校等单位低频段各种硬件电路的研制、开发及调试等工作。 如果使用一块NI公司生产的PCI-5112数字化仪器（卡） ，能够完成大量与使用传统示波器相同甚至更多的测量任务。它可以提供： 2.5GS/s的随机间隔采样速率； 100MHz的带宽； 100MS/s的实时数据采样率； 8bit的分辨率。以上技术规格可以满足大多数科研生产人员对信号的测试要求，而且随卡还带有很多个测量库函数和完整的软件化面板。同时还可根据需要进一步运用LabVIEW等软件强大的测量函数和可任意设计的软件化面板，

36、使科研生产技术人员根据项目和产品的需求改变测试系统的配置，更符合虚拟仪器的人性化的特点。相比较而言，如使用一台台式仪器，则不仅价格高，而且功能上远不如虚拟的丰富（如无频谱测量分析等功能）。 （3）用户界面图 以PCI-6024E数据采集卡为例， 重复频率为5Hz的函数发生器输出的各种波形及输出波形频谱图比传统示波器更直观、清晰和生动。图2-1示出了其锯齿波波形及输出波形频谱。图2-1 重复频率为5Hz的函数发生器输出的锯齿波波形及输出波形频谱2.1.4 PC仪器与传统仪器比较 下面以 PCI-6024E 数据采集卡和 PCI-5112 数字化仪器（卡）组建的多功能综合测试系统与传统的台式仪器做

37、一个比较。一、成本比较 上述配置a：用PCI-6024E等卡组建的一套 “多功能综合测试系统” ，其卡只有730美元，相应的软件供应商一般都会免费赠送。加上一台PC机，总成本也不会超过2万元人民币。当然，要提高采样速率到10MS/s，其成本要达4万多元。 上述配置 b：用 PCI-5112 双通道数字化仪器(卡）组建的一套“多功能综合测试系统” ，其卡价格为3200美元，折合人民币24500元左右，但它可分析显示100MHz信号。如使用5102双通道数字化仪器（卡） ，价格约为人民币 14000 元左右，它可分析显示15MHz信号。如采用 PC Instruments 公司的双通道示波器卡，价

38、格约合人民币18000元左右。 但是，如果用传统的分立的台式仪器，不要说构建一个多路的数据采集系统十分复杂和困难，要达到上述诸性能的测试就需要好多台仪器，如：示波器、电压表、频率计、功率计、频谱分析仪、网络特性的测量仪及函数发生器。这些仪器累加起来，其价格起码要达到十多万元（光一台低频频谱分析仪就要达几万元）。 显而易见， PC虚拟仪器的成本要比传统的分立的台式仪器成本低。究其原因，主要是PC虚拟仪器充分利用了PC机的硬件和熟悉的Windows平台资源及相应的应用软件（LabVIEW）的强大功能。 二、功能比较 PC虚拟仪器与传统的分立的台式仪器比较，其功能和性能基本相仿。分立的台式仪器要实现

39、上述功能，需要许多仪器，而PC虚拟仪器要达到上述功能，只要把一块卡插入PC机内即可，而且，还可根据需要，从软件函数库中调用相应函数就可以了。 PC虚拟仪器的功能和性能 （测试精度、 分辩率）也不比传统的分立的台式仪器差。目前，仅高速数字化仪器其分辨率一般可达8bit （PCI-5112数字化仪） ，有的已经达到12bit。而对于低速的数据采集来说，一般都可达到12bit，最高可以达到24bit。测试精度也可达 10-310-4数量级。这样的分辩率和测试精度足以满足一般的测试要求。 在信号处理方面虚拟仪器比传统仪器的优越性更为巨大。这主要体现在虚拟仪器的软件技术优势，利用软件技术的优势可以很方便

40、地对信号进行各种参数的测量， 信号波形的函数运算、数学处理，以及数据的统计分析、频域分析、数字滤波器响应、曲线拟合、图象信息处理等，更为先进的联合时频分析、小波分析都可用软件技术轻松完成。而一般仪器仅能做简单的数学处理。此外，在波形显示方面，可以用编程的方式让显示的波形稳定，不晃动。尤其是低频段，PC虚拟仪器的优点更突出。其波形、测试的参数还可进行存储、传递和打印。总之在资源的共享性方面比传统的仪器也有很大的优势。 三、集成度比较 用传统的分立台式仪器构建，少说需要3台以上，其体积和重量的庞大则不言而喻，每个科研人员的实验台上看见的全是仪器。而由虚拟仪器组成的综合测试系统仅包括一台PC机和一块

41、插在PC机里的板卡。工作台上只有被测设备和一台PC机，显然，台面显得很简洁。如果使用笔记本电脑和笔记本电脑专用的仪器卡，或者PXI专用机箱和卡，就能更有效地缩小体积和减轻重量，且携带方便。2.1.5 PC仪器的发展前景 根据以上分析可知，由于虚拟仪器构建系统灵活， 系统功能强大（LabVIEW软件有丰富的函数库），集成度高，成本低，性能价格比高，所以，基于PC机构建的PC虚拟仪器具有广阔的发展前景。 近年来，计算机的应用十分普及，科研生产单位的工程技术人员几乎每人都拥有计算机，它被广泛用于科研生产的各项工作中。考虑到计算机的资源的丰富程度，为了更方便科研生产技术人员的工作，只要在计算机里插入一

42、、二块板卡，再安装一套软件，这样不用再花好多经费就可组建自己需要的虚拟仪器系统。 虚拟仪器的编程，目前也以可视化的交互界面为主，对于一般的熟悉计算机的工程师来说，学习起来也非常容易。即使没有编程经验，也可以在很短的时间内学会一些简单编程。因此，以计算机为基础的虚拟仪器作为科技人员常用的基本工具，这个观念在科技人员头脑中已初步确立，他们都想了解并使用虚拟仪器，这种观念上的突破是虚拟仪器飞速发展的强大推动力。 科学技术高速发展的今天，无论是计算机还是组建虚拟仪器用的板卡的性能和价格都将发生更大的变化。现在，越来越多的科技公司加入到虚拟仪器的产品开发中来，更多新的测量仪器系统采用了虚拟仪器的技术。这

43、一方面使虚拟仪器的种类更加完善、技术更加成熟；另一方面，也使虚拟仪器的竞争更趋激烈，技术的发展与竞争的激烈将使虚拟仪器的性能越来越好，价格越来越低，因而其普及率也将会越高。虚拟仪器从 1987 年问世至今只不过十来年，PC仪器出现时间更短（1992年） ，但由于它具有独特优势，因而发展迅猛。可以预计，测试仪器的变革，虚拟仪器的普及已为期不远。2.2 LabVIEW的开发虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70

44、年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW8.6，LabVIEW 8.6为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time工具对嵌入式平台开发

45、的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序的执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据决定了程序的执行顺序。他用图标表示函数，用连线雕饰数据流向。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器，万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对

46、象进行控制。这就是图形化源代码，又称G（Graphisc）代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于数据流程图，因此又被称作程序框图代码。前面板上的每一个控件对应程序框图中的一个对象，当数据“流向”该控件时，控件就会根据自己的特性以一定的方式显示数据例如开关，数字和图形。LabVIEW程序被成为VI（Virtual Instrument），即虚拟仪器，这是因为它的很多界面控件与操作都模拟了现实世界中的仪器，例如示波器与万用表。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。LabVIEW还包含了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示与存储。这些工具都是向导式的工具，

47、用户只需要一步步按照提示就可以实现与仪器的连接和参数的设置。而程序员也不用去记忆这些大量的函数，因为这些函数都以图标与名称的形式存在于一个小小的函数面板上，当然要用到某个函数时把它从函数面板上拖到程序框图中就可以了。这一切都是图形化带来的好处。2.2.1 LabVIEW的作用由于LabVIEW可以用来创建通用的应用程序，因此被成为一种通用的编程语言。但是它在测试、测量和自动化等领域具有更大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。同时他还提供了大量常用于自动化测试测量领域的图形控件。这使得用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、现实和存

48、储的自动化测试测量系统。因此它被广泛的应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制和生物医学等各个领域，涵盖了从研发、测试、生产到服务的产品开发所有阶段。今天欧美的许多高校非计算机专业的学生选修G语言并用它开发应用的软件的人已经超过C等文本语言。近年来我国高校G语言教学实践正在迅速开展。LabVIEW不仅可以用来快速搭建小型自动化测试测量系统，还可以用来开发大型的分布式数据采集控制系统。在美国Lawrence Livermore国家实验室，一共花费了2000万美金的极为复杂的飞秒激光切割系统系统就是基于LabVIEW开发的。该系统中，4台Windows NT 工作站用网络连接起来，L

49、abVIEW用来给激光提供测量、控制和自动程序，同时做为伴熟练操作者的高层用户界面。几乎安装了所有类别的I/O硬件：DAQ、GPIB、串口、远程控制SCXI、VME/VXI以及IMAQ成像。由于这个项目的极端重要性，因此本项目采取了正式的软件质量保证过程。软件开发总共用了4个年度，创建了约600个VI。2.2.2 LabVIEW的优点选择LabVIEW开发测试和测量用程序的一大决定性因素是其开发速度。通常，使用LabVIEW开发应用系统的速度比使用其他编程语言快410倍。这一惊人速度背后的原因在于LabVIEW易用易学，它所提供的工具使创建测试和测量应用变得更为轻松。LabVIEW的具体优势主

50、要体现在以下几个方面。（1）提供了丰富的图形化控件，并采用图形化的编程方法，彻底把工程师们从负责苦涩的文本编程中解放出来。（2）内建的编译器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译。因此用户在编写程序的过程中如果有错误，它会被立即显示出来。（3）由于采用数据流模型，它实现了自动的多线程，从而能充分利用处理器尤其是多处理器的处理能力。（4）通过DLL、CIN节点、ActiveX、.NET或MATLAB脚本节点等技术，可以轻松实现LabVIEW与其它编程语言混合编程。（5）通过应用程序生成器可以轻松地发布EXE、动态链接库或安装包。（6）LabVIEW提供了大量的驱动与专用工具，几乎能与任何借口

51、硬件轻松连接。（7）LabVIEW内建了大量600多个分析函数，用于数据分析和信号处理。（8）NI同时提供了丰富的附加模块，用户与扩展LabVIEW在不同领域中的应用，例如实时模块、PDA模块、FPGA模块、数据记录与监控（DSC）模块、机器视觉模块与触摸屏模块。2.2.3 LabVIEW的起源与发展历程早在20世纪80年代初引入计算机之前，几乎所有使用可编程一起的实验室都通过专门的仪器控制器用于控制他们的测试系统。这些价格昂贵而且功能单一的控制器通过一个必备的端口控制使用IEEE-488总线（即GPIB总线）的仪器。到了1983年，随着个人计算机的出现，National Instrument

52、s公司成为个人计算机GPIB硬件接口的主要供货商。然而当时用于控制仪器的软件变现不太好，当几乎100%的仪器控制程序都是用BASIC语言开发的。虽然BASIC有一定的优势，例如简单、可读性强的指令集以及可互交功能等，但是它存在一个根本性的问题：像其他文本编程语言一样，如果要通过计算机控制仪器，无论是科学家、工程师还是技术人员都必须懂的编程。他们必须把他们的应用软件和仪器使用的知识转化为文本，而这种过程多半是繁重而单调乏味的，尤其是对那些从来没有编程经验的人来说。National Instruments公司有一个专门致力于开发出一种用于开发仪器软件程序的工具，以减轻仪器编程工作压在工程师和科学家

53、身上的负担，但是他们当时并没有一个具体明确的概念。当1984年苹果公司推出了Macintosh计算机之后，情况出现了重要的转机。他们看到了这台小机器上的图形化特性后，就知道“图形化”就是他们今后要走的道路。因为相对于输入一串串的命令进行操作，人们使用鼠标和图形化界面时所发挥的创造力和高效率是前所未有的。图形化前面板是人与测量程序互交的最佳途径。前面板与实际仪器的面板十分相似，实际上，这些程序就是虚拟仪器。1985年6月他们开始编写程序代码，到10月完成了原型。1986年正式宣布了LabVIEW的诞生，同时NI的名字首次出现在杂志封面上。不过他们低估了后期调试所耗费的大量时间，因此直到1986年

54、10月LabVIEW 1.0才正式发布。自LabVIEW 1.0发布的20多年以来，LabVIEW从来没有停止过创新的步伐。不断地改进、更新与扩展，使LabVIEW牢牢占据了自动化测试、测量领域的领先地位。自LabVIEW 1.0发布后，1992年NI公司又推出了用于SUN和PC的LabVIEW 2.0版本，此后，每一个重大版本的发布都包括里程碑意义的特性和功能上的飞跃。在1998年发布的LabVIEW 5.0中已经提供了多线程支持功能，为现在的多处理器技术打下基础；LabVIEW的首个可以发布到实时OS的版本于1999年诞生；2003年LabVIEW 7 Express引入了波形数据类型，以

55、及一些互交性更强的、基于配置的函数；2005年推出了LabVIEW 8实现了分布式智能。2.3 Access数据库的开发Microsoft Access是一种关系式数据库，关系式数据库由一系列表组成，表又由一系列行和列组成，每一行是一个记录，每一列是一个字段，每个字段有一个字段名，字段名在一个表中不能重复。表与表之间可以建立关系（或称关联，连接），以便查询相关联的信息。Access数据库以文件形式保存，文件的扩展名是MDB。 Access 数据库由七种对象组成，它们是表、查询、窗体、报表、宏、页和模块。表(Table) 表是数据库的基本对象，是创建其他5种对象的基础。表由记录组成，记录由字段组

56、成，表用来存贮数据库的数据，故又称数据表。查询(Query)查询可以按索引快速查找到需要的记录，按要求筛选记录并能连接若干个表的字段组成新表。 窗体(Form)窗体提供了一种方便的浏览、输入及更改数据的窗口。还可以创建子窗体显示相关联的表的内容。窗体也称表单。 报表(Report)报表的功能是将数据库中的数据分类汇总，然后打印出来，以便分析。 宏(Macro)宏相当于DOS中的批处理，用来自动执行一系列操作。Access列出了一些常用的操作供用户选择，使用起来十分方便。模块(Module)模块的功能与宏类似，但它定义的操作比宏更精细和复杂，用户可以根据自己的需要编写程序。模块使用Visual

57、Basic编程。页是一种特殊的直接连接到数据库中数据的一种WEB页。通过数据访问页将数据发布到Internet 或Intranet上，并可以适用浏览器进行数据的维护和操作。ACCESS 在应用中是有一定缺陷的，首先安全性不够，加了用户级密码容易被破解,如果做为服务器的话，对服务器要求很高，否则容易造成 MDB 损坏。对高强度操作适应性差，如果服务器不够好，网络不够好，编程的方法不够好，多人同时访问就能导致 MDB 损坏。不能将 VBA 代码开发的软件系统直接编译成 EXE 可执行文件，不能脱离 ACCESS 或者 ACCESS RUNTIME 环境，该环境相对其他软件体积较大（50M左右）。每

58、个数据库文件最大限制只有2G，对于大型网站显然不能够胜任。2.4 ODBC数据源ODBC(Open Database Connectivity，开放数据库互连)是微软公司开放服务结构(WOSA，Windows Open Services Architecture)中有关数据库的一个组成部分，它建立了一组规范，并提供了一组对数据库访问的标准API（应用程序编程接口）。这些API利用SQL来完成其大部分任务。ODBC本身也提供了对SQL语言的支持，用户可以直接将SQL语句送给ODBC。 一个基于ODBC的应用程序对数据库的操作不依赖任何DBMS，不直接与DBMS打交道，所有的数据库操作由对应的DB

59、MS的ODBC驱动程序完成。也就是说，不论是FoxPro、Access还是Oracle数据库，均可用ODBC API进行访问。由此可见，ODBC的最大优点是能以统一的方式处理所有的数据库。 一个完整的ODBC由下列几个部件组成： 应用程序(Application)。 ODBC管理器(Administrator)。该程序位于Windows 95控制面板(Control Panel)的32位ODBC内，其主要任务是管理安装的ODBC驱动程序和管理数据源。 驱动程序管理器(Driver Manager)。驱动程序管理器包含在ODBC32.DLL中，对用户是透明的。其任务是管理ODBC驱动程序，是OD

60、BC中最重要的部件。 ODBC 驱动程序是一些DLL，提供了ODBC和数据库之间的接口。 数据源包含了数据库位置和数据库类型等信息，实际上是一种数据连接的抽象。 应用程序要访问一个数据库，首先必须用ODBC管理器注册一个数据源，管理器根据数据源提供的数据库位置、数据库类型及ODBC驱动程序等信息，建立起ODBC与具体数据库的联系。这样，只要应用程序将数据源名提供给ODBC，ODBC就能建立起与相应数据库的连接。 在ODBC中，ODBC API不能直接访问数据库，必须通过驱动程序管理器与数据库交换信息。驱动程序管理器负责将应用程序对ODBC API的调用传递给正确的驱动程序，而驱动程序在执行完相

61、应的操作后，将结果通过驱动程序管理器返回给应用程序。 在访问ODBC数据源时需要ODBC驱动程序的支持。用Visual C+ 5.0安装程序可以安装SQL Server、 Access、 Paradox、 dBase、 FoxPro、 Excel、 Oracle 和Microsoft Text等驱动程序在缺省情况下，VC5.0只会安装SQL Server、 Access、 FoxPro和dBase的驱动程序如果用户需要安装别的驱动程序，则需要重新运行VC 5.0的安装程序并选择所需的驱动程序。2.5 ADO与数据库的交互技术Microsoft ADO：Microsoft AciveX Data

62、 Objects（ADO）是微软最新的数据库访问技术，可以用于编写通过OLE DB提供者对在数据库服务器中的数据进行访问和操作的应用程序。OLE DB是一个底层的数据访问接口，用它可以访问各种数据源，包括传统的关系型数据库以及电子邮件系统和自定义的商业对象。ADO为用户提供了一个OLE DB的Automation封装接口。如同不同的数据库系统需要它们自己的ODBC驱动程序一样，不同的数据源要求它们自己的OLE DB提供者（OLE DB provider）。ADO是独立于开发工具和开发语言的数据访问接口，它提供了程序开发人员、应用程序实时存取各类数据库的能力，可以轻松地完成对各类数据库的查询，存

63、取等操作。ADO又被称为通用数据访问(UDA)，其数据源包括数据库，电子邮件，文件，文本，图形等。使用ADO不仅可以读取Access和SQL Server数据库，也可以读取其他与ODBC兼容的数据库。ADO对数据库的操作步骤一般分为如下几步： 创建数据源名(DSN)； 创建数据库连接(Connection)； 创建数据库对象； 操作数据库； 关闭数据库对象和连接。第三章 软件程序设计3.1 串口程序编译LabVIEW提供了功能强大的VISA库。VISA（Virtual Instrument Software Architecture虚拟仪器软件构架），是用于仪器编程的标准I/O函数库及其相关规范的总称。VISA库驻留于计算机系统中，完成计算机与仪器之间的连接，用以实现对仪器的程序控制，其实质是用于虚拟仪器系统的标准的API。VISA本身不具备编程能力，它是一个高层API，通过调用底层驱动程序来实现对仪器的编程，其层次如图3.1(a)所示。VISA是采用VPP标准的I/O接口软件，其软件结构应包含三部分，如图3.1(b)所示。 (a)VISA内部机制 （b）虚拟仪器的软件体系结构