一种基于MCS51低成本LabVIEW实验教学系统摘要：在此利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统。该系统使用USB接口与上位机通信并提供电源,而上位机编程直接调用VISA驱动USB接口，大大降低了数据采集程序设计的难度。该系统可以满足大学虚拟仪器实验教学的需要，性价比高，具有良好的推广前景。关键词：MCS51；数据采集；USB；LabVIEW；VISA：TP274文献标识码：A：1004?373X(2013)12?0124?030引言NI公司于20世纪70年代提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器是在以计算机为核心的平台上，由用户设计，具有虚拟面板，由软件实现测试功能的计算机仪器系统，是计算机与测试仪器相结合的产物。虚拟仪器最常用的编程语言为LabVIEW,是NI公司的基于图形化编程语言的虚拟仪器开发工具，利用它可以轻松组建一个测试系统而无需进行繁琐的代码编写。因此虚拟仪器大大突破了传统仪器在灵活性，以及数据处理、显示、存储等方面的不足，其主要优势在于：用户能够根据需求灵活的进行功能修改和扩展；人机界面为视窗界面，形象直观；网络连接简单易行，便于组建测控网络⑴。目前虚拟仪器在通信、汽车、测控等行业得到了广泛的应用。相应的各大高校也在NI公司的支持下，陆续开设了虚拟仪器课程，组建了相关的实验室，如西安交大利用虚拟仪器讲授信号处理；天津大学开设的智能检测仪器课程。目前国内高校教授虚拟仪器课程使用的信号采集板多为NI公司的数据采集板卡，如USB600X,USB92XX,PCI62XX系列［2］。这类板卡虽然性能优良，配套软件齐备，但是作为高校教学也存在不足之处。首先NI公司只卖板卡不卖技术，这样在教学中教师和学生只能使用板卡，而不能掌握虚拟仪器硬件系统的具体结构和技术细节；其次这类板卡一般价格较贵，普遍在2000元以上，相对高校而言开课成本太高，这一点对于欠发达地区的一般学校尤为突出。本文利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统，并编制了常用的实验案例程序，满足了本科生虚拟仪器实验教学的需要，且成本相对于NI的产品大大降低，针对高校市场具有良好的推广前景。1系统结构1.1前端传感系统1.2数据采集与通信数据采集使用12位ADC器件TLC2543,该器件具有11位模拟输入端，可通过控制字灵活选择不同输入端口，适合于多传感器输入应用。器件控制字输入和转换数据输出都为串行模式，可以与51单片机以尽可能少的连线接口[4]。51单片机与上位机使用USB接口通信。USB接口基于单一的总线接口来满足多种应用领域的需求，其具有的即插即用、支持热插拔、易于扩展等特性极大地方便了用户，已逐渐成为现代数据传输的主流。由于51单片机自身不拥有USB接口，所以需要外接USB控制器。2实验程序设计传统的开发USB应用系统的步骤是：先用WindowsDDK（设备驱动程序开发包）或第三方开发工具（如DriverStudio）开发USB驱动程序，然后用VisualC++编写DLL（动态连接库），最后再调用DLL来开发应用程序。显然,这对Windows编程不熟悉的人来说有一定的难度。VISA（VirtualInstrumentSoftwareArchitecture）是NI公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。VISA是一个综合软件包，不受平台、总线和环境的限制，可用来对USB、GPIP、串口、VXI、PXI和以太网系统进行配置、编程和调试。LabVIEW通过调用VISA函数来实现USB设备的控制和通信。在这里主要使用了VISAOpen,VISAWrite,VISARead,VISAClose这4个VISA函数。与USE设备的通信过程分为4个步骤:虚拟仪器实验教学系统是虚拟仪器课程教学中不可或缺的设备，本文针对NI等主流数据采集板卡存在的价格昂贵且技术屏蔽问题，利用廉价的MCS51单片机设计了包含常用传感器、数据采集模块与USB通信接口的LabVIEW实验教学系统。该系统使用USB接口与上位机（PC）接口，LabVIEW通过调用VISA函数来实现USB设备的控制和通信，大大降低了程序设计的难度。系统可以满足虚拟仪器教学的需要，且针对高校等价格敏感市场具有良好的推广前景。参考文献[1]刘君华，郭会军•基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M]・北京：电子工业出版社，2003.[2]泛华测控公司...