基于LabVIEW與USB接口的實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) -嵌入式
1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
工程上使用具有PCI、PXI、USB、并口以及串口的計算機來獲取測試數(shù)據(jù)，稱為基于PC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中一種是通過插入式的數(shù)據(jù)采集卡直接獲取數(shù)據(jù)傳輸給計算機。鑒于數(shù)據(jù)采集卡的價格昂貴，且安裝不方便等缺點，本文提出使用STC單片機作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用CH341T芯片的USB總線轉(zhuǎn)異步串口的功能，將采集數(shù)據(jù)只通過一條USB線傳輸給PC機，最后在LabVIEW平臺下進行數(shù)據(jù)的顯示、分析、處理。
1．1 系統(tǒng)組成與工作原理
本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。主要包括有STC12C5410AD單片機和CH341T轉(zhuǎn)換芯片組成的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、傳輸部分，以及基于PC機的LabVlEW軟件構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理部分。首先，被測電壓模擬信號通過電平變換電路進入STC單片機的AD轉(zhuǎn)換通道，待轉(zhuǎn)換完成后利用CH341T芯片的USB轉(zhuǎn)串口的功能，通過USB接口傳輸給PC機，最后由LabVIEW軟件分析處理。
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2 下位機系統(tǒng)設(shè)計
2．1 硬件設(shè)計部分
系統(tǒng)硬件原理圖如圖2所示。系統(tǒng)采用的MCU為STC12C5410AD，采用的USB接口芯片為CH- 341T，利用該芯片的USB轉(zhuǎn)串口的功能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C，從而構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
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2．1．1 STC12C5410AD單片機
STC12C5410AD系列單片機是單時鐘／機器周期(1T)的兼容8051內(nèi)核單片機，是高速／低功耗的新一代增強型8051單片機，內(nèi)部集成MAX810專用復位電路。10KBFLASH程序存儲器，512字節(jié)SRAM，有8路10位高速A／D轉(zhuǎn)換器，速度可達100KHz。實際工作頻率可達48MHz。在應(yīng)用時，需根據(jù)實際情況設(shè)定晶振頻率，本系統(tǒng)采用11．0592MHz的晶振。本例中采用P1．0作為A／D轉(zhuǎn)換通道。由于各A／D轉(zhuǎn)換通道的輸入電壓范圍為0～5V，對于雙極性信號來說，直接輸入會被削掉負半波。為了解決上述問題，采用了高速低噪聲雙運算放大器NE5532，根據(jù)運放電路的虛短、虛斷原則，其輸出OUT=2．5-IN?？梢詫?2．5v～2．5V的電平轉(zhuǎn)換到0～5v，這樣滿足了輸入信號的雙極性要求。
2．1．2 CH341T芯片
隨著計算機通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，串口的通訊速度越來越不能滿足現(xiàn)在的通信要求。因此越來越多的計算機，尤其是筆記本電腦都不再保留串行接口，取而代之的是方便、高速、標準的USB接口。然而對于需要用串口通信的設(shè)備來說，是個麻煩的問題。為了解決這個問題，本系統(tǒng)采用CH341T芯片將單片機通過USB接口直接連接到PC機上，方便了沒有串口的上位機與下位機的通信，解決了上位機沒有串行接口的問題。CH341T芯片的特點如下：
(1)仿真標準串口，用于升級原串口外圍設(shè)備，或者通過USB增加額外串口。
(2)計算機端Windows操作系統(tǒng)下的串口應(yīng)用程序完全兼容，無需修改。
(3)硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50b／s～2Mb／s。
(4)支持5、6、7或者8個數(shù)據(jù)位，支持奇校驗、偶校驗、空白、標志以及無校驗。
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