一种基于C语言和LabVIEW的串口通讯程序的设计

2018-12-10李雪妍

海外文摘·艺术 2018年16期

李雪妍

(淄博职业学院，山东淄博 255314)

在工业控制与信息采集等领域，经常需要单片机和PC机的共同完成指定工作。PC机运算速度快、容量大，单片机控制能力强。很多工作需要单片机采集数据，PC机处理数据。所以单片机与PC机之间的数据通讯必不可少，多数情况是单片机向PC机传输数据。

本文设计的串口通讯程序包括下位机、上位机以及数据传输通道。软件设计中下位机以Keil uVision4作为开发平台，采用C语言对单片机进行编程，C语言在功能上、可读性、可维护性上优势明显，易学易用。上位机以LabVIEW作为开发平台，在工业和学术中LabVIEW是被应用最广泛的虚拟仪器开发平台。其编程简单，只需要通过交互式图形前面板进行系统控制和结果显示，再通过程序框图进行功能模块的组合和操作来制定各种功能。

1 串行通讯的实现方法

串口是计算机上一种通信协议，大多是计算机包含两个基于RS-232的串口。单片机与上位机一般用RS-232串口通讯，RS-232(ANSI/EIA-232)是IBM-PC及兼容机上的串行连接标准，是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。其接口示意图如图1所示。

RS-232九芯接口共有9个接口。本设计只需连接三线：TXD、RXD和地线GND即可。TXD(pin 2)：串口数据输出(Transmit Data);RXD(pin 3)：串口数据输入(Receive Data);GND(pin 5)：地线。

图1 RS-232九芯接口

图2 串口通讯流程图

图3 VISA配置串口函数模块

图4 VISA写入函数模块

图5 VISA读取函数模块

图6 VISA关闭函数模块

图7 数据通讯流程图

波特率是衡量计算机串口通信速度的指标，它表示每秒传送位的个数，其单位是b/s(位/秒)，例如500波特率表示每秒发送500个bit；数据位是衡量计算机串口通信中时间数据位的指标。在RS-232通信协议中，实际传送数据顺序是：1位起始位、数据0、...、数据7、1位奇偶校验、1位停止位；停止位用于标志单个信息包的最后一位，停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供了矫正时钟同步的机会;奇偶校验位是在串口通信中一种简单的检错方式。当然没有校验位也是可以的。

图8 VISA连线图

图9 上位机人机界面

2 下位机通讯程序设计

下位机基于ADuC845单片机通过Keil开发平台进行编写，下位机串口通讯程序对应的流程图如图2所示。

2.1 串口初始化

串口初始化是数据通信程序中十分重要的一部分，初始化设置正确与否，将直接决定数据发送是否正确。串口初始化主要是对串口波特率的选择。由于串口的触发是由定时器3控制的，即通过定时器3设定波特率，设定好发送频率，当达到定时间隔时，程序就会进入发送状态。两个专用寄存器T3CON和T3FD用于设置定时器3。

T3CON是波特率控制寄存器，用于设置UART(通用串口)的波特率和二进制分频器(DIV)的分频数。写入DIV2～DIV0的数可用式(1)计算：

其中，

是由专用寄存器PLLCON所定义的内核频率，计算得到的DIV值需要取整。T3FD是所需波特率的一个分数分频，其值由式(2)计算：

计算得到的T3FD的值需要取最接近他的整数。波特率可由式(3)计算：

2.2 发送数据

当完成串口初始化，并到达定时间隔后，就可以将数据传送给串行数据缓冲器(SBUF)。然后数据就会按照RS-232串口通信协议传递到计算机中，从而被上位机接收处理。

由于串口是按位发送的，所以程序在数据发送前要先进行拆分处理，方便串口传输。发送数据是数据通信程序最重要的部分，只有完整有序的将数据发往上位机，才能得到正确的数值。

（1）记录两组手术指标：手术用时、术中出血量和住院时间；（2）观察两组并发症：粘连性肠梗阻、低营养症、腹壁切口裂开与应激性溃疡；（3）检测两组治疗前后的体温、凝血酶原时间（PT）值以及血氧饱和度指标。

2.3 清除标志位

由于每次发完一次数据，硬件会自动将TI标志位置1，所以需要软件在每次发完后将其清零，否则将无法进行下一次的数据发送。此操作虽然简单，但是在串口程序中很重要，很多时候就是因为对其处理不当，导致数据发送有误。所以，准确及时地清除TI标志位十分重要。

对于以上设置部分程序代码如下：

T3CON=0x85; //初始化设置，串口通讯 9600

T3FD=0X12;

SCON=0X52; //8位UART，波特率可变，接收

SBUF=data; //发送数据

while(TI==0); //清除标志位

TI=0;

通过下位机程序实现了对数据的实时发送，接下来就需要上位机程序对数据进行接收。

3 上位机通讯程序设计

为使下位机采集的信息能上传到上位机，必须设计通讯接口程序。由于计算机和下位机采用的RS-232串口通信协议，所以上位机也要采用串口通信。其大致结构与下位机数据通信程序相同，其不同在于下位机是发送数据，上位机是接收数据。

上位机编程所用的软件是LabVIEW，其采用的是图形化编程，要编制串口通讯程序就需要对串口功能模块VISA进行配置和连接。VISA是虚拟仪器软件结构框架(virtual instrumentation software architecture)的简称，是一个调用底层代码来控制硬件的高层API(应用程序接口)。VISA常用的函数由以下四个：

(1)VISA配置串口，如图3所示。

功能：设定波特率、数据位、停止位、奇偶校验位等参数，将VISA资源名称指定的串口按特定设置初始化。

(2)VISA写入，如图4所示。

功能：将“写入缓冲区”的数据写入VISA资源名称指定的串口。

(3)VISA读取，如图5所示。

功能：从VISA资源名称指定的串口中读取指定字节的数据，并将数据返回至读取缓冲区。

(4)VISA关闭，如图6所示。

功能：关闭VISA资源名称指定的串口会话或事件对象。

上位机通讯接口程序流程图如图7所示。

按照流程图，利用VISA函数模块，将对应的数据线进行连接设置，图8为部分VISA接线图，图9为LabVIEW的前面板，也就是上位机的人机界面。