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[摘 要]以MSP430为硬件控制核心，以LabVIEW 2012为上位机软件开发平，设计一个多路数据采集系统。运用LabVIEW进行系统开发具有很强的灵活性，并且系统也具有很强的扩展性，具有一定的实用性和参考价值。
[关键词]LabVIEW，单片机，多路数据采集，RS232
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0246-01
1 引言
目前，传统的多路数据采集系统的设计有2种方法，一种是基于下位机单片机和上位机PC的系统架构方式进行设计，且上位机PC软件多采用VB、VC++、DEL-PHI等面向对象的程序设计语言进行设计；另一种是基于美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）的数据采集卡和上位机LabVIEW的系统架构方式进行设计。
第1种设计方案的优点是下位机单片机硬件成本较低，缺点是上位机软件编程调试较复杂，开发周期长，需要专业人员才能实现。
第2种设计方案的优点是上位机软件采用LabVIEW图形化编程语言，具有编程简单方便，界面形象直观，缩短开发周期，并可根据用户的需要对系统做出快速更改等，缺点是NI公司的数据采集卡比较贵。
针对上述2种设计方案的优缺点，本设计选用MSP430 单片机组成的系统作为前端数据采集系统进行多路数据采集，然后通过 RS-232串口通讯将数据传输至上位机，在 LabVIEW开发平台下，对各路数据进行处理、标定和实时显示，从而实现了一种在LabVIEW 环境下的单片机多路数据采集系统。
2 系统总体结构设计
本设计采用MSP430系列单片机与上位机组成多路数据采集与处理系统，系统原理框图如图1所示。
多路模拟电压信号A/D转换后传输至单片机进行数据处理。ADC12为MSP430系列单片机的12位精度的A/D转换模块，支持单通道单次、单通道多次、多通道单次、多通道多次转换等四种转换模式。用户可以通过ADC12CTL1寄存器的CONSEQx位来进行选择。
3 系统软件设计
3.1 单片机系统软件设计
下位机程序采用C语言编写，其主要完成定时数据采集及数据发送工作。下位机程序主要包含以下几个部分：A/D转换模块、主处理模块（含数据处理与发送）、按键输入模块和系统报警模块。
本系统采用的是多通道多次转换，对ADC中的各个通道进行多次采样，这样做可以实现在较短的时间内进行多次采样取平均值。多通道多数据采集的模拟参考电压可采用片外输入的参考电压，也可采用片内的参考电压。数据采集的时间间隔通过定时器A来完成，在每次定时器A中断到来时读取A/D采集得到的数据，在读数据之前先停止A/D转换，在读取数据完毕后又启A/D转换，如果得到数据，则设置一个标志位通知主程序，告诉主程序已经得到新的数据。整个模块采用的是中断服务程序的结构完成。
系统的键盘设置采用中断方式。当有键按下时进入中断服务程序，获得输入的数据。这里采用定时器B来检查是否有按键按下。
串口通信采用中断机制。发送数据和接收数据都采用中断方式，当接收到有数据时，设置一个标志来通知主程序有数据到来，当主程序有数据要发送的时候，设置一个中断标志进入中断发送数据。对于发送中断，程序处于等待状态，如果检测到有发送的标志，则从缓冲区里取出数据发送；对于接收中断，等待数据的到来，如果有数据到则设置标志通知主程序。
主程序主要是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。主程序首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中主处理获得采集模块的多路数据数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果来进行判断是否进行报警，同时将多路数据发送到上位机。
3.2 LabVIEW程序前面板设计
设计前面板主要将各模块集成，便于调用。主界面包括通信串口参数配置、报警限设置、实时数据显示及实时曲线显示部分。
串口配置用于上位机与下位机通信参数的设置，为了调试方便而放在了主界面中。为了便于说明，本设计系统设为四路数据采集系统，若要扩展输入通道数量，可以在此基础上类推。
报警限设置用于设置各路数据报警的门限值。当监测到的数值超过设定的报警门限值时，启动单片机系统报警。每路均设有报警指示灯，当系统处于报警状态时，指示灯闪烁同时发出报警声，用来提醒系统管理者注意。
数据显示用于显示各路数据实时数值，实时曲线用于显示各路数据的实时曲线。
3.3 LabVIEW串行通信功能模塊
LabVIEW的函数库中提供了串口通讯函数，可用来设计单片机与PC机的串口通讯。
下面介绍一下本系统要用到的串行通信模块。
l）VISA onfigUre Serial Port。用于初始化所选择的串行口。其中VISA resource name用于选择所用到的串行口，PC机中常用到的串口号分别用 COM1和COM2表示。Flow control用于设置握手方式，buffersize用于设置缓冲区的大小。Baud rate， data bits， stop bits， parity分别用于设置串行通信的波特率，数据位长度，停止位长度，校验方式。
2）VISA Write。用于将write buffer中的字符写到VISA resource name指定的串行接口中。
3）VISA Read。从 VISA resouree name指定的串行接口中读取规定字节数的数据，并将这些数据传递给read buffer。Byte count用于设置要读取的字节数。
4）VISA Close。用于关闭VISA resource name指定的串行口，让出串行口的使用权。
上位机LabVIEW串行通信功能主要体现在以下几个方面：
1）启动数据采集时，按约定的通信协议，上位机向下位机发送预先设定好的下位机相关参数，此时，调用VISA Write函数。
2）在接收下位机采集的数据时，调用VISA Read函数。
3）在接收下位机采集的数据过程，如果单击停止采集数据按钮，则调用VISA Write函数，按约定的通信协议，向下位机发送停止数据采集命令，同时调用VISA Close函数，释放串口通信所占用的资源。
4 结论
设计的多路数据采集系统，经实际验证，上位机LabVIEW与下位机单片机通信正常，能够实现多路模拟量的采集与实时监测，运行稳定、可靠。在实际开发中，本系统设计具有较强的通用性，稍加修改，即可应用于其他领域的数据采集控制，具有一定的参考价值和实用性。
参考文献
[1] 刘严.基于LabVIEW匹配滤波器最佳接收机的仿真[J].国外电子测量技术，2013，32（5）：72-75.
[2] 柳艳，马俊，董雪冬.基于LabVIEW的生态环境信息检测系统设计[J].电子测量技术，2012，35（6）.
[3] 李红刚，张素萍.基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计[J].国外电子测量技术，2014年04期.
[关键词]LabVIEW，单片机，多路数据采集，RS232
中图分类号：TP274.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0246-01
1 引言
目前，传统的多路数据采集系统的设计有2种方法，一种是基于下位机单片机和上位机PC的系统架构方式进行设计，且上位机PC软件多采用VB、VC++、DEL-PHI等面向对象的程序设计语言进行设计；另一种是基于美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）的数据采集卡和上位机LabVIEW的系统架构方式进行设计。
第1种设计方案的优点是下位机单片机硬件成本较低，缺点是上位机软件编程调试较复杂，开发周期长，需要专业人员才能实现。
第2种设计方案的优点是上位机软件采用LabVIEW图形化编程语言，具有编程简单方便，界面形象直观，缩短开发周期，并可根据用户的需要对系统做出快速更改等，缺点是NI公司的数据采集卡比较贵。
针对上述2种设计方案的优缺点，本设计选用MSP430 单片机组成的系统作为前端数据采集系统进行多路数据采集，然后通过 RS-232串口通讯将数据传输至上位机，在 LabVIEW开发平台下，对各路数据进行处理、标定和实时显示，从而实现了一种在LabVIEW 环境下的单片机多路数据采集系统。
2 系统总体结构设计
本设计采用MSP430系列单片机与上位机组成多路数据采集与处理系统，系统原理框图如图1所示。
多路模拟电压信号A/D转换后传输至单片机进行数据处理。ADC12为MSP430系列单片机的12位精度的A/D转换模块，支持单通道单次、单通道多次、多通道单次、多通道多次转换等四种转换模式。用户可以通过ADC12CTL1寄存器的CONSEQx位来进行选择。
3 系统软件设计
3.1 单片机系统软件设计
下位机程序采用C语言编写，其主要完成定时数据采集及数据发送工作。下位机程序主要包含以下几个部分：A/D转换模块、主处理模块（含数据处理与发送）、按键输入模块和系统报警模块。
本系统采用的是多通道多次转换，对ADC中的各个通道进行多次采样，这样做可以实现在较短的时间内进行多次采样取平均值。多通道多数据采集的模拟参考电压可采用片外输入的参考电压，也可采用片内的参考电压。数据采集的时间间隔通过定时器A来完成，在每次定时器A中断到来时读取A/D采集得到的数据，在读数据之前先停止A/D转换，在读取数据完毕后又启A/D转换，如果得到数据，则设置一个标志位通知主程序，告诉主程序已经得到新的数据。整个模块采用的是中断服务程序的结构完成。
系统的键盘设置采用中断方式。当有键按下时进入中断服务程序，获得输入的数据。这里采用定时器B来检查是否有按键按下。
串口通信采用中断机制。发送数据和接收数据都采用中断方式，当接收到有数据时，设置一个标志来通知主程序有数据到来，当主程序有数据要发送的时候，设置一个中断标志进入中断发送数据。对于发送中断，程序处于等待状态，如果检测到有发送的标志，则从缓冲区里取出数据发送；对于接收中断，等待数据的到来，如果有数据到则设置标志通知主程序。
主程序主要是将各个模块进行协调处理和实现数据交互。主程序首先完成初始化工作，初始化后进入循环处理，在循环过程中主处理获得采集模块的多路数据数据，并将数据进行处理，根据处理后的结果来进行判断是否进行报警，同时将多路数据发送到上位机。
3.2 LabVIEW程序前面板设计
设计前面板主要将各模块集成，便于调用。主界面包括通信串口参数配置、报警限设置、实时数据显示及实时曲线显示部分。
串口配置用于上位机与下位机通信参数的设置，为了调试方便而放在了主界面中。为了便于说明，本设计系统设为四路数据采集系统，若要扩展输入通道数量，可以在此基础上类推。
报警限设置用于设置各路数据报警的门限值。当监测到的数值超过设定的报警门限值时，启动单片机系统报警。每路均设有报警指示灯，当系统处于报警状态时，指示灯闪烁同时发出报警声，用来提醒系统管理者注意。
数据显示用于显示各路数据实时数值，实时曲线用于显示各路数据的实时曲线。
3.3 LabVIEW串行通信功能模塊
LabVIEW的函数库中提供了串口通讯函数，可用来设计单片机与PC机的串口通讯。
下面介绍一下本系统要用到的串行通信模块。
l）VISA onfigUre Serial Port。用于初始化所选择的串行口。其中VISA resource name用于选择所用到的串行口，PC机中常用到的串口号分别用 COM1和COM2表示。Flow control用于设置握手方式，buffersize用于设置缓冲区的大小。Baud rate， data bits， stop bits， parity分别用于设置串行通信的波特率，数据位长度，停止位长度，校验方式。
2）VISA Write。用于将write buffer中的字符写到VISA resource name指定的串行接口中。
3）VISA Read。从 VISA resouree name指定的串行接口中读取规定字节数的数据，并将这些数据传递给read buffer。Byte count用于设置要读取的字节数。
4）VISA Close。用于关闭VISA resource name指定的串行口，让出串行口的使用权。
上位机LabVIEW串行通信功能主要体现在以下几个方面：
1）启动数据采集时，按约定的通信协议，上位机向下位机发送预先设定好的下位机相关参数，此时，调用VISA Write函数。
2）在接收下位机采集的数据时，调用VISA Read函数。
3）在接收下位机采集的数据过程，如果单击停止采集数据按钮，则调用VISA Write函数，按约定的通信协议，向下位机发送停止数据采集命令，同时调用VISA Close函数，释放串口通信所占用的资源。
4 结论
设计的多路数据采集系统，经实际验证，上位机LabVIEW与下位机单片机通信正常，能够实现多路模拟量的采集与实时监测，运行稳定、可靠。在实际开发中，本系统设计具有较强的通用性，稍加修改，即可应用于其他领域的数据采集控制，具有一定的参考价值和实用性。
参考文献
[1] 刘严.基于LabVIEW匹配滤波器最佳接收机的仿真[J].国外电子测量技术，2013，32（5）：72-75.
[2] 柳艳，马俊，董雪冬.基于LabVIEW的生态环境信息检测系统设计[J].电子测量技术，2012，35（6）.
[3] 李红刚，张素萍.基于单片机和LabVIEW的多路数据采集系统设计[J].国外电子测量技术，2014年04期.