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基于虚拟仪器的通信系统通用检测平台设计张增;董保良;王晓波【期刊名称】《信息安全与技术》【年(卷),期】2011(000)012【摘要】The design of general detect platform for a communication system based on Vl technology is to realize fast and automatic test for the armored vehicle communication system. The design of general hardware and software is discussed in detail. Compared with the inspecting platform of conventional instruments, this platform has advantages such as simple operation, high precision, strong reliability and good expansibility etc.%为了达到对装甲车辆通信系统的快速自动测试的目的。
设计与实现了基于PXI总线和虚拟仪器技术的通信系统通用检测平台。
主要论述了该平台的总体、硬件和软件设计。
与传统仪器检测平台相比，该检测平台具有操作简单、测试精度高、可靠性强、可扩展性好等特点。
【总页数】3页(P36-38)【作者】张增;董保良;王晓波【作者单位】装甲兵工程学院信息工程系,北京100072;装甲兵工程学院信息工程系,北京100072;装甲兵工程学院信息工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TP216【相关文献】1.基于虚拟仪器技术的SPM通用平台的设计 [J], 张文瑞;闫彬2.基于DAQ数据采集卡的虚拟仪器通用硬件平台设计 [J], 张兢;卢凤兰;余成波3.基于虚拟仪器的电路板通用自动测试平台设计 [J], 杨正东;祝国源4.基于虚拟仪器的通用电缆检测装置设计与研究 [J], 王英喜;丁海旭;邢瑶;龚笋根5.基于虚拟仪器的SPM通用平台的设计与研究 [J], 陈荣刚;闫彬;魏泽峰;胡立明因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于LABVIEW的串口通信实验一、实验目的1．了解LabVIEW串口通信基本方法2．通过LabVIEW串口获取数字温度传感器的数据二、实验器材1．计算机一台2．LabVIEW8.20软件一套3．串口线一根4.虚拟仪器实验平台一台5．分布式温度采集模块一块6.传感器控制模块一块三、实验原理串行通信是工业现场仪器或设备常用的通信方式，它是将一条信号的各位数据按顺序逐位传送。
计算机串行通信（简称串口）采用RS232协议，允许一个发送设备连接到一个接收设备以传送数据，最大速率为115200bps。
计算机串行口采用Intel8250异步串行通信组件构成，通常以COM1~COM4来表示。
bView串口节点LabView中提供了已封装好的串口通信节点，它们位于函数－>数据通信－>协议－>串口。
这里主要介绍程序中使用到的串口配置、串口读取、串口写入和串口关闭，其他串口相关的节点使用方法查询LabView帮助。
（1）串口配置在进行串口通信时，首先要对串口进行初始化和配置。
这可以由VISA配置串口节点来完成，串口配置节点如下图所示。
使用该节点可以设置串口的VISA资源名称、波特率、数据位、校验位、超时时间、终止符以及流控制等参数。
VISA资源名称控件用于规定对VISA会话句柄开放的资源，并维持会话句柄和类。
VISA 会话句柄是VISA使用的唯一逻辑标识符，用于与资源进行通信。
VISA会话句柄由VISA 资源名称输入控件保持，用户不可见。
VISA资源名称输出是VISA函数中输出的VISA资源名称的副本。
通过将资源名称输出或输入函数和VI，并链接函数和VI，从而简化数据流编程。
这与文件I/O函数使用的文件引用句柄输出相似。
（2）串口写入串口写入是将写入缓冲区的数据写入VISA资源名称指定的设备或接口，可以选择同步或异步。
该操作仅当传输结束后才返回。
VISA写入的节点图标及端口定义如下图所示。
其中写入缓冲区包含要写入设备的数据。
●应用与设计引言红外通信技术是一种点对点的数据传输协议，是传统设备之间连接线缆的替代技术，是目前国际上普遍采用的一种近程无线传输技术，常用于智能小区控制系统和电话教学交互式远程控制系统中，但是目前的家电（如空调、录像机、ＶＣＤ机等）有各种不同的品牌和型号，其红外遥控编码及发送格式不尽相同。
为了能够用一台通用控制器对多种不同型号的家电进行控制，本文利用功能强大的单片机和编程软件ＶＢ设计了一种基于计算机串口的通用型智能红外逻辑分析仪，它可对各种电器的红外遥控器所发射的控制信号进行识别、存贮和再现。
还可通过红外硬件接口识别出红外信号并送入单片机处理，然后利用ＶＢ开发的虚拟软件在电脑屏幕上实时显示采集到的红外信号波形，便于设计人员对各种调制方式的红外信号进行“可视化”的分析与研究。
１硬件设计１．１串行通信的基本原理串行端口本质上是计算机的ＣＰＵ和外部串行设备间的编码转换器。
当数据从ＣＰＵ经过串行端口发送出去时，字节数据被转换为串行的位。
而在接收数据时，串行的位则被转换为字节数据。
在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下，串行端口是Ｗｉｎｄｏｗｓ系统资源的一部分。
如果要使用串口进行通信，应用程序必须在使用前向操作系统提出使用串口资源的申请（创建并打开串口），然后进行相应的串口参数配置，双方的串口才可进行通信，通信完毕后，还必须释放系统资源（关闭串口）。
串口通信程序的流程如图１所示。
１．２８９Ｃ５１的串行口８９Ｃ５１内有一个全双工的串行口，它有４种工作方式：方式０，串行接口为移位寄存器Ｉ／Ｏ方式；方式１，串行接口被控制为８位的异步通信接口，实际上，此时传送一帧信息应为１０位，其中１位为起始位，８位为数据位，１位为停止位，在该方式中，波特基于计算机串口的红外虚拟逻辑分析仪牛余朋，成曙，蔡艳平（第二炮兵工程学院５０２教研室，陕西西安７１００２５）摘要：采用用途广泛的红外线通信技术设计了一款基于计算机串口的红外逻辑分析仪，介绍其硬件电路原理及上位机和下位机（单片机）的软件设计方法。
虚拟仪器通信原理教学平台的设计与开发首先分析了通信原理课程的教学改革现状，为解决教学难点问题创立了虚拟仪器通信原理教学平台，平台涵盖通信原理课程的全部主要内容，形式新颖，将通信系统如动画般展示，在一定程度上解决了课程难教难学的教学难题。
标签：通信原理；虚拟仪器；教学平台；LabVIEW；教学改革一通信原理课程的地位及教学特点当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信技术与传感技术、计算机技术紧密结合，成为21世纪国际社会和世界经济发展的强大推动力。
培养满足社会需要的通信专业人才成为高等院校通信工程专业教学改革的重点问题。
通信原理是通信工程专业的一门重要专业基础课程，也是一门专业标志性课程，是以概率论与数理统计、电路、模拟电子线路、信号与系统、随机信号分析等课程为先修课的专业基础课，为后续专业课程奠定基础，在专业课程设置中起着承上起下的关键作用，占有重要的教学地位。
课程所包含的内容是通信工程专业本科生的知识结构中必须具备的重要部分，为学生形成通信专业的理论体系与技术思想发挥着重要作用，对于专业建设等教学研究工作有着重要的支持作用[1]。
课程的教学特点是：（1）基本概念和基本原理都很抽象，数学公式和理论推导相对较多，数学基础要求高，理论性比较强，是信号理论和系统理论的延伸和推广，教材偏重数学分析，对通信原理的物理过程讲述不够，学生感觉枯燥难懂，难以引起学习兴趣。
（2）内容较多，涉及的知识面宽。
随机信号的分析是全书的基础，模拟调制、数字调制、信源编码和信道编解码、数字基带系统、数字系统的最佳接收等在课程中都非常重要，需要一系列先修课程的支持，学生知识储备不足。
（3）教师在讲课中不仅要使同学扎实掌握各个基本知识点，而且要将通信系统的各部分内容有机串联起来，使学生掌握各个知识点和整个通信系统的关系，如何在有限的学时内完成教学任务也是一个难题。
总之，本课程教与学的难度都很大[2][3]。
二课程教学改革的现状、难点及对策在高等院校中，针对通信原理课程的特点，进行了广泛的课程教学改革，取得了很多优秀成果，如省级、国家级精品课、优秀教学成果奖。
基于串口通信的虚拟仪器平台的设计与测试
张怡;黄劲松;郑乐
【期刊名称】《航空计算技术》
【年(卷),期】2010(040)005
【摘要】设计了一套基于串口通信的虚拟仪器平台.系统硬件采用DSP平台和PC 平台协同工作的模式,其中DSP芯片为协处理器,负责信号采集和预处理.PC平台负责信号分析与工作状态控制,用户可以通过开发好的PC平台软件完成对系统的控制,PC机与DSP的通信采用串口实现.分析了串口通信质量对信号测量的影响,实验结果显示串口通信稳定可靠,通信误码对信号分析影响不大,能够满足串口通信虚拟仪器平台的需求.
【总页数】4页(P95-98)
【作者】张怡;黄劲松;郑乐
【作者单位】西北工业大学,电子信息学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,电子信息学院,陕西,西安,710072;西北工业大学,电子信息学院,陕西,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.6
【相关文献】
1.基于虚拟仪器技术的伺服系统测试平台研究与设计 [J], 张慧颖
2.基于虚拟仪器的装备测试系统软件平台设计 [J], 汤宫民;刘福军;汤潇奕;梁清果;乔晋崴
3.基于LabVIEW虚拟仪器平台的控制系统实时响应性能自动测试平台设计 [J], 卢益;李波波;郑书祥
4.基于虚拟仪器串口通信的户式中央空调测试系统 [J], 邓飞城;王强;刘东辉
5.基于虚拟仪器的电路板通用自动测试平台设计 [J], 杨正东;祝国源
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虚拟仪器课程设计题目：串口调试助手设计学院：华东交通大学机电工程学院班级：2012xxxxxx学号：2012xxxxxxxx姓名：xxxx目录《虚拟仪器设计》课程设计任务书 (2)1.引言 (4)2. labview及串口通信简介 (4)2.1 Labview (4)2.2串口通信简介 (5)3.串口相关节点介绍 (6)3.1 VISA配置串口 (6)3.2 设置缓冲区大小 (7)3.3visa写入 (7)3.4 VISA读取 (7)4.程序框图设计 (8)4.1 串口初始化输入模块 (8)4.2数据发送程序 (9)4.3数据接收 (9)4.4字节数显示 (10)4.5 属性节点设置 (10)5.前面板设计 (10)6.结语 (11)7.心得体会 (12)8. 参考文献 (13)华东交通大学机电工程学院《虚拟仪器设计》课程设计任务书学生姓名：高俊须学号：20120310110212一、设计题目串口调试助手设计二、设计目的和要求通过对虚拟仪器的设计，了解虚拟仪器设计的基本原理及常用的对象使用方法；通过设计一台虚拟式数据采集系统、图形识别系统、通过串口、并口控制、测温系统、转速测量系统等，了解虚拟仪器数据采集卡的使用及设置，并口或串口的数据传输，了解虚拟编程中如何使用非NI公司的数据采集卡或电脑中常用的声卡，如何配置DAQ助手等，学会把外界物理信号采集到计算机并进行简单分析或者通过虚拟仪器产生符合要求的信号并通过声卡输出或者学会利用NI的ELVIS系统设计简单的测量软件。
加深虚拟仪器知识、单片机的了解，培养学生运用虚拟仪器思想解决工程实际问题的能力。
二、设计内容A．详细要求：（1）串口可选；（2）波特率可调；（3）串口通讯方式可调（9位还是11位）；（4）校验方式可选（奇校验偶校验）；（5）设计界面要标准B．前面板上要设置必要的控件对象以设置相应参数。
C．设计界面要美观，程序可读性好。
三、设计进度安排设计时间总计2周课程设计任务及要求讲解（0.5天）设计任务分析及查找资料（1.5天）程序编制及调试（5.5天）设计说明书撰写（2天）答辩（0.5天）四、设计任务书应包括的主要内容目录设计题目任务分析实现过程程序前面板及流程图结束语心得体会参考文献五、考核方法考核方式由三部分组成：平时学习态度（含考勤）、设计完成情况（含方案、程序质量、界面、说明书等）及答辩情况确定。
《虚拟仪器》通信技术实验
一、实验目的：
1、掌握TCP函数实现网络通信方法。
2、掌握TCP侦听，打开TCP连接，读取TCP数据，写入TCP数据，关闭TCP连接函数的使用。
3、掌握UDP通信原理和LabVIEW实现方法。
4、掌握串口通信原理和串口参数设置。
二、前面板：
4.1
三、程序框图：
4.1接收端
4.1发送端
四、总结
这次的实验主要是TCP函数实现网络通信方法。
掌握TCP侦听，打开TCP连接，读取TCP数据，写入TCP数据，关闭TCP连接函数的使用。
UDP通信原理和LabVIEW实现方法。
串口通信原理和串口参数设置。
UDP用户数据报协议是一种无连接的传输层协议，提供面向操作的简单不可靠信息传送服务。
串行通信是将数据分解成二进制用一条信号线按顺序逐位传送的方式。
对于这次的实验，我觉得还是有难度的。
主要是对于tcp数据和UDP还不太理解。
在实验中遇到的问题也有很多。
但和同学们一起讨论后也完成了该实验。
这次的实验我收获很多。
采用串行总线接口技术实现测量仪器模拟节点的可测性设计设计引言智能测量仪器作为信息获取工具，是一种集多个门类、多种学科技术于一体的复杂有机体。
随着测试技术、计算机技术和大规模集成电路技术的飞速发展，现代智能测量仪器不但对功能、性能、精度和指标的要求越来越高，而且对系统可靠性、可维修性的要求也越来越高。
因此，这就要求测量仪器具有完备的内建测试(build intest，BIT)功能以及自我调节和补偿能力，以使测量仪器系统本身具备测试、诊断和故障定位的能力以及适应各种环境、温度和器部件性能变化的能力。
但是，智能测量仪器要具备这些测试、诊断以及调节、补偿能力，必须首先对整个测量仪器工作状态进行监测，然后通过对这些节点的状态进行分析和处理，从而进行进一步的故障定位或调节补偿。
这些状态主要包括环境温度以及电路板上各关键电路节点的电压、电流、功率等，由于都是模拟量，故常称这些分布在电路板上的观测节点为模拟节点。
可见，对智能测量仪器工作环境以及各关键节点模拟量的检测是智能测量仪器内建测试以及调节补偿的前提和基础，也是智能测量仪器可测性设计的重要一环，需要认真对待。
下面介绍一种基于串行总线的智能测量仪器模拟节点信号监测电路的没计思想和设计方法。
1 模拟节点信号监测设计原理典型的电路板模拟节点监测电路通常由信号检测通道、信号调理电路、多路选择开关、采样／保持电路、A／D转换电路以及处理器接口和控制逻辑等构成，如图1所示。
信号检测通道主要用来探测电路板上各探测点的温度、电流、电压等模拟量，通常针对不同探测对象而使用不同的传感器、检波器或相关电路将待检测信号转换成一定的电流或电压信号。
信号调理电路是为了保证A／D转换的精度而在模拟输入信号进入A／D转换器之前首先进行的必要处理，以有效滤除不需要信号的影响，改善信号质量，提高信噪比，增强信号。
基于串行通信的虚拟仪器采集系统设计及数据管理方法研究的开题报告一、研究背景和意义随着科技的不断发展，虚拟仪器采集系统作为一种新型的数据采集和实验控制技术，已经被广泛应用于工业生产和科学研究中，具有操作简单、实时性好、可靠性高等优点。
在虚拟仪器采集系统中，串行通信技术被广泛应用于仪器设备之间的数据传输。
而串行通信技术具有传输速率低、传输距离短等缺点，如何通过优化串行通信传输方式，提高虚拟仪器采集系统的性能和稳定性，成为一个亟待解决的问题。
此外，在数据管理方面，虚拟仪器采集系统所采集到的海量数据需要进行有效的管理和分析，以便更好地服务于生产和科研工作。
因此，本研究旨在通过设计一种基于串行通信的虚拟仪器采集系统，并结合有效的数据管理方法，探索如何优化串行通信传输方式和实现数据的高效管理与分析，为虚拟仪器采集系统的实际应用提供技术支持和指导。
二、研究内容和技术路线本研究的主要内容包括：1. 设计一种基于串行通信的虚拟仪器采集系统本研究将结合虚拟仪器采集系统的实际应用场景，设计一种基于串行通信的虚拟仪器采集系统，以提高串行通信传输的效率和稳定性。
该系统包括硬件部分和软件部分两个层面，硬件部分主要包括数据采集器、数据转换器、串口卡等设备，软件部分主要包括界面设计、程序编写等方面。
2. 优化串行通信传输方式本研究将分析串行通信在虚拟仪器采集系统中的应用现状和问题，提出优化方案并进行实验验证。
具体的优化方法包括改进传输协议、增加数据缓冲区等方面。
3. 实现数据的高效管理与分析本研究将结合虚拟仪器采集系统的实际数据特点，研究如何有效地管理和分析采集到的数据。
具体的方法包括建立数据管理平台、利用数据挖掘算法进行数据分析等方面。
技术路线：1. 调研现有虚拟仪器采集系统的研究现状和应用场景，并从中挖掘出问题和瓶颈；2. 设计基于串行通信的虚拟仪器采集系统的硬件和软件部分，进行系统实现；3. 对串行通信传输方式进行分析和改进，并通过实验对改进方案进行验证；4. 建立数据管理平台，利用数据挖掘算法进行数据分析。
虚拟仪器技术 电 子 测 量 技 术 EL ECTRON IC M EASU REM EN T TECHNOLO GY第33卷第1期2010年1月 基于LabVIEW与串行通信的检测系统设计李林宏 李 萍 张仕新 张耀辉(装甲兵工程学院 北京 100072)摘 要:针对某些机械设备修后性能检测准确度低,效率低下,开发了基于LabV IEW与串行通信的机械设备修后检测系统。
简要介绍了系统的硬件构成,详细介绍了软件开发的流程。
检测系统能够完成数据采集、分析处理、记录存储模块等工作。
开发示例的结果表明:该系统的结构设计合理,功能完备,为相似系统的开发提供了范例。
关键词:LabV IEW;串行通信;性能检测中图分类号:TP2 文献标识码:ADesign of test system for based on LabVIEW and serial communicationLi Linhong Li Ping Zhang Shixin Zhang Yaohui(Academy of Armored Forces Engineering,Beijing100072)Abstract:Aiming at solving the problems of low accuracy and low efficiency in existing machinery and equipment performance tests,a performance test system is designed.The constitues of hardware and the process of software are introduced in the paper.The system completes many works such as data collecting,data analysising and data storage. The developed example give out a result that construction of the system is reasonable,f unction is complete,provided with example for the development of alike system.K eyw ords:LabV IEW;serial communication;performance test0 引 言某些重要机械设备(如变速箱、发动机、泵等)运行一定周期后,需要做定期的预防性维修。
虚拟串口测试系统设计郭建昌【摘要】针对嵌入式工程师基于串口的实际测试需要，对虚拟仪器技术、Proteus 电路仿真技术、ARM多串口技术和虚拟串口技术进行了研究，设计了基于Proteus和ARM7的虚拟串口测试系统，并给出了系统总体设计方案。
具体介绍了系统工作原理、Proteus电路详细设计和对应的软件设计，并通过了工程应用测试。
试验结果验证了该设计能实现串口测试命令生成和测试结果分析的功能，满足嵌入式工程师基于串口的测试需要。
%In accordance with the practical test demand based on serial port for embedded engineer, the technologies of virtual instrument, Proteus circuit simulation, ARM multi-serial port, and virtual serial port are researched, and the virtual serial port testing system has been designed based on Proteus and ARM7. The general design scheme of the system is proposed and the working principle of the system, the design of Proteus circuit and the corresponding software are introduced. The engineering application test of the system is conducted. The experimental results show that the design achieves the functions of serial port command generation and test results analysis, and satisfies the test demands based on serial port for embedded engineer.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】3页(P51-53)【关键词】Proteus;ARM接口;测试系统;虚拟串口;串口调试助手;仿真【作者】郭建昌【作者单位】中国矿业大学北京机电与信息工程学院1，北京 100083; 南阳理工学院电子与电气工程学院2，河南南阳 473000【正文语种】中文【中图分类】TP391+.9煤矿用手持巡检仪设计采用ARM7芯片LP2101，功能测试中需要通过PC机中串口调试助手发送测试命令，需要对串口调试助手接收到的巡检仪响应数据进行分析。
探讨基于虚拟仪器技术的信号测试与分析系统设计摘要：在我国的社会经济和科学技术的发展过程中，仪器仪表设备凭借自身测试、分析以及处理信号的能力而发展成为一种不可缺少的关键技术。
在仪器仪表设备的形式中，虚拟仪器可以说是一种非常重要的形式，其具有非常强大的信号处理集成功能，其能够实现传统专用仪器甚至是更为先进、强大的所有功能。
本文将对基于虚拟仪器技术的信号测试与分析系统进行详细的分析，并对其具体的设计进行了仔细的研究与探讨，希望能够为该技术的发展提供一些帮助。
关键词：虚拟仪器技术；信号测试与分析；系统设计仪器仪表作为一种技术方法与设备，能够测试、分析以及处理各种信息或是信号，其在我国的社会经济与科学技术的发展进程已经成为一种关键技术，其在我国的经济、国防以及科研等各个方面所起到的作用都是非常重要的。
随着科技和信息技术的不断进步，以往所使用的传统仪器受其自身局限性的影响而无法与现代化社会发展需求相适应，为此，我们提出并应用了虚拟仪器技术。
该技术不仅包含传统仪器的所有功能，而且还具有传统仪器所没有的更加先进和强大的功能。
基于虚拟仪器技术的信号测试与分析系统在能够扩大自身的功能范围的同时，还能够满足现代化社会的发展需求，其为仪器仪表的推广和应用提供了非常有利的条件，促进了社会生产力的提高。
一、有关信号测试和电路采集的设计分析测试和分析信号是以信号输入通道的建立为基础的，这样可以为输入信号的范围与带宽等方面提供可靠的保障。
以整体的建立方案为基础，对测试与采集双路信号的输入电路设计进行分析，主要从信号输入、信号调理以及高速A/D转换与缓存等几方面的电路设计着手。
对信号的测试和分析系统进行研究需要对两个方面进行重点研究，一方面是测试采集信号与虚拟仪器的接口电路，另一方面是位于计算机端位置的虚拟仪器软件，其具体的设计如下：在USB接口的基础上进行电路的信号测试，以及利用通用计算机来进行通信；运用C++.net等软件来对虚拟仪器软件进行设计；信号输入采用双通道方式；设置8bit为采样分辨率；采用自动方式来对采样速率进行调整，其最高上限为100MHz；实现测试、分析和处理模拟带宽为20MHz信号的功能；将通道存储深度控制在256kB范围内；将±20V作为输入信号的范围区间；采用有谱以及相关分析方法来对信号进行分析。
图1 硬件整体结构图基于串口通信的虚拟仪器平台的设计与测试张 怡,黄劲松,郑 乐(西北工业大学电子信息学院,陕西西安710072)摘 要:设计了一套基于串口通信的虚拟仪器平台。
系统硬件采用DSP 平台和PC 平台协同工作的模式,其中D SP 芯片为协处理器,负责信号采集和预处理。
PC 平台负责信号分析与工作状态控制,用户可以通过开发好的PC 平台软件完成对系统的控制,PC 机与DSP 的通信采用串口实现。
分析了串口通信质量对信号测量的影响,实验结果显示串口通信稳定可靠,通信误码对信号分析影响不大,能够满足串口通信虚拟仪器平台的需求。
关键词:虚拟仪器平台;串口通信;D SP中图分类号:TP 391.6 文献标识码:A 文章编号:1671O 654X (2010)05O 0095O 04引言随着计算机技术、信号处理技术的飞速发展,并与测试技术的进一步结合,由传统的测试仪器模式发展出新概念的测试仪器)))虚拟仪器(V irt u al Instr u -m ent),简称V I 。
经过十几年的发展,虚拟仪器技术在军事和民用领域获得了广泛的应用,对现代测控技术产生了深远的影响。
这是由于虚拟仪器利用了计算机的强大资源使本来需要传统硬件实现的功能软件化,不仅大幅度地降低了测试系统成本,而且增加了系统的功能和灵活性[1-2]。
开发物美价廉的实验仪器以满足人才培养的需求,是许多高校着重研究的课题之一。
虚拟仪器技术的采用,在降低使用成本的同时,可满足高校教学需要[3]。
目前,主流的虚拟仪器平台基于PC 总线。
这些平台虽然技术比较成熟,且在Labv ie w 等软件的支持下开发方便,但是存在造价昂贵的缺点。
而基于串口的虚拟仪器平台,虽然精度有所降低,但是造价低廉且使用方便,尤其适用于高校教学的需要,有着巨大的潜力。
本文使用串口作为通信方式,构建了一套用于信号频谱分析的虚拟仪器平台,该平台基于DSP 芯片T M S320VC5509A 实现,具有结构简单,易于实现,费用低廉的优点;而且由于其协议的通用性以及硬件电路的可移植性,所以具有较大的实际意义。
1 总体设计1.1 系统硬件结构在硬件上本系统主要由PC 平台和DSP 电路组成。
DSP 电路也就是虚拟仪器的信号采集和前端处理模块,它由DSP 芯片及其外围电路构成。
PC 平台则由计算机和信号转换处理电路部分组成,主要完成信号分析、存储、显示和网络传输。
硬件的整体结构功能如图1所示。
本设计选用DSP 芯片T M S320VC5509A 控制实现信号的采集和预处理。
T M S320VC5509A 芯片是T I 公司生产的一款DSP 处理器,它采用低功耗设计,比上一代C54XX 器件功耗低30%左右,并且处理速度更快,采用双核结构,速度大约为400M I PS 。
由于本系统应用于信号频谱分析,所以DSP 电路首先对信号发生器的输入信号进行采样和AD 转化,利用DSP 芯片的强大数字信号处理能力对转换后的数据进行预处理即收稿日期:2010O 07O 17基金项目:国家自然科学基金资助项目(60672184);航空科学基金资助项目(20085553016);国家大学生创新实验计划资助项目(07GZ1601)作者简介:张 怡(1958-),女,上海市人,副教授,硕士生导师,博士研究生,研究方向为通信、导航系统的信息传输与处理、数字信号处理、多媒 体与计算机通信。
第40卷 第5期航空计算技术Vo.l 40N o .52010年9月A eronautical Computi ng T echn i queSep .2010FFT 变换,得到信号的频谱数据。
使用串口将输入信号的频谱数据发送到PC 主机,PC 系统会自动将数据存入数据库,再根据用户的要求对信号进行分析显示,也可以将数据上传至Internet 。
系统中PC 机承担主控任务,负责该测控系统的通信参数设定、数据的采集处理及对DSP 运行的控制信号进行采集。
通信协议为:采用RS-232异步通信方式,DSP 串口通信方式为8位异步串行通信方式,其波特率是可变的,1位起始位,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验。
DSP 接收PC 机的指令,根据指令信息实现相应的通信波形的发生和结束,调整相应的寄存器可以改变系统波特率。
下位机按接收到的指令工作,若PC 平台发出无效或错误指令,将不作任何控制。
本系统的特点是PC 系统与DSP 平台采用串口通信。
使用DSP 进行信号处理和分析在目前已经被广泛应用,在Labv ie w 等软件的支持下的基于PC 总线的虚拟仪器平台的性能也已十分稳定。
但是基于串口通信协议的虚拟仪器平台的应用及其在低信噪比条件下的稳定性却很少有人讨论。
下面针对本文设计的串口通信电路进行详细描述。
1.2 串口通信电路设计中在板上驱动电路部分使用TL16C550C 和M ax232芯片。
驱动电路主要完成将输出的0~3.3V 电平转换成异步串口的工作电平,转换电平的工作由MAX232芯片完成,但由于它是5V 器件所以它同DSP 间的信号线必须有电平转换,此板采用的是74LVC245。
TL16C550C 是一个标准的串口接口芯片,它的控制寄存器基地址为0x400200,寄存器占用T M S320VC5509的8个地址单元。
在设计中串口中断与TM S320VC5509的I N T0连接。
可以使用T M S320VC5509的中断0响应串口中断,从而实现异步通信[4]。
E I A -RS-232C 对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。
规定说明了RS -232C 标准对逻辑电平的定义。
对于数据(信息码):逻辑/10(传号)的电平低于-3V,逻辑/00(空号)的电平高于+3V;对于控制信号;接通状态(ON )即信号有效的电平高于+3V,断开状态(OFF)即信号无效的电平低于-3V,也就是当传输电平的绝对值大于3V 时,电路可以有效地检查出来,介于-3~+3V 之间的电压无意义,低于-15V 或高于+15V 的电压也认为无意义,因此,实际工作时,应保证电平在?(3~15)V 之间。
E I A -RS-232C 是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL 以高低电平表示逻辑状态的规定不同。
因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL 器件连接,必须在E I A -RS-232C 与TTL 电路之间进行电平和逻辑关系的变换。
实现这种变换的方法可用分立元件,也可用集成电路芯片。
目前较为广泛地使用集成电路转换器件,本设计选用MAX232芯片完成TTL 与E I A 的双向电平转换。
2 软件设计系统软件设计主要包括硬件驱动和应用程序两个部分,硬件驱动的主要功能是底层硬件的初始化配置,硬件寄存器的读写;应用程序主要实现读取缓存区的采集数据,然后通过DSP 前端处理后发送至PC 平台,PC 平台完成数据的后续处理并显示结果。
2.1 串口下位机程序设计本系统与插卡型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器以及GPI B 总线方式的虚拟仪器等虚拟仪器平台最主要的区别就在于使用了串口通信平台。
平台的程序设计如下面的程序流程如图2所示。
图2 串口下位机程序流程图程序开始后首先对DSP 时钟,E M I F 以及16C550C 的控制寄存器进行初始化,之后启动串口。
串口首先检查是否有来自上位机发送过来的控制命令。
如果有控制命令则根据命令设置串口启动参数,否则等待启动参数。
启动参数成功设置后DSP 平台检测信号采集状态,若信号采集发生异常则会触发中断,以免对硬#96# 航空计算技术 第40卷第5期件造成伤害。
若信号采集正常则将处理后的信号发送至PC 端。
PC 端对收到的信号进行分析,如需要串口传送状态则可以通过串口或者直接通过DSP 板上的按键对串口通信参数(波特率,码形等)进行调整,得到更优的信号波形。
2.2 PC 平台软件设计使用V isua lC ++进行软件开发得到PC 平台,平台负责数据分析和PC 端的串口通信,串口通信的程序采用自定义串口通信类来实现,串口读写主要运用ReadF ile()与W rite F ile()API 函数。
异步通信方式,两函数中最后一个参数为指向结构的非空指针,在读写函数返回值为F ALSE 的情况下,调用Get L ast E rror()函数,返回值表明I /O 操作悬挂,即操作转入后台继续执行[5]。
于是,定义全局变量为新建类的对象,就可以通过调用类的成员函数即可实现所需串行通信功能,从而成功搭建虚拟仪器的PC 平台。
制作好的PC 平台的软件界面及功能介绍如图3所示。
图3 PC 平台交互界面在操作过程中,用户根据上图中的PC 平台首先选择串口工作方式,然后启动下位机,从波形显示区和接收区可以实时的对采集到的信号进行分析。
考虑到高校教学的需求,教师可以将数据添加入数据库,一方面为进一步分析数据提供了条件,另一方面也可以通过I nternet 将数据传给学生。
由于PC 平台使用VC 开发,保存的数据形式相对于Labv ie w 来说具有通用性,学生可以根据个人情况使用M atlab 等信号分析工具直接读取信号并进行分析,既不需要进行任何数据格式转换,也不需要添加任何驱动。
3 测试结果及讨论由于本系统使用串口作为通信方式,所以讨论通信状况对系统性能的影响显得尤为重要。
通信质量的好坏,直接关系到PC 端的频谱分析。
因此,在系统测试阶段本文利用已实现的系统,重点研究不同波特率情况下串口通信的对信号的失真度的影响,进一步验证系统的稳定性。
系统上电后,信号输入模块接上信号发生器,输入标准正弦信号。
调整输入信号频率,传输波特率以及传输信噪比,测量不同信噪比条件下的正弦信号失真度,得到的结果如图4所示。
图4 失真度曲线由图4的实验结果可以看出,当信号频率分别为2kH z 时和10kH z 时,波特率越高则信号失真度越大。
而对于给定波特率,比如波特率设为9600,信号频率的变化对失真度的影响并不明显。
这说明基于串口通信的信号分析仪对于频率变化具有很好的稳定性,当测量信号为宽带信号时,能够将频谱失真控制在尽可能小的范围之内。
为了进一步验证上述结论,再研究串口通信对三角波和方波的影响,并与正弦信号进行对比。
三角波与方波存在理论失真度,为了客观的进行失真度比较,定义观测失真度与理论失真度(正弦信号的理论失真度为0)之差为相对失真度,主要比较相对失真度的大小,实验结果如图5所示。
图5 三种波形失真度曲线图5的结果显示,三种波形在信噪比较低时方波#97#2010年9月张 怡等:基于串口通信的虚拟仪器平台的设计与测试失真度最大,但是随着信噪比的提高,信号失真度均明显下降,相对失真度再次趋于一致。
这从另一个角度验证了本系统的测量稳定性,说明系统在降低成本的同时在测量精度上相对于PC 总线虚拟仪器平台并不会产生明显下降。
