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基于LabVIEW与USB接口的实时数据采集系统

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摘要：本文设计了一种基于LabVIEW与STC12C5410AD单片机的数据采集系统。单片机采集到的数据通过CH341T芯片的USB转串口的功能，实现了只用一条USB线就可以把数据传输到LabVIEW中进行显示和分析。从下位机和上位机两个部分阐述了系统的设计。实验证明，系统能实时精确的再现单片机采集的低频信号。

关键词：LabVlEW；数据采集；STC单片机；USB

1 数据采集系统

工程上使用具有PCI、PXI、USB、并口以及串口的计算机来获取测试数据，称为基于PC的数据采集系统。其中一种是通过插入式的数据采集卡直接获取数据传输给计算机。鉴于数据采集卡的价格昂贵，且安装不方便等缺点，本文提出使用STC单片机作为前端的数据采集系统，利用CH341T芯片的USB总线转异步串口的功能，将采集数据只通过一条USB线传输给PC机，最后在LabVIEW平台下进行数据的显示、分析、处理。

1．1 系统组成与工作原理

本系统总体结构框图如图1所示。主要包括有STC12C5410AD单片机和CH341T转换芯片组成的数据采集、转换、传输部分，以及基于PC机的LabVlEW软件构成的数据处理部分。首先，被测电压模拟信号通过电平变换电路进入STC单片机的AD转换通道，待转换完成后利用CH341T芯片的USB转串口的功能，通过USB接口传输给PC机，最后由LabVIEW软件分析处理。

2 下位机系统设计

2．1 硬件设计部分

系统硬件原理图如图2所示。系统采用的MCU为STC12C5410AD，采用的USB接口芯片为CH- 341T，利用该芯片的USB转串口的功能将数据传输到上位机，从而构成数据采集系统。

2．1．1 STC12C5410AD单片机

STC12C5410AD系列单片机是单时钟／机器周期(1T)的兼容8051内核单片机，是高速／低功耗的新一代增强型8051单片机，内部集成MAX810专用复位电路。10KBFLASH程序存储器，512字节SRAM，有8路10位高速A／D转换器，速度可达100KHz。实际工作频率可达48MHz。在应用时，需根据实际情况设定晶振频率，本系统采用11．0592MHz的晶振。本例中采用P1．0作为A／D转换通道。由于各A／D转换通道的输入电压范围为0～5V，对于双极性信号来说，直接输入会被削掉负半波。为了解决上述问题，采用了高速低噪声双运算放大器NE5532，根据运放电路的虚短、虚断原则，其输出OUT=2．5-IN。可以将-2．5v～2．5V的电平转换到0～5v，这样满足了输入信号的双极性要求。

2．1．2 CH341T芯片

随着计算机通讯技术的不断发展，串口的通讯速度越来越不能满足现在的通信要求。因此越来越多的计算机，尤其是笔记本电脑都不再保留串行接口，取而代之的是方便、高速、标准的USB接口。然而对于需要用串口通信的设备来说，是个麻烦的问题。为了解决这个问题，本系统采用CH341T芯片将单片机通过USB接口直接连接到PC机上，方便了没有串口的上位机与下位机的通信，解决了上位机没有串行接口的问题。CH341T芯片的特点如下：

(1)仿真标准串口，用于升级原串口外围设备，或者通过USB增加额外串口。

(2)计算机端Windows操作系统下的串口应用程序完全兼容，无需修改。

(3)硬件全双工串口，内置收发缓冲区，支持通讯波特率50b／s～2Mb／s。

(4)支持5、6、7或者8个数据位，支持奇校验、偶校验、空白、标志以及无校验。

2．2 软件设计部分

本系统将STCl2C5410AD的P1．0口作为A／D转换的通道，要使用A／D转换功能就必须进行相应的寄存器设置。STC单片机的寄存器见表1所示。

1)P1M0，P1M1：P1口工作模式设置PlM0=0x01，P1M1=0x01。将P1口设置为开漏模式。

2)ADC CONTR：A／D转换控制器

ADC_POWER：ADC电源控制位。

ADC_ POWER=0：关闭ADC电源。ADC POWER=1：打开A／D转换器电源，初次打开内部A／D转换模拟电源，需适当延时，等内部模拟电源稳定后，再启动A／D转换。

ADC_START：模数转换器(ADC)转换启动控制位，设置为1时，开始转换，转换结束后为0。

SPEED1，SPEED0：模数转换器转换速度控制位。