零成本学Arduino单片机之LabVIEW虚拟仪器

发表于 11/25/2012 11:32:29 AM 阅读（7672）

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是由美国国家仪器（NI）公司所开发的图形化程序编译平台，发明者为杰夫·考度斯基（Jeff Kodosky），程序最初于1986年在苹果电脑上发表。LabVIEW早期是为了仪器自动控制所设计，至今转变成为一种逐渐成熟的高级编程语言。

　　LabVIEW是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是LabVIEW的程序模块，类似于C和BASIC的子函数。

LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

Labview官方中文网址：http://china.ni.com/。

Labview中文门户网站：http://www.gsdzone.net/classroom.aspx。

美国国家仪器公司NI 通过LabVIEW软件平台率先引入了特别的虚拟仪表（VI）的概念，用户可通过人机界面直接控制，自行开发仪器。虚拟仪器的引入，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，计算机技术和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是“仪器”的先河。

虚拟仪器包括Labview图形化编程软件和模块化硬件采集设备，Labview提供了两者之间相互通信的多种协议，如VXI、GPIB，RS232和RS485等，其中最基本的通信协议就是RS232串口通信协议。因为Labview支持RS232协议，使得Labview与各种嵌入式微控制器的通信变得很容易实现，Arduino控制器作为嵌入式微控制器的一种，当然可行。Arduino控制器在处理I/O信号方面很在行，但是在人机界面方面的能力，却是软肋，正好Labview可以弥补Arduino这方面的不足。

我的博客文章《基于Labview与Arduino的上下位机的蓝牙通信实验》，网址：http://blog.chinaaet.com/detail/28557.html。介绍了LabVIEW与Arduino结合，通过串口上下位机通信，制作出“温湿度”虚拟仪表，如下图。

Arduino如何在Proteus仿真环境下，与上位机串口通信，我刚刚写得两篇文章进行了详细介绍，这两篇文章为：《零成本学Arduino单片机之串行通讯》，网址：http://blog.chinaaet.com/detail/30674.html。《零成本学Arduino单片机之Processing互动媒体》，网址：http://blog.chinaaet.com/detail/30672.html。

那么LabVIEW软件如何编写串口通信程序呢？看看这篇文章介绍的虚拟电压表项目，就知道了，该项目的全景图如下图所示。

本篇文章的仿真项目任务是：在Proteus仿真图中，用鼠标调节电位计滑动抽头与地之间的电压，Arduino控制器采集这个电压值，正比转换后，通过串口通信，发送到上位机软件LabVIEW。LabVIEW再处理后，在LabVIEW前面板显示电压的数值和波形图。如视频所示。

双击网址，全屏看仿真实验现象，

http://www.tudou.com/v/AytwNvJpY3E/&rpid=96368873&resourceId=96368873_04_05_99/v.swf

Labview虚拟仪器程序由前面板和框图程序组成，前面板是人机交互的界面，界面上有用户输入和显示输出两类控件；框图程序则是用户编制的程序源代码，以定义和控制在前面板上的控件输入和输出功能。下面分别为虚拟数字电压表的前面板和框图程序。

虚拟数字电压表的前面板

虚拟数字电压表的框图程序

LabVIEW前面板的UI设计比较酷，但支撑它的后台框图程序，却很简单，花短短20分钟来设计这个程序足以。在这个框图程序中就包含了LabVIEW串口通信程序段。

要编写串口通信程序，不仅要具备Labview软件，还必须另外安装NI_VISA串口通讯协议驱动。NI_VISA串口驱动是一个免费的Labview附加组件，可以在官网下载到，或者点击网址下载：ftp://ftp.ni.com/support/visa/drivers/win32/4.0/visa400full.exe。

安装完NI_VISA，在框图程序界面右击鼠标，出现函数工具库面板，再点击“仪表I/O”→“串口”，就会出现串口函数VI子面板，如下图。

框图程序是采用NI_VISA“串口”函数来访问和控制串口的。VISA中的“串口”函数库里包含如上图所示的八个子函数VI。本设计用到的三个VISA串口子函数分别是VISA 配置串口、VISA读取和VISA关闭。

VISA 配置串口函数的作用是完成串口参数的初始化设置，包括了串口资源名称，波特率，奇偶校验、数据比特、是否启用终止符等，虚拟数字电压表的框图程序中该函数连接了两个输入变量，它们分别连在串口资源名称和波特率参数端子上，变量值由前面板上的相应控件来设定，另外该函数在“是否启用终止符”的端子上还连接了一个布尔常量，常量值为false，含义是不启用终止符，其它输入参数采用默认值。VISA串口配置函数有两个输出端子，它的图标上面输出端子输出的是串口资源名称，下面输出端子输出的是错误码，输出端子向下游函数传递信息。

VISA读取函数有三个输入端子，图中VISA读取函数图标的上面输入端子是前面VISA 配置串口函数传递的串口资源名称，下面的输入端子传递的是错误码，意思是若前面的函数出错了，会往这里输入一个错误码，然后继续往下面传递，有错误码出现时程序是不会工作的。中间输入端子是每次从串口读取的字符串字节数，本文串口通信的字节数应设置为1。

框图程序中VISA读取函数包含在一个While循环结构中，每20ms从串口读取一个字节，并从该函数的中间输出端子，以字符串的形式输出。VISA读取函数图标上面输出端子输出的是串口资源名称，下面的输出端子输出的是错误码，继续向下游函数传递信息。在前面板按下“EXIT”按钮，可结束While 循环。

VISA关闭函数的作用是当程序停止时，必须要把所用到的串口设备关闭，若不关闭，其他程序就不能使用该设备。

从VISA读取函数输出的字符串，通过“字符串至字符数组转换”函数把字符串转换为字符数组，这个字符数组里只有一个字节数据，可以通过“索引数组”函数的第0元素，把这个字节数据从字符数组中取出，它包含了电位计电压值信息，一个字节的数值范围是0~255，如果为0，则电压值为0V，如果为255，电压值就对应着5V。所以在框图程序里做个正比换算，就可以把读取的字节数据换算为0~5V电压值。

然后把换算后的电压值，发送到数据和图形显示VI，显示在LabVIEW前面板上。

谈完了上位机Lavbiew程序，接下来，下位机Arduino的程序如何设计？Arduino程序的任务有两点：一、把电位计的电压值采样出来，由于Arduino模拟采集数据范围为10位二进制数据，范围是0~1023，因此要通过正比换算，处理成8位字节数据，范围为0~255，以便Arduino以单字节形式上传给LabVIEW；二、把包含电位计电压信息的单字节数据，通过串口不断上传给上位机，以便上位机Labview程序实时显示电压信息。

Arduino程序：

/*任务：调节电位计滑动抽头与地之间的电压，并把

电压值采样到Arduino控制器，经数据换算后，通过串口，

发送到上位机软件处理。*/

int potpin = 0; //把电位计连在Arduino模拟端口0

//初始化

void setup()

{

Serial.begin(9600);//启动串行通讯，波特率为9600b/s

}

//主程序

void loop()

{

//读取电位计的电压量采样值，采样值范围0-1023

int sensorValue = analogRead(potpin);

//把采样值正比转换为0-255字节值

int data= sensorValue/4;

Serial.print(data,BYTE); //发送到上位机处理

delay(20);

}

Labview程序和Proteus原理图请下载：

LabVIEW和Proteus程序下载.zip

结束语

LabVIEW功能强大的图形编程语言能够成倍地提高生产率，人们亲切地称这种语言为G语言。使用传统的编程语言需要花费几周甚至几个月才能编写的程序，用LabVIEW只需几个小时就可以完成。因为LabVIEW是专为测量、数据分析并提交结果而设计的，且LabVIEW拥有如此功能众多的图形界面又易于编程，使得它对于仿真、结果显示、通用编程甚至讲授基本编程概念也同样是很理想的语言。

与Arduino书籍奇缺不同，当当网已经有很多LabVIEW书籍，我介绍两本，大家看看，如下图。