1引言

由于各種人群的皮膚阻抗的動態(tài)范圍不一樣，甚至同個人在不同的時間、不同的環(huán)境下皮膚阻抗的動態(tài)范圍也不一樣。因此，在皮膚阻抗檢測系統(tǒng)中，刺激器需要根據(jù)不同的人群以及不同的環(huán)境，產(chǎn)生不同頻率、不同脈寬的刺激信號，才能保證檢測系統(tǒng)可以測量到人體皮膚的真實阻抗。

MCS-51單片機系統(tǒng)有3個定時器可以產(chǎn)生方波，而且方波的脈沖頻率及寬度可以由軟件設定，這種產(chǎn)生脈沖的方式具有很大的靈活性。上位機軟件LabVIEW同下位機通信時，將下位機所要產(chǎn)生的脈沖的參數(shù)通過串口傳給下位機，以便實現(xiàn)利用LabVIEW控制單片機產(chǎn)生所需脈沖的目的。

2下位機系統(tǒng)的設計

2.1硬件部分

MCS-51單片機內(nèi)部有一個功能很強的全雙工串行口，該串行口有4種工作方式。片內(nèi)的定時器/計數(shù)器可以產(chǎn)生波特率，大小可用軟件設置。有2個物理上獨立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，接收、發(fā)送均可觸發(fā)中斷系統(tǒng)，使用十分方便。對外也有兩條獨立的收、發(fā)信號線RXD(P3.0)和TXD(P3.1)。

本文采用RS 232串行接口標準，在電氣特性上，RS232采用負邏輯，要求高低兩信號間有較大的幅度，標準為：邏輯"1"在-5~-15V之間，邏輯"0"在+5~+15V之間。

2.2軟件部分

MCS-51的定時器0進行兩次計數(shù)。設P1.0為脈沖發(fā)生端，當定時器0的第一次計數(shù)結束后，將P1.0取反，賦新的初值，再進行第二次計數(shù)。當?shù)诙斡嫈?shù)結束后，再一次將P1.0取反，又賦原來的初值，進行新一輪的計數(shù)，如此反復即可產(chǎn)生方波。這樣通過兩次計數(shù)值的不同就可以實現(xiàn)產(chǎn)生不同脈寬及頻率的方波了。

圖1，圖2和圖3給出了單片機程序的詳細流程圖。其中定時器1工作在方式2，這是一種自動重裝方式，禁止中斷，用于產(chǎn)生波特率(該波特率設置為9 600)。串口工作在方式1，發(fā)送或接受一幀信息為10位，1位起始位(0)，8位數(shù)據(jù)位和1位停止位(1)，無奇偶校驗位。程序還設定串口中斷優(yōu)先級高于定時器0的中斷優(yōu)先級。

在通信前，上下位機一般會約定一個協(xié)議，例如在發(fā)送的數(shù)據(jù)前加一個標識段，一般為一個字節(jié)。當該字節(jié)傳輸正確后，下位機才可以認為上位機準備發(fā)送數(shù)據(jù)段。這樣可以避免串口偶爾產(chǎn)生的誤發(fā)信號。

程序設定4個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)段，是因為上位機一次性要發(fā)完包括高低電平在內(nèi)的兩次定時器的初始值，而每一個初始值都有兩個字節(jié)。因此下位機判斷一次完整的數(shù)據(jù)段是否發(fā)送完畢，就是判斷其是否收到了4個字節(jié)的數(shù)據(jù)。

3上位機系統(tǒng)的設計

LabVIEW語言是美國國家儀器(NI)公司開發(fā)的一種基于圖形化語言(G語言)的編程語言，利用該語言編寫的模塊化程序，具有良好的界面，簡單、直觀，且易于理解、調(diào)試和維護。做成的虛擬儀表可以當作許多儀器設備來使用，其功能完全由用戶編程定義。另外，LabVIEW內(nèi)還包含豐富的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信號分析以及控制等子程序，特別適用于數(shù)據(jù)采集、通信處理系統(tǒng)。

LabVIEW提供了很多現(xiàn)成的可供調(diào)用的函數(shù)庫，從底層的GPIB，VXI，PXI，串口數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅動程序；從基本的功能函數(shù)到高級分析庫，幾乎涵蓋了儀器設計中需要的所有函數(shù)。同時，LabVIEW還支持用于網(wǎng)絡通訊的TCP/IP協(xié)議、動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)和網(wǎng)絡化多媒體對象技術(ActiveX)等應用軟件標準。

3.1VISA LabVIEW提供了功能強大的VISA庫

VISA(Virtual Instrument Software Architecture，虛擬儀器軟件規(guī)范)是用于儀器編程的標準I/O函數(shù)庫及其相關規(guī)范的總稱。VISA庫駐留于計算機系統(tǒng)中，完成計算機與儀器之間的連接，用以實現(xiàn)對儀器的程序控制，其實質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標準的API(Application Programmer Inter-face，應用程序接口)。正因為如此，VISA可以連接不同標準的I/O設備。

VISA本身并不具備編程能力，惟他通過調(diào)用底層的驅動程序來實現(xiàn)對儀器的編程。VISA的I/O軟件庫的源程序是惟一的，其與操作系統(tǒng)及編程語言無關，只是提供了標準形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出。

3.2LabVIEW中利用VISA實現(xiàn)串口通信

在LabVIEW中使用串口的基本流程為：先調(diào)用VISA Configure Serial Port來完成串口參數(shù)的初始化設置，包括了串口的資源分配，波特率的設定，數(shù)據(jù)位、停止位、校驗位和流控制等。

當某一個串口初始化成功后，就可以使用該串口進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。使用VISA Write進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，使用VISA Read進行數(shù)據(jù)的接收。在接收數(shù)據(jù)前，有時需要VISA Bytes at Serial Port查詢當前串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果VISA Read要讀取的字節(jié)數(shù)大于緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，VISA Read操作將一直等待，直至緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)達到要求或是等待時間滿足VISA Configure Serial Port所設定的Timeout。在對數(shù)據(jù)的連續(xù)性要求不高的時候，VISA Read也支持分批讀取接收緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)字節(jié)或者只是讀取其中的一部分字節(jié)。

在某些特殊的情況下，可以利用VISA SET I/O Buffer Size設置串口接受/發(fā)送緩沖區(qū)的大小，使用VISAFlash I/O Buffer清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。在串口使用結束后，使用VISA Close結束與VISAresource name所指定串口間的會話。

該LabVIEW程序框圖中調(diào)用了一個叫做change的子VI程序，該子VI程序的功能是將高低電平的脈沖寬度值，轉換成定時器的初始值，并且拼湊成一個4個字節(jié)的16進制數(shù)，通過VISA Write模塊送入下位機。該子VI的程序框圖如圖5所示。

在接收到數(shù)據(jù)后，單片機有一條反饋的指令，他將其緩沖區(qū)內(nèi)的值再次送回上位機，LabVIEW對該值進行顯示，并可以和原來實際輸出的16進制數(shù)進行比較。用戶可以很方便地知道，是否在上下位機通信中出現(xiàn)誤碼。

圖6左側的倒三角表示從圖4(a)的VISA Read中接收到的值，他與LabVIEW上一次顯示的值拼裝成一個完整的字符串，成為新的顯示值，在字符串顯示區(qū)顯示出來。

4程序運行結果與驗證

程序的前面板界面如圖7所示。

圖8是另一個程序的前面板，該程序可以將采樣率設定為50kHz的采集卡采集到的數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。該屏幕顯示的是，上位機程序發(fā)送欲產(chǎn)生高低電平均為0.6ms脈沖波的定時器初始值給下位機后，下位機產(chǎn)生的脈沖序列。

上位機發(fā)送的16進制數(shù)為FDA8FDA8，下位機準確接收后，反饋的值也為FDA8FDA8。

根據(jù)采樣率為50kHz，即0.02ms采樣一次，則在顯示波形圖中任選一次完整脈沖(如圖8所示)進行計算，可以得到該次的低電平的持續(xù)時間為0.66ms，高電平的持續(xù)時間為0.68ms。

這兩個數(shù)據(jù)的誤差可能是采集卡的采樣率誤差引起的，或是單片機的定時器中斷服務程序的執(zhí)行周期產(chǎn)生的延時所造成的。

另外，在上下位機的通信中，也可能會產(chǎn)生誤碼，導致產(chǎn)生的波形不符合要求。如果要一次性完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蝿眨瑒t應該在上下位機間增加可糾錯的編碼和譯碼電路，否則，可以選擇再次發(fā)送數(shù)據(jù)，當返回值與發(fā)送值一致時，才可認為發(fā)送成功，產(chǎn)生的波形基本可以符合要求。

5結語

本文用RS 232串行通信接口將計算機與單片機相連，組成一個可控脈沖發(fā)生器用于皮膚阻抗檢測。上位機用LabVIEW編程，產(chǎn)生的界面友好，操作方便。這種可控脈沖發(fā)生器編程靈活，不僅可以產(chǎn)生方波，還可以產(chǎn)生三角波，正弦波等，基本可以滿足實驗的要求。