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(shí)阻抗。
　　
　　MCS-51單片機(jī)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(shè)定，這種產(chǎn)生脈沖的方式具有很大的靈活性。上位機(jī)軟件LabVIEW同下位機(jī)通信時，將下位機(jī)所要產(chǎn)生的脈沖的參數(shù)通過串口傳給下位機(jī)，以便實(shí)現(xiàn)利用LabVIEW控制單片機(jī)產(chǎn)生所需脈沖的目的。
　　
　　2、下位機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　
　　2.1硬件部分
　　
　　MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有一個功能很強(qiáng)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(jì)數(shù)器可以產(chǎn)生波特率，大小可用軟件設(shè)置。有2個物理上獨(dú)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(dú)立的收、發(fā)信號線RXD（P3.0）和TXD（P3.1）。
　　
　　本文采用RS232串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在電氣特性上，RS232采用負(fù)邏輯，要求高低兩信號間有較大的幅度，標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行兩次計(jì)數(shù)。設(shè)P1.0為脈沖發(fā)生端，當(dāng)定時器0的*次計(jì)數(shù)結(jié)束后，將P1.0取反，賦新的初值，再進(jìn)行第二次計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)诙斡?jì)數(shù)結(jié)束后，再一次將P1.0取反，又賦原來的初值，進(jìn)行新一輪的計(jì)數(shù)，如此反復(fù)即可產(chǎn)生方波。這樣通過兩次計(jì)數(shù)值的不同就可以實(shí)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(jī)程序的詳細(xì)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(shè)置為9600）。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(yàn)位。程序還設(shè)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(jī)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(biāo)識段，一般為一個字節(jié)。當(dāng)該字節(jié)傳輸正確后，下位機(jī)才可以認(rèn)為上位機(jī)準(zhǔn)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(shè)定4個字節(jié)為一個數(shù)據(jù)段，是因?yàn)樯衔粰C(jī)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(jī)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(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
　　
　　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(hù)。做成的虛擬儀表可以當(dāng)作許多儀器設(shè)備來使用，其功能*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(qū)動程序；從基本的功能函數(shù)到分析庫，幾乎涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中需要的所有函數(shù)。同時，LabVIEW還支持用于網(wǎng)絡(luò)通訊的TCP/IP協(xié)議、動態(tài)數(shù)據(jù)交換（DDE）和網(wǎng)絡(luò)化多媒體對象技術(shù)（ActiveX）等應(yīng)用軟件標(biāo)準(zhǔn)。
　　
　　3.1VISALabVIEW提供了功能強(qiáng)大的VISA庫
　　
　　VISA（VirtualInSTrumentSoftwareArchitecture，虛擬儀器軟件規(guī)范）是用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱。VISA庫駐留于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，完成計(jì)算機(jī)與儀器之間的連接，用以實(shí)現(xiàn)對儀器的程序控制，其實(shí)質(zhì)是用于虛擬儀器系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)的API（ApplicatiONProgrammerInter-face，應(yīng)用程序接口）。正因?yàn)槿绱耍琕ISA可以連接不同標(biāo)準(zhǔn)的I/O設(shè)備。
　　
　　VISA本身并不具備編程能力，惟他通過調(diào)用底層的驅(qū)動程序來實(shí)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(guān)，只是提供了標(biāo)準(zhǔn)形式的API文件作為系統(tǒng)的輸出。　　
　　3.2LabVIEW中利用VISA實(shí)現(xiàn)串口通信
　　
　　在LabVIEW中使用串口的基本流程為：先調(diào)用VISAConfigureSerialPort來完成串口參數(shù)的初始化設(shè)置，包括了串口的資源分配，波特率的設(shè)定，數(shù)據(jù)位、停止位、校驗(yàn)位和流控制等。
　　
　　當(dāng)某一個串口初始化成功后，就可以使用該串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。使用VISAWrite進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，使用VISARead進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收。在接收數(shù)據(jù)前，有時需要VISABytesatSerialPort查詢當(dāng)前串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，如果VISARead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)，VISARead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(dá)到要求或是等待時間滿足VISAConfigureSerialPort所設(shè)定的Timeout。在對數(shù)據(jù)的連續(xù)性要求不高的時候，VISARead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VISASETI/OBufferSize設(shè)置串口接受/發(fā)送緩沖區(qū)的大小，使用VISAFlashI/OBuffer清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。在串口使用結(jié)束后，使用VISAClose結(jié)束與VISAresourcename所串口間的會話。
　　
　　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(zhuǎn)換成定時器的初始值，并且拼湊成一個4個字節(jié)的16進(jìn)制數(shù)，通過VISAWrite模塊送入下位機(jī)。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(jī)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(jī)，LabVIEW對該值進(jìn)行顯示，并可以和原來實(shí)際輸出的16進(jìn)制數(shù)進(jìn)行比較。用戶可以很方便地知道，是否在上下位機(jī)通信中出現(xiàn)誤碼。
　　
　　圖6左側(cè)的倒三角表示從圖4（a）的VISARead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(yùn)行結(jié)果與驗(yàn)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(shè)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(jī)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(jī)后，下位機(jī)產(chǎn)生的脈沖序列。　　
　　上位機(jī)發(fā)送的16進(jìn)制數(shù)為FDA8FDA8，下位機(jī)準(zhǔn)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(jìn)行計(jì)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(jī)的定時器中斷服務(wù)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(jī)的通信中，也可能會產(chǎn)生誤碼，導(dǎo)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?wù)，則應(yīng)該在上下位機(jī)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(dāng)返回值與發(fā)送值一致時，才可認(rèn)為發(fā)送成功，產(chǎn)生的波形基本可以符合要求。
　　
　　5、結(jié)語
　　
　　本文用RS232串行通信接口將計(jì)算機(jī)與單片機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn)的要求。