基于LabVIEW的LED结温特性测量仪毕业论文.doc

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1、本本 科科 生生 毕毕 业业 论论 文文 题 目：基于 LabVIEW 的 LED 结温特性测量仪 i 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文） ，是我个人在指导教师 的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标 注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果， 也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的 材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作 了明确的说明并表示了谢意。 作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期：

2、 使用授权说明使用授权说明 本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文） 的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本； 学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与 阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名： 日 期： ii 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究 所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出 重要贡

3、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 iii 注 意 事 项 1.设计（论文）的内容包括： 1）封面（按教务处

4、制定的标准封面格式制作） 2）原创性声明 3）中文摘要（300 字左右） 、关键词 4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入） 6）论文主体部分：引言（或绪论） 、正文、结论 7）参考文献 8）致谢 9）附录（对论文支持必要时） 2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于 1 万字（不包括图纸、程序清单等） ，文 科类论文正文字数不少于 1.2 万字。 3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件） 。 4.文字、图表要求： 1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他 人代写 2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分

5、用计算机绘制，所有图纸应符合国 家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画 3）毕业论文须用 A4 单面打印，论文 50 页以上的双面打印 4）图表应绘制于无格子的页面上 5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档 5.装订顺序 1）设计（论文） 2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订 3）其它 摘摘 要要 利用动态电学测量方法来测量 GaN 基白光 LED 的结温,获得了较为准确的结温 iv 数据。该方法利用发光二极管 PN 结的正向压降 VF 与 PN 结的温度成线性关系 的特性,通过测量其在不同温度下的正向压降差来得到发

6、光二极管的结温。本系统以 ATMEL 增强型 FLASH 单片机 AT89S52 作为主处理器以完成主要的测控任务，单 片机选通 CD4051 不同的通道电压来控制压控恒流源的电流输出，其负载为 LED， 同时启动 AD 读取不同电流值下 LED 的 PN 结电压数据，经单片机处理后通过 RS485 总线传送到 PC 机上进行处理。PC 机软件由具有图形界面编程能力的 LabVIEW 进行编写，负责与单片机系统进行命令交互控制与测试数据的处理。本系 统已经应用于高亮度 LED 的测试，测算出来的结温数据误差小，取得了较好的测试 效果。 关键词：关键词：白光 LED，结温，LabVIEW Abs

7、tract Base on the electronic technique to measure the junction temperature of the GaN_based white LEDs, we get a exact data. This method use the linear programming between positive voltage and temperature of PN_junction. This system take the Atmel AT89S52 microcontroller which is low- power, high-pe

8、rformance and with 8K Flash bytes of in-system programmable Flash memory as the control center. The MCU choose the different channels of the CD4051 chip to control the voltage- controlling current source, which can has various current output. And at the same time, the MCU start up the AD converter t

9、o get the voltage of PN_junction during different current. The voltage data processed by MCU is send to the PC via RS485 bus. The software on PC is written by LabVIEW, which have graphical interfaces capability. The software communicate with the MCU to process command and parameter. This system is u

10、sed to test GaN_based white LEDs, and the testing result is all right Keywords: white LEDs, junction temperature, LabVIEW v 第一章 前言.1 第二章 大功率 LED 特性及 LabVIEW 综述.2 2.1 大功率 LED 特性.2 2.1.1 LED 的工艺特性.2 2.1.2 LED 的优缺点.2 2.1.3 LED 的实际应用以及急需解决的问题.3 2 .2 LabVIEW 简介3 2.2.1 LabVIEW 的编程语言特点4 2.2.2 虚拟仪器的概念.5 第三章

11、 结温测量仪整体系统设计.5 3.1 结温测量仪的原理5 3.2 硬件设计方案5 3.2.1 各部分硬件功能简述 5 3.2.2 硬件电路器件参数确定.6 3.3 软件设计方案6 3.3.1 LabVIEW 平台特性.6 3.3.2 PC 机程序整体框架以及各部分功能模块划分.7 3.3.2.1 上位机软件操作流程.7 3.3.2.2 系统功能模块划分8 3.3.3 上位机与下位机通讯接口协议.9 3.3.3.1 硬件协议9 3.3.3.2 软件协议9 第四章 上位机通讯接口及用户界面.10 4.1 LabVIEW 程序架构的比较10 4.1.1 顺序结构10 4.1.2 并行结构11 4.1

12、.3 EVENT+QUEUE 结构11 4.2 PC 机软件各模块的算法与实现.12 4.2.1 用户权限控制块12 vi 4.2.2 命令控制模块13 4.2.3 数据处理模块14 4.2.4 图形显示与打印模块15 4.3 CRC 校验的算法与实现16 4.3.1 CRC 校验的算法简介.16 4.3.2 CRC 在 LabVIEW 平台的实现.16 4.4 整体软件界面.17 4.4.1 登录界面.17 4.4.2 串口设置界面.18 4.4.3 电流设置面板.18 4.5 结果分析.19 4.5.1 实际波形分析.19 4.5.2 软件波形分析.20 第五章 结论.21 致谢.22 参

13、考文献.23 - 1 - 第一章第一章 前言前言 目前随着技术的发展，大功率白光 LED 的寿命在逐渐加长，是未来绿色，环保， 节能光源的发展方向。但是结温升高会使白光 LED 的光度、色度学性能变差以及 寿命变短，因而对结温的测试在大功率 LED 的研制中具有非常重要的地位。目前对 LED 结温的研究主要有三种方法，分别是管脚温度法，电致发光谱法，正向电压法。 管脚温度法是利用 Pt 电阻测量 LED 的管脚温度 ,然后通过耗散功率和热阻系数求 得结温。电致发光谱法是一种非接触的结温测量方法，它利用的是白光 LED 的电 致发光 EL 谱中蓝光与白光的功率比值随结温变化的关系来测量结温。正向

14、电压法 是利用 LED 电输运的温度效应通过测量工作电流下的正向电压与结温的有着较好 的线性关系来确定结温。 - 2 - 第二章第二章 大功率大功率 LED 特性及特性及 LabVIEW 综述综述 2.1 大功率大功率 LED 特性特性 LED（Light Emitting Diode） ，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可 以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架 上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导 体晶片由两部分组成，一部分是 P 型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是 N 型半导体，在这边主要是电子。但这

15、两种半导体连接起来的时候，它们之间就形 成一个“P-N 结结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向 P 区， 在 P 区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是 LED 发光的原 理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成 P-N 结的材料决定的1。 2.1.1 LED 的工艺特性的工艺特性 白光 LED 的工艺结构和白色光源。 对于一般照明，在工艺结构上，白光 LED 通常采用两种方法形成。第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种 是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白 光的采用 LEDGaM 芯片发蓝光（p=465NM

16、）和 YAG（钇铝石榴石）荧光粉封装 在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光。第 二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光2。 2.1.22.1.2 LEDLED 的优缺点的优缺点 大功率 LED 作为光源用于照明具有以下优点： (1)电压低：LED 使用低压电源，供电电压在 6-24V 之间，根据产品不同而异， 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源，特别适用于公共场所。 (2)效能：消耗能量比同光效的白炽灯减少 80% (3)适用性：很小，每个单元 LED 小片是 3-5mm 的正方形，所以可以制备成各种 形状的器件，并且适合于易变的环境

17、 (4)稳定性：10 万小时，光衰为初始的 50% (5)响应时间：其白炽灯的响应时间为毫秒级，LED 灯的响应时间为纳秒级 - 3 - (6)对环境污染：无有害金属汞 。 大功率 LED 的缺点是价格太贵，使一般百姓家难以接受，大大推迟了它在实 际应用中的普及。 2.1.32.1.3 LEDLED 的实际应用以及急需解决的问题的实际应用以及急需解决的问题 目前 LED 照明灯虽然还难进百姓家，但是还有很多领域可以大量地应用 LED 照明灯。这些领域的应用可促进大功率白光 LED 的生产、可促进技术的提高，并可 降低生产成本。在 LED 照明设计、应用上也可获得更多的经验，有利于将来的推广 。

18、这些应用领域都是用电大户，对节电能起到很大作用。它们是： (1) 城镇街道的路灯系统（包括太阳能路灯系统）。 (2) 隧道及地下停车场（包括地下商场）。 (3) 交通工具的照明（汽车、电车、轮船、飞机等的内部及部分外部照明灯） 。 (4) 大的公共场所的 LED 照明系统，例如火车站、地铁站、飞机场、大型超市 、 大型百货公司、大厦及医院等。 (5) 无电区的 LED 灯照明工程。 由于 LED 照明灯一般采用低压直流（恒流）供电。若采用交流 220V 市电供电， 需要专门的变电装置输出低压直流电（如 12V、24V 等）并由 LED 驱动器来驱动 LED 灯。所以最好在新建这些建筑时就考虑到

19、用 LED 灯，则在建筑设计中都把它 设计在内，这要经济得多。而归建筑原用日光灯的照明系统要改造成 LED 照明，则 改造的费用大、改造的时间长（如改造一个地铁站或一个候机大厅的照明系统） 。 2 .2 LabVIEW 简介简介 2.2.1 LabVIEW 的编程语言特点的编程语言特点 LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是虚拟仪器概念的首 创者，是美国 National Instrument（简称 NI）公司推出的一个图形化软件开发环境， 类似于 C 和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是：

20、其 - 4 - 他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编 辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。在一般的数据管理，科学计算等 方面，在 LabVIEW 环境下也可以开发出优秀的应用程序。LabVIEW 的最大优势在 于测控系统的开发，因为它不仅提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的 高级信号分析工具，而且还非常容易和各种数据采集硬件集成，可以和多种主流的 工业现场总线通讯以及与大多数的通用标准的实时数据库链接。据统计，使用 LabVIEW 开发的虚拟仪器比使用基于文本语言的开发效率可以提高 1015 倍3， 程序的执行却几乎不受影响；同时在

21、信号处理等方面的强大功能是组态软件不可以 比的。 与 C 和 BASIC 一样，LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任 务的庞大函数库。LabVIEW 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、 数据显示及数据存储，等等。LabVIEW 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以 动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。 2.2.2 虚拟仪器的概念虚拟仪器的概念 虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。随着技术的发展，计 算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合有两种方式，一 种是将

22、计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的 日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌 入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系 统为依托，实现各种仪器功能，这种方式的虚拟仪器可以很方便的进行数据的采集， 传输，处理。当计算机外接不同功能的硬件，其定义的仪器性质与功能也发生相应 的变化，很方便用户的使用，而且基于计算机的这个强大的处理平台，可以实现更 形象生动地显示数据，更快速地处理数据。虚拟仪器主要是指这种方式。 - 5 - 第三章第三章 结温测量仪整体系统设计结温测量仪整体系统设计 3.1 结温测量仪的原

23、理结温测量仪的原理 LED 作为一种半导体期间，主要以热阻（ JX R ）表征其本身的热学特性，根 据文献 热阻的定义式为： H XJ JX P TT R (1) 式中 JX R 是待测器件 PN 结打到指定环境之间的热阻（ wc/ ） ；T1 是测试条件稳定 时的待测器件的结温（ c ） ；Tx 是指定温度的参考温度（ c ） ；是待测器件的耗 H p 散功率W。因此，为了测定 LED 的热阻须确定式（1）右边的三个参数，而其中参 数之一的结温（T1）则是测量中的重点，结温的测量可以通过下式表示的方法进行 JJJ TTT 0 (2) TSPKTJ (3) 式中 0J T 是待测器件未施加加热

24、功率前的初始结温（ c ） ； J T 是因施加加热功率引 起的结温变化量（ c ） ；K 是定义 J T 与 TSP 之间关系的常量（ c /mV） ； TSP 是温度敏感参数值得变化量（mV）1。 3.2 硬件设计方案硬件设计方案 3.2.1 各部分硬件功能简述各部分硬件功能简述 整个下位机系统采用增强型的带 flash 内存的 AT89S52 单片机为处理核心，单 片机主要有以下几个功能： (1)通过 RS485 总线负责与 PC 机通讯，处理 PC 机发送来的命令与数据，设置 好高电流与低电流各自的持续时间。 (2)根据 PC 机的命令选择 CD4051 不同的控制通道，通过不同通道的

25、电压来调 节输出电流的大小 - 6 - (3)启动 AD 转换器，把采集到的电压数据传送回电脑。 压控电流源部分电流是由运算放大器，反馈电阻和大功率达林顿管组成。电路 采用了自举反馈式，电路简单可靠，易于调节。 硬件系统的电路图如图 31 所示： 图 31 3.2.2 硬件电路器件参数确定硬件电路器件参数确定 单片机采用 ATMEL 的 AT89S52，此芯片具有在线可编程功能，内部 256 个单 元的 RAM，方便数据的暂时存储与处理。由于电流的切换要求下降沿足够陡峭，因 而压控电流源的动作速度要足够快，此部分的延时主要有 CD4051 通道的切换延时， 运算放大器的反馈速度，达林顿管的开关

26、速度，其中运算放大器占据主要地位，故 运算放大器采用速度较快的 OP274. 3.3 软件设计方案软件设计方案 3.3.1 LabVIEW 平台特性平台特性 LabVIEW 是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室 所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内 置了便于应用 TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的 软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过 程都生动有趣。 - 7 -

27、图形化的程序语言，又称为“”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序 代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所 熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增 强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便 捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作 效率。 利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的位编译器。 像许多重要的软件一样，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的 多种版本。 由于 LabVIEW

28、在工程实践中具有如此方便高效的特点，因而在上位机软件中采 用它替代普通的 VC,VB 编程语言来进行界面的编程。 3.3.2 PC 机程序整体框架以及各部分功能模块划分机程序整体框架以及各部分功能模块划分 3.3.2.1 上位机软件操作流程上位机软件操作流程 整个上位机软件的流程是： (1) 当用户开始操作时，判别是处于输入用户和密码状态还是新用户注册状态， 并对输入的用户和密码进行判别。 (2) 进入串口以及数据采集参数的设置面板，此时应该判别输入参数的合法性。 (3) 将命令以及数据进行打包，并对其实现 CRC 校验，通过 ModBus 协议发送 给下位机。 (4) 接收下位机回送的采集数

29、据，先进行数据的校验，再显示数据。 (5) 根据用户设置来保存数据。 实现这些步骤的流程图如图 32： - 8 - 图 32 3.3.2.2 系统功能模块划分系统功能模块划分 根据详细的系统功能分析，PC 机的软件主要分为以下四个部分： (1)用户权限控制模块：用户设置密码,防止非专业人员随便操作程序，破坏有用 的数据文档。 (2)命令控制模块：接受用户输入的参数，判别其是否为合法的命令代码，如果 合法则产生对应的控制代码，否则给出相应的出错处理。 (3)数据处理模块：基于 ModBus 协议接收单片机回送的数据，进行 CRC 校验， 如果数据格式合法则执行相应的处理。 - 9 - (4)图形

30、显示与存储打印模块：把数据以相应的曲线显示出来，并提供相应的存 储打印服务，方便用户操作。 3.3.3 上位机与下位机通讯接口协议上位机与下位机通讯接口协议 3.3.3.1 硬件协议硬件协议 RS-485/422 采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的 TTL 电平信号转换成差分信号 A,B 两路输出，经过线缆传输之后在接收端将 差分信号还原成 TTL 电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输， 所以又极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至 200mV 电压5。故传输信号在千米之外都是可以恢复。 3.3.3.2 软件协议软件协议 Modbus 协议是

31、应用于电子控制器上的一种通用语言。通过此协议，控 制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它 已经成为一通用工业标准。有了它，不同厂商生产的控制设备可以连成工业网 络，进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管 它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程， 如果回应来自其它设备的请求，以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格 局和内容的公共格式。当在一 Modbus 网络上通信时，此协议决定了每个控制 器须要知道它们的设备地址，识别按地址发来的消息，决定要产生何种行动。 如果需要回应，控制器将生成反馈信息并用 Modbu

32、s 协议发出。在其它网络上， 包含了 Modbus 协议的消息转换为在此网络上使用的帧或包结构。这种转换也 扩展了根据具体的网络解决节地址、路由路径及错误检测的方法。为了方便和 加快数据的传输，本系统采用 ModBus 的 RTU 协议，消息发送至少要以 3.5 个字符时间的停顿间隔开始。在网络波特率下多样的字符时间，这是最容易实 现的(如下图的 T1-T2-T3-T4 所示)。传输的第一个域是设备地址。可以使用的 传输字符是十六进制的 0.9,A.F。网络设备不断侦测网络总线，包括停顿间 隔时间内。当第一个域（地址域）接收到，每个设备都进行解码以判断是否发 往自己的。在最后一个传输字符之后，

33、一个至少 3.5 个字符时间的停顿标定了 消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。整个消息帧必须作为一连续的 流传输。如果在帧完成之前有超过 1.5 个字符时间的停顿时间，接收设备将刷 - 10 - 新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地，如果一个新 消息在小于 3.5 个字符时间内接着前个消息开始，接收的设备将认为它是前一 消息的延续6。这将导致一个错误，因为在最后的 CRC 域的值不可能是正确 的。一典型的消息帧如表 31 所示： 表 31 起始位设备地址功能代码数据CRC 校验结束符 T1-T2-T3-T48Bit8Bitn 个 8Bit16Bit T1-T2-T3-

34、T4 第四章第四章 上位机通讯接口及用户界面上位机通讯接口及用户界面 4.1 LabVIEW 程序架构的比较程序架构的比较 4.1.1 顺序结构顺序结构 基于文本的编程语言，程序是按照语句出现的顺序来执行的。而在 LabVIEW 这种数据流的程序中，只要一个节点所需要输入的数据全部到达就可以开始执行。 如果有时需要某个节点先于其他节点执行，可以用顺序结构作为控制节点执行次序 的一种方法。以图 41 为例当要执行 HeatStrob Waring 这个函数时，前面的 Current Temp 与 Max Temp 必须执行大于或等于这个操作完。 图 41 - 11 - 4.1.2 并行结构并行结

35、构 与众多的编程语言不同，LabVIEW 具有同时处理多任务的并行结构。这种“并 行结构”不是真正意义上的硬件并行处理，而是基于高效的编译系统编译出一种 “伪并行”的可执行代码。用户完全不用考虑处理器如何处理指令，只关心其 LabVIEW 程序架构就可以了。 如图 42 所示，LOOP1 里面执行的代码与 LOOP2 里面的没任何数据流依赖关系，两个任务同时进行。 图 42 4.1.3 EVENT+QUEUE 结构结构 NI 提供顺序结构，但是并不提倡，主要是因为顺序结构破坏了作为 LabVIEW 优点之一的并行运行机制，并且由于掩盖了部分程序代码，中断了 LabVIEW 的数据流形式。而单纯

36、的并行结构则妨碍了数据的交流。 EVENT+QUEUE 结构恰好解决了这些问题，它扩展了数据流编程的功能，允许 用户在前面板的直接干预或不同程序不同部分之间的交流影响程序的执行。 EVENT+QUEUE 结构分为两部分，一部分为事件驱动，一部分为事件执行，两 者之间的数据交流是通过队列来进行的。如图 43 所示，上部分的事件驱动一 旦有事件触发，就把相应的信息压入队列，下部分的事件执行部分可以从队列 取出相应的信息执行相应的事件。这样就避免了两部分之间的数据依赖，又能 进行数据交流。所以在上位机的软件的设计中，我们采用 EVENT+QUEUE 结 - 12 - 构来编写程序，整个架构比较简洁，

37、易于维护。 图 43 4.2 PCPC 机软件各模块的算法与实现机软件各模块的算法与实现 4.2.1 用户权限控制块用户权限控制块 用户设置密码,防止非专业人员随便操作程序，破坏有用的数据文档。当用户输入密 码时，程序读取其字符串，紧接着调入保存着上次密码的文本，进行比较。当用户重新设 置密码时，必须输入现在的密码，如果正确则允许修改。在修改的过程中必须重复输入两 次新密码，防止用户输错。整个模块的流程图如图 44 所示： - 13 - 图 44 实现图 44 所要的程序框架如图 45 所示 图 45 4.2.2 命令控制模块命令控制模块 此部分负责接收用户的命令以及输入的数据，例如通讯的波特

38、率大小，产 - 14 - 生的电流最大值与最小值，电流的周期等等，并判断是否在合法的范围内，如 果命令合法则把输入数据打包成数据处理模块所能接收的形式，压入队列以供 数据处理模块处理，如果不合法，则应该弹出相应的窗口告知用户输入不合法。 4.2.3 数据处理模块数据处理模块 数据处理模块一方面从队列里提取命令与数据，把数据进行打包，并进行 CRC 校验，再调用底层的一个串口处理子 VI，以 ModBus 协议发出去。具体的实 现过程是： (1)串口初始化：利用 VISA Configure Serial Port.vi 节点设定串口的端口号、 波特率、一帧信息中的有效数据的位数、停止位、奇偶校

39、验、数据流量控制等。 图 46 实现了串口的初始化功能。 图 46 (2)读写串口：利用 VISA Read.vi 节点和 VISA Write.vi 节点对串口进行读写。 - 15 - 由于在 LabVIEW 平台上的串行通信过程中，发送和接收的数据格式是以字符 串的格式组成的，字符串中的每个字符实际上对应熟悉的 ASCII 字符;而采用 Modbus RTU 模式进行通信时，发送和接收的数据格式是直接的十六进制字符。 所以在发送数据之前必须把要发送的十六进制字符利用 bytes array to string 函 数转换成对应的 ASCII 字符，同样接收到的数据 ASCII 字符可通过

40、string to byte array 函数转换为对应的十六进制字符。程序如图 47 所示： 图 47 图 48 (3)关闭串口：利用 VISA Close.vi 节点来将打开的串口关闭，停止所有读写操 作。 图 48 执行的是关闭串口功能。 另一方面接收下位机传送来的命令与数据，先进行 CRC 校验以判别数据是 否有错误，再调用数据合理性分析子 VI 以识别数据是否在正常合理的范围内， 这样就实现了形式与内容的校验。数据处理模块还要分析通讯是否中断，单片 机是否有反应，以及出错如何处理等等状况，可以说是程序的大脑 。 4.2.4 图形显示与打印模块图形显示与打印模块 当接收到的数据正确并且

41、合法合理的状况下，调用 Waveform Chart 进行数 据曲线的显示。按照设计的需要，一共可以显示采样的 LED 结电压，经电压查 表得出的对应结温。为了方便对 LED 结温的科研，程序还提供了打印功能，以 及曲线的存储功能。 - 16 - 4.3 CRCCRC 校验的算法与实现校验的算法与实现 4.3.1 CRCCRC 校验的算法简介校验的算法简介 根据应用环境与习惯的不同，CRC 又可分为以下几种标准：CRC-12 码通 常用来传送 6-bit 字符串。CRC-16 及 CRC-CCITT 码则用是来传送 8-bit 字符， 其中 CRC-16 为美国采用，而 CRC-CCITT 为

42、欧洲国家所采用。CRC-32 码大 都被采用在一种称为 Point-to-Point 的同步传输中。 冗余循环码 CRC 包含 2 个字节 ,即 16 位二进制。CRC 码由发送设备 计算，放置于发送信息的尾部。接收信息的设备再重新计算接收到信息的 CRC 码，比较计算得到的 CRC 码是否与接收到的相符，如果两者不相符，则 表明出错。在进行 CRC 码计算时只用 8 位数据位。起始位、停止位、奇偶校 验位都不参与 CRC 码计算。7 4.3.2 CRCCRC 在在 LabVIEWLabVIEW 平台的实现平台的实现 CRC 在 LabVIEW 平台的具体算法如下8： (1)预置 16 位寄存

43、器为十六进制 FFFF (即全为 1) 。称此寄存器为 CRC 寄 存器。 (2)把第一个 8 位数据与 16 位 CRC 寄存器的低位相异或运算，把结果放于 CRC 寄存器。 (3)把寄存器的内容右移一位，用 0 填补最高位，检查最低位。 (4)如果最低位为 0:重复第 3 步，再次右移一位；如果最低位为 1，CRC 寄 存器与多项式 A001( 1010 0000 0000 0001) 进行异或运算。 (5)重复步骤 (3)和(4),直到右移 8 次，这样整个 8 位数据全部进行了处理。 (6)重复步骤 (2)到 (5)，进行下个 8 位数据的处理。 (7)最后得到的 CRC 寄存器的值即

44、为 CRC 码。 (8)将 CRC 码分成高 8 位和低 8 位，按低位在先，高位在后，将它们加到 传送数据之后。 具体的流程图如图 49 所示： - 17 - 图 49 4.4 整体软件界面整体软件界面 4.4.1 登录界面登录界面 登录界面可以设置用户名，密码，注册按键，登录按键，如图 410 所示 - 18 - 图 410 4.4.2 串口设置界面串口设置界面 串口设置面板可以选择使用哪个串口，波特率的大小，数据的格式，以及延 时时间，尽量做到通用，以方便系统或程序的移植，如图 411. 图 411 4.4.3 电流设置面板电流设置面板 电流的设置关系到系统测试的准确性，因而在输入的界面

45、窗口要对输入参数做 相应的检查，防止出现数据错误或不合理，如图 412 所示： 图 412 - 19 - 4.54.5 结果分析结果分析 4.5.14.5.1 实际波形分析实际波形分析 图 413 为用示波器实际测得的波形，从图中知道电压从高电平下跳到低电平的时 间是 4us 左右，满足测试要求（要求是在 5us 左右） ，在低电平的时候电压不是绝对 的平坦，是一种慢慢趋向平坦，这是由于 LED 的 PN 结电阻在电流变小的时候发生 变化。从图中还可以看到当电压波形上跳的时候有过冲现象，然后电压趋于平稳。 图 414 - 20 - 4.5.2 软件波形分析软件波形分析 图 414 是用 Lab

46、VIEW 编写的数据采集界面，由图可知电压的跳变时间也差不多 是 4us，当通过 LED 的电流变为 20mA 时，LED 两端的电压也不是绝对的平坦，这 与实际测得的波形是一致的。由于单片机的速度以及 AD 的速度的限制，采集的数 据只是有限的几个点，然后进行曲线拟合，所以图 414 与图 413 还是有一定的 区别的。例如图 414 不能反映电压跳变的上冲现象。 图 414 - 21 - 第五章第五章 结论结论 本系统基于 LabVIEW 平台，通过 ModBus 与单片机进行命令交互和数据传输， 系统的上位机与下位机能够紧密的结合，分工协作，取得了良好的测试效果。在整 个系统的设计过程中，我们仔细研究了系统的要求与功能，划分好硬件与软件模块， 软硬件同步设计。对于 PC 机的编程，采用了具有可视化图形界面语言的 LabVIEW 平台，使得开发