基于LabView的GSM移动通信系统手机设计与开发毕业论文.doc

毕业论文（设计）BACHELOR DISSERTATION 论文题目： 基于LabView的GSM移动通信系统手机设计与开发 基于LabView的GSM移动通信系统手机设计开发中文摘要在3G成熟的今天，由于GSM系统的优点和使用群体的巨大，使得GSM系统在3G网络商用的阶段，仍然是满足人们基本通信需求的一种选择方式。本设计运用GSM系统的工作原理，同时结合实际，运用知识理论解决实际问题,从而培养了动手能力、软件设计和硬件的设计能力。手机设计一般是指软件设计、硬件设计和包括机械结构设计在内的外观设计三大领域。同时手机设计正逐渐地成为手机制造产业价值链中的重要一环。本设计涉及的是软件设计和硬件设计两个方面。本设计介绍了GSM网络的基本结构和现状、LabView的基本操作模块以及特点和功能、无线通信芯片GTM900C的功能和特性、AT命令的使用、LabView软件搭建PC机与无线模块的通讯接口和程序调试。本设计采用的GSM芯片模块是华为公司生产的一款GSM/GPRS 无线芯片模块，经过硬件电路设计并焊接组装成一款手机，运用LabView8.2编写虚拟手机界面程序，通过虚拟手机界面能够控制硬件模块，实现手机拨号呼叫、通话，等基本通信功能。硬件方面主要由GTM900C模块、电源模块、控制模块组成。关键词：GSM通信；手机终端；无线通信系统平台；GTM900CLabView based on the GSM mobile communication system design and development of mobile phonesAbstractIn the 3G mature today, because the GSM systems advantages of using groups is huge, makes the GSM system in 3G network mature stage, GSM system is still meet the basic communication needs of an option. In order to understand the principle of the GSM system, using the knowledge from books to, combined with the actual, put the book to the school the knowledge for solving practical problems, to use this design, so as to cultivate their own, software design and hardware design capability.Mobile phone design generally refers to software design, hardware design and comprises a mechanical structure design, appearance design three major areas. At the same time, mobile phone design is gradually becoming mobile phone manufacturing industry value chain important one annulus.This paper introduces the basic structure of GSM network and current situation, the basic operation of LabView module and characteristic and function, wireless communication chip GTM900C function and characteristic, the use of AT command, using LabView software to build the PC machine and the wireless communication module interface and program debugging. The design mainly uses the LabView8.2 virtual mobile phone interface procedures, through the virtual mobile phone interface control hardware circuit for realizing mobile phone dialing call, call, send and receive text messages and other basic communication function. The hardware is composed of GTM900C module, power supply module, control module.Keywords: GSM communication；mobile terminals；wireless communication system platform；GTM900C目 录第一章 前言11.1课题的研究目的及其意义11.2 GSM系统历史背景11.3移动通信的发展状况及未来31.4 GSM移动通信系统基本组成原理简述41.4.1GSM系统组成结构41.4.2GSM系统的接口41.5手机终端的发展61.5.1目前手机61.5.2未来手机71.6 LabView发展及其优点81.6.1LabView的发展81.6.2虚拟仪器的功能和特点9第二章 LabView图形化编程语言112.1 LabView简介112.2 LabView构建程序框图112.2.1前面板112.2.2流程图122.2.3图标与连接器132.3 LabView的操作模板132.3.1工具模板（Tools Palette）132.3.2控制模板（Control Palette）142.3.3功能模板(Functions Palette)152.4虚拟仪器的构成172.4.1通用仪器硬件平台172.4.2软件结构182.5创建手机界面的VI程序192.5.1前面板192.5.2程序框图设计202.3.3最终程序（函数面板部分）252.6程序调试方法25第三章 无线通讯模块的设计与开发273.1 硬件介绍及原理图273.1.1硬件体系结构介绍273.1.2硬件介绍273.2 硬件接口设计303.2.1电源接口313.2.2 串行接口313.2.3 SIM卡接口323.3 硬件各模块电路设计333.3.1 稳压模块333.3.2 单片机控制模块343.3.3 MAX232控制模块353.3.4 硬件实物图37第四章AT命令与系统调试384.1AT命令384.1.1 AT命令简介384.1.2本设计用到的AT命令394.2 程序运行步骤及结果404.2.1系统流程404.2.2检测串口414.2.3 GSM模块测试414.2.4无线通信平台呼叫实现42第五章 总结43参考文献44致谢45第一章 前言1.1课题的研究目的及其意义本设计的研究背景：随着3G的推出，GSM逐渐退出了市场主流，特别是对于2012年来说，人们提到的关于通信的话题，绝大部分都是关于3G或者是4G，但是对于GSM来说，它的优点还是存在的，特别是现在3G还未成熟。GSM还依旧是市场的主流。对于研究GSM还是有必要性的，对于一个尚未完全了解生GSM系统的学生而言，做一个完整的可以实现无线通信的平台是最好的锻炼。本设计的目的：通过对实验课题的研究与设计，可以用GSM系统的理论知识用于解决实际问题，运用到实际，同时也了培养了我们硬件和软件设计能力及其动手能力，可以看出该课题的研究具有重要的研究价值和应用价值。本设计的意义：通过这个平台可以让更多的同学深入了解GSM系统，熟悉通信实现的具体过程，AT命令的具体应用，无线通信模块如何应用在系统中，了解具有强大功能通过图形编程的语言LabView。1.2 GSM系统历史背景GSM数字移动通信系统是由欧洲主要电信运营者和制造厂家组成的标准化委员会设计出来的，它是在蜂窝系统的基础上发展而成。 蜂窝移动通信的出现可以说是移动通信的一次革命。其频率复用大大提高了频率利用率并增大系统容量，网络的智能化实现了越区转接和漫游功能，扩大了客户的服务范围，但上述模拟系统有四大缺点：（1）各系统间没有公共接口； （2）很难开展数据承载业务；（3）频谱利用率低,无法适应大容量的需求；（4）安全保密性差，易被窃听，易做“假机”。尤其是在欧洲系统间没有公共接口相互之间不能漫游，对客户之间造成很大的不便。 蜂窝系统的概念和理论二十世纪六十年代就由美国贝尔实验室等单位提了出来，但其复杂的控制系统，尤其是实现移动台的控制直到七十年代随着半导体技术的成熟，大规模集成电路器件和微处理器技术的发展以及表面贴装工艺的广泛应用，才为蜂窝移动通信的实现提供了技术基础。直到1979年美国在芝加哥开通了第一个AMPS(先进的移动电话业务)模拟蜂窝系统，而北欧也于1981年9月在瑞典开通了NMT(Nordic移动电话)系统，接着欧洲先后在英国开通TACS系统，德国开通C450系统等。欧洲主要蜂窝系统见表1。表1 1991年欧洲主要蜂窝系统国家系统频带建立日期人数（千）英国TACS90019851200瑞典 挪威芬兰 丹麦NMT450900198119861300法国Radiocom2000NMT450,9004501985198930090意大利RTMSTACS4509001985199060560德国C-4504501985600瑞士NMT9001987180荷兰NMT45090019851989130奥地利NMTTACS450900198419906060GSM数字移动通信系统史源于欧洲。早在1982年，欧洲已有几大模拟蜂窝移动系统在运营，例如北欧多国的NMT（北欧移动电话）和英国的TACS（全接入通信系统），西欧其它各国也提供移动业务。当时这些系统是国内系统，不可能在国外使用。为了方便全欧洲统一使用移动电话，需要一种公共的系统，1982年北欧国家向CEPT（欧洲邮电行政）提交了一份建议书，要求制定900MHz频段的公共欧洲电信业务规范。在这次大会上就成立了一个在欧洲电信标准学会（ETSI）技术委员会下的“移动特别小组（Group Special Mobile）”简称“GSM”，来制定有关的标准和建议书。 1986年在巴黎，该小组对欧洲各国及各公司经大量研究和实验后所提出的8个建议系统进行了现场实验。 1987年5月GSM成员国就数字系统采用窄带时分多址TDMA、规则脉冲激励线性预测RPELTP话音编码和高斯滤波最小移频键控GMSK调制方式达成一致意见。同年，欧洲17个国家的运营者和管理者签署了谅解备忘录（MoU），相互达成履行规范的协议。与此同时还成立了MoU组织，致力于GSM标准的发展。 1990年完成了GSM900的规范，共产生大约130项的全面建议书，不同建议书经分组而成为一套12系列。 1991年在欧洲开通了第一个系统，同时MoU组织为该系统设计和注册了市场商标，将GSM更名为“全球移动通信系统”（Globa1 system for Mobile communications）。从此移动通信跨入了第二代数字移动通信系统。同年，移动特别小组还完成了制定1800MHz频段的公共欧洲电信业务的规范，名为DCSI800系统。该系统与GSM900具有同样的基本功能特性，因而该规范只占GSM建议的很小一部分，仅将GSM900和DCSI800之间的差别加以描述，绝大部分二者是通用的，两系统均可通称为GSM系统。 1992年大多数欧洲GSM运营者开始商用业务。到1994年5月已有50个GSM网在世界上运营，10月总客户数已超过400万，国际漫游客户每月呼叫次数超过500万，客户平均增长超过50。 1993年欧洲第一个DCS1800系统投入运营。到1994年已有6个运营者采用了该系统。最终推向全球，为人们提供GSM服务。1.3移动通信的发展状况及未来移动通信是当代通信领域内发展最快，市场前景最好的部分。从80年代以来，移动通信技术已经从第一代（模拟系统）和第二代（GSM）的发展，达到通信领域市场容量的40至50，成了国际上最受重视的领域，从1995年到2000年，中国移动通信用户年平均增长率接近100，中国移动电话用户增至1.37亿户，（截止到2001年10月）飞速发展的市场，不仅引来了世界上最新的通信产品，而且也使中国成为通信技术创新最活跃的国家之一。信息产业部副部长说，根据“十五”规划，中国移动通信产业将保持百分之二十以上的年平均增长速度，到2005年末，中国内地移动电话用户数将超过二点六亿。通信网络规模和用户数均居世界第二位1。我们都已目睹了近几年来技术领域的快速发展以及由此而带来的种种益处。这些发展必将继续下去20世纪90年代，无线技术以一种堪称“难以置信”的方式得到发展。如果说过去几年的发展是振奋人心的，未来的发展也将更加如此。随着技术的进步，移动通信正朝着能提供语音、数据、多媒体信息通信为一体的第三代（3G）网络演进。第三代移动通信的发展已成为全球通信设备制造商和电信营运商所关心的热点。它将影响到今后十年通信网和通信服务的发展。对设备制造商，则是数以万亿美元计的巨大市场。对我国来说，则是我国民族科技和民族产业在移动通信领域突起的一个极好的机遇。如3G这样的发展正是这一深刻转变的要素。在这种转变中，令人眩目的机遇接踵而至1。1.4 GSM移动通信系统基本组成原理简述1.4.1GSM系统组成结构GSM系统由许多功能单元组成，由系统结构图（如下图2所示）中可以看出，整个系统可以分为4个相互独立的子系统：移动台（MS）、基站子系统（BSS）、网络交换子系统（NSS）和操作支持子系统（OSS）。图1 GSM系统结构图其中，基站子系统（BSS）是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连，负责无线发送接收和无线资源的管理。网络子系统（NSS）是整个系统的核心，它对GSM移动用户之间及移动用户与其他通信网用户之间通信起着交换、连接与管理的功能，主要负责完成呼叫处理、通信管理、移动管理、部分无线资源管理、安全性管理、用户数据和设备管理、计费记录处理、公共信道、信令处理和本地运行维护等。BSS主要负责无线信息的发送与接收及无线资源管理，同时与NSS相连，实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送信息系统和用户信息等。通过A接口和UM接口，移动台（MS）、BSS和NSS组成GSM系统的信息传输实体部分。操作支持子系统（OSS）则为运营部门提供一种手段，用来控制和维护这些实际运行部分。1.4.2GSM系统的接口GSM系统接口示意图，如图3 所示。图2 SM系统接口示意图（1）Um接口：BTS和MS之间的接口。Um接口是GSM系统接口中最重要的接口，UM接口的物理层（一层）连接内容包括：工作频段：890MHz-915MHz（移动台发），935MHz-960MHz（基地台发）；频载波：124个；波间隔：200KHz；多址方式：TDMA；基本帧：每载波8时隙；信道速率：270.83kb/s,码元宽度3.7s；调制方式：GMSK，调制指数：0.30。 （2）Abis接口：BSC和BTS之间的接口，Abis接口支持向客户提供的所有服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。 （3）A接口：BSC与MSC之间的接口，主要传递呼叫处理、移动性管理等信息。 （4）B接口：MSC与VLR之间的接口，用于MSC向VLR询问有关移动台当前位置信息，或通知VLR有关移动台的位置更新。 （5）C接口：MSC与HLR之间的接口，用于查询用户信息。 （6）D接口：HLR与VLR之间的接口，主要交换位置信息和客户信息。（7）E接口：MSC与MSC之间的接口，用于移动台在呼叫期间从一个MSC区移动到另一个MSC区，为保持通话连续而进行局间切换，以及两个MSC间建立客户呼叫接续时传递有关消息。 （8）F接口：MSC与EIR之间的接口，用于MSC检验移动台IMEI时使用。 （9）G接口：VLR和VLR之间的接口，当移动台以TMSI启动位置更新时VLR使用G接口向前一个VLR获取MS的IMSI。 1.5手机终端的发展第一代手机（1G）是指模拟的移动电话，最先研制出大哥大的是美国摩托罗拉公司的 Cooper博士。由于当时的电池容量限制和模拟调制技术需要硕大的天线和集成电路的发展状况等等制约，这种手机外表四四方方，只能成为可移动携。 这种手机有多种制式，如NMT，AMPS，TACS，但是基本上使用频分复用方式只能进行语音通信，收讯效果不稳定，且保密性不足，无线带宽利用不充分。此中手机类似于简单的无线电双工电台，通话是锁定在一定频率，所以使用可调频电台就可以窃听通话。 第二代手机（2G）也是最常见的手机。通常这些手机使用PHS，GSM或者CDMA这些十分成熟的标准，具有稳定的通话质量和合适的待机时间。在第二代中为了适应数据通讯的需求，一些中间标准也在手机上得到支持，例如支持彩信业务的GPRS和上网业务的WAP服务，以及各式各样的Java程序等。 3G，是英文3rdGeneration的缩写，指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2Mbps（兆字节每秒）、384kbps（千字节每秒）以及144kbps的传输速度。1.5.1目前手机 目前在全球范围内使用最广的手机是GSM手机和CDMA手机。手机外观上一般都应该包括至少一个液晶显示屏和一套按键（部分采用触摸屏的手机减少了按键）。部分手机除了典型的电话功能外，还包含了PDA、游戏机、MP3、 照相、录音、摄像、定位等更多的功能，有向带有手机功能的Pocket PC发展的趋势。 第一代手机（1G）是指模拟的移动电话，也有多种制式，如NMT，AMPS，TACS，但是基本上只能进行语音通信，收讯的效果与保密性不足，无线宽带利用不充分。在第二代手机出现以后有了对比，人们才把这些模拟制式的手机称为第一代手机。用于第三代移动通信系统（3G）的手机也已经研制出来了，但是由于相关网络没有普及，并未得到广泛的应用。第三代手机的开始的目标之一是开发一种可以全球通用的无线通讯系统，但是实际最终的结果是出现了多种不同的制式，主要有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA在竞争。这些新的制式都基于CDMA（码分多址）技术，在带宽利用和数据通信方面都有进一步发展。1.5.2未来手机 未来的手机将偏重于安全和数据通讯。一方面加强个人隐私的保护，另一方面加强数据业务的研发，更多的多媒体功能被引入进来，手机将会具有更加强劲的运算能力，成为个人的信息终端，而不是仅仅具有通话和文字消息的功能。手机会更加智能化，微型化，安全化，多功能化。未来手机以下几种技术会受宠：（1）裸眼3D技术受宠虽然3D显示在手机设备上还处于起步阶段，但是各大操作系统及手机厂商显然都意识到了3D技术在未来的重要性，特别是三星、夏普等韩、日手机厂商。当然，我们这里提到的并非是普通的3D界面，而是真正的裸眼3D显示技术。目前夏普已经推出了两款裸眼3D智能手机：003SH、SH-03C，这两款手机无需佩戴特殊眼镜便可直接在手机上观看三维图像，无论横竖模式都可生成三维图像。（2）电容屏称霸触控手机市场自苹果iPhone推出后，电容屏迅速成在高端触控手机市场流行开来，在09年电阻屏还占据着70%的市场份额，而到今年就已跌至30%，也就是说电容屏的市场份额在今年已迅速增长至70%。到明年，根据触摸屏解决方案供应商塞普锐思的预测，触控手机有望全面使用电容触控屏。（3）4G手机是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清晰度与电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。（4）未来的手机会更大屏幕，但可以折叠起来，折叠后的手机十分小巧，小到你不敢相信的地步。打开后屏幕可以更好的带来视听享受。（5）信用卡手机随着射频身份识别技术的广泛使用，在手机中将集成可以从无线电标签中提取有用信息的功能。其中，近距离通信使得在不同设备间进行数据交换成为可能。1.6 LabView发展及其优点1.6.1LabView的发展电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：模拟仪器，分立元件仪器，数字化仪器，智能仪器和虚拟仪器。（1）第一代模拟仪器这类仪器在某些实验室仍能看到，是以电磁感应基本定律为基础的指针式仪器，如指针式万用表，指针式电压表等，这类指针式仪器借助指针来显示最后结果。（2）第二代分立元件式仪器当20世纪50年代出现电子管，60年代出现晶体管时，便产生了以电子管或晶体管电子电路为基础的第二代测试仪器(分立元件式仪表)。（3）第三代数字化仪器20世纪70年代，随着集成电路的出现，诞生了以集成电路芯片为基础的第三代仪器(数字式仪器)。这类仪器现在相当普及，如数字式电压表，数字频率计等。这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。（4）第四代智能仪器随着微电子技术的发展和微处理器的普及，以微处理器为核心的第四代仪器(智能式仪表)迅速普及。这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试，又具有一定的数据处理功能，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。目前，微电子技术和计算机技术的飞速发展，测试技术与计算机深层次的结合正引起测试仪器领域里新的革命，一种全新的仪器结构概念导致新一代仪器虚拟仪器的出现 ，它是现代计算机，通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是仪器产业发展的一个重要方向。它的出现使人类的测试技术进入了一个新的发展纪元 2。LabView的主要发展阶段可归纳为六个阶段,如图3所示。图3 LabView主要发展阶段1.6.2虚拟仪器的功能和特点虚拟仪器利用PC机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析和显示，代替了传统仪器，改变了传统仪器的使用方式，极大的提高了仪器的功能和使用效率，大幅度的降低了仪器的价格，使用户可以根据自己的需要自定义仪器的功能；可以说，虚拟仪器的出现将“仪器”的概念推向了一个新的纪元。 随着社会生产力的极大发展，现代化的生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、 自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。虚拟仪器正好可以满足这些要求。与传统的仪器相比较，虚拟仪器具有如下几点优点：（1）虚拟仪器的关键环节是软件。虚拟仪器系统中除PC机外的硬件主要用于数据的采集、输入，至于系统怎样处理数据，具有怎样的面板和数据输出的形式等都是由软件决定的。虚拟仪器的好坏，很大程度上取决于软件水平的高低。（2）开发与维护的费用低，系统组建时间短。当需要增加新的测量功能，只需要增加软件模块或通用的硬件模块，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。应用软件不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，大大节省了维护的费用，延长设备的使用寿命。（3）测量更准确。传统仪器测量个体之间差异大，而虚拟仪器的应用软件在不同的PC机上具有相同的运行效果，在软件运行这方面不存在个体的差异。（4）测量更方便。因为传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参数的测量需要多台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。虚拟仪器只需对信号进行一次采样，多个软件模块对同一组数据进行不同的处理就能实现多个参数的同时测量。（5）具有强大的数据处理功能。计算机运算速度的大大提高和数字信号处理理论的丰富和完善，使虚拟仪器能够快速准确的处理数据。为了清楚的表明传统仪器与虚拟仪器的区别，详细对比见表2。表2传统仪器与虚拟仪器的比较传统仪器虚拟仪器功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义与其它仪器设备的连接十分有限可方便的与网络外设及多种仪器连接图形界面小，人工读取数据，信息量小界面图形化，计算机直接读取数据并分析处理数据无法编辑数据可编辑、存储、打印硬件是关键部分软件是关键部分价格昂贵价格低廉，仅是传统仪器的五至十分之一系统封闭、功能固定、可扩展性差基于计算机技术开放的功能模块可构成多种仪器技术更新慢技术更新快开发和维护费用高基于软件体系的结构可大大节省开发费用第二章 LabView图形化编程语言2.1 LabView简介LabView（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）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的执行顺序，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程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。LabView提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便的创建用户界面。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，又称为G（Graphics）代码。LabView的图形化源代码在某种程度上类似于数据流流程图，因此又被称为程序框图代码。前面板上的每一个控件对应应用程序框图中的一个对象，当数据流向该控件时，控件就会根据自己的特性以一定的方式显示数据，例如开关、数字和图形6。图4反映了常见的虚拟仪器方案。图4 虚拟仪器方案2.2 LabView构建程序框图所有的LabView应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（front panel）、流程图（block diagram）以及图标/连结器(icon/connector)三部分。2.2.1前面板前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体有开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示对象（indicator）。如图5所示是一个随机信号发生和显示的简单VI是它的前面板，上面有一个显示对象，以曲线的方式显示了所产生的一系列随机数。还有一个控制开关，可以启动和停止工作。图5随机信号发生器的前面板2.2.2流程图流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。图6是与图5对应的流程图。我们可以看到流程图中包括了前面板上的开关和随机数显示器的连线端子，还有一个随机数发生器的函数及程序的循环结构。随机数发生器通过连线将产生的随机信号送到显示控件，为了使它持续工作下去，设置了一个While Loop循环，由开关控制这一循环的结束4。图6信号发生器的流程图如果将VI与标准仪器相比较，那么前面板上的东西就是仪器面板上的东西，而流程图上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与标准仪器相差无几6。2.2.3图标与连接器VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子程序，这里称为子VI（subVI），被其他VI调用。图标与连接器在这里相当于图形化的参数。2.3 LabView的操作模板在LabView的用户界面上，应特别注意它提供的操作模板，包括工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和函数（Functions）模板。这些模板集中反映了该软件的功能与特征。下面来大致介绍一下。2.3.1工具模板（Tools Palette）如右图所示，该模板提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具。如果该模板没有出现，则可以在Windows菜单下选择Show Tools Palette命令以显示该模板。右图工具中注意1和2的区别，2用于编程时，1用于运行程序时。4是一个特有的工具，它并不是一个简单的画线工具，而是一个符合LabView语言规定的对象连接工具。工具图标有如表3所示。表3工具模块图标名称功能1Operate Value（操作值）图标2Position/Size/Select （选择）用于选择、移动或改变对象的大小。当它用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状3Edit Text（编辑文本）用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应形状4Connect Wire（连线）用于在流程图程序上连接对象5Object Menu（对象菜单）用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单6Scroll Windows（窗口漫游）使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游续表37Set/Clear Breakpoint（断点设置清除）使用该工具在VI的流程图对象上设置断点8Probe Data（数据探针）可在框图程序内的数据流线上设置探针。通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况9 Get Color（颜色提取）使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象2.3.2控制模板（Control Palette）如右图所示，该模板用来给前面板设置各种所需的输出显示对象和输入控制对象。每个图标代表一类子模板。如果控制模板不显示，可以用Windows菜单的Show Controls Palette功能打开它，也可以在前面板的空白处，点击鼠标右键，以弹出控制模板。控制模板如右图所示，它包括如表4所示的一些子模板。表4控制模块图标子模板名称功能1Numeric(数值量)数值的控制和显示。包含数字式、指针式显示表盘及各种输入框2Boolean（布尔量）逻辑数值的控制和显示。包含各种布尔开关、按钮以及指示灯等3String & Path（字符串和路径）字符串和路径的控制和显示4Array & Cluster（数组和簇）数组和簇的控制和显示5List & Table（列表和表格）列表和表格的控制和显示续表46Graph（图形显示）显示数据结果的趋势图和曲线图7Ring & Unum（环与枚举）环与枚举的控制和显示8I/O（输入/输出功能）输入/输出功能。于操作OLE、ActiveX等功能9Regnum参考数10Diglot Controls（数字控制）数字控制11Classic Controls（经典控制）经典控制，指以前版本软件的面板图标12ActiveX用于ActiveX等功能13Decorations（装饰）用于给前面板进行装饰的各种图形对象14Select Controls（控制选择）调用存储在文件中的控制和显示的接口15User Controls（用户控制）用户自定义的控制和显示2.3.3功能模板(Functions Palette)功能模板是创建流程图程序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个单独的子模板。如果功能模板不出现，则可以用Windows菜单下的Show Functions Palette功能打开它，也可以在流程图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。功能模板如右图所示，其子模块如表5所示（个别不常用的子模块未包含）。 表5功能模块图标子模板名称功能1Structure（结构）包括程序控制结构命令，例如循环控制等，以及全局变量和局部变量2Numeric（数值运算）包括各种常用的数值运算，还包括数制转换、三角函数、对数、复数等运算，以及各种数值常数3Boolean（布尔运算）包括各种逻辑运算符以及布尔常数4String（字符串运算）包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函数，以及字符(串)常数等5Array（数组）包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等6Cluster（簇）包括簇的处理函数，以及群常数等。这里的群相当于C语言中的结构7Comparison（比较）包括各种比较运算函数，如大于、小于、等于8Time & Dialog（时间和对话框）包括对话框窗口、时间和出错处理函数等9File I/O（文件输入/输出）包括处理文件输入/输出的程序和函数10Data Acquisition（数据采集）包括数据采集硬件的驱动，以及信号调理所需的各种功能模块11Waveform（波形）各种波形处理工具12Analyze（分析）信号发生、时域及频域分析功能模块及数学工具 续表513Instrument I/O（仪器输入/输出）包括GPIB(488、488.2)、串行、VXI仪器控制的程序和函数，以及VISA的操作功能函数14Motion & Vision（运动与景象）包括运动与景象操作功能函数15Mathematics（数学）包括统计、曲线拟合、公式框节点等功能模块，以及数值微分、积分等数值计算工具模块16Communication（通讯）包括TCP、DDE、ActiveX和OLE等功能的处理模块17Application Control（应用控制）包括动态调用VI、标准可执行程序的功能函数18Graphics & Sound（图形与声音）包括3D、OpenGL、声音播放等功能模块。包括调用动态连接库和CIN节点等功能的处理模块19Tutorial（示教课程）包括LabVIEW示教程序2.4虚拟仪器的构成2.4.1通用仪器硬件平台虚拟仪器的硬件平台有两部分构成：1、计算机：一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。2、I/0接口设备：主要完成被测输入信号的采集，放大，模/数转换。根据不同的总线及其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡/板（DAQ），GPIB总线仪器，VXI总线仪器模块，串口总线仪器等，其构成方式主要有5种类型。（1）PC-DAQ系统：它是以数据采集板，信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统才要PCI和ISA计算机本身的总线，故将数据采集卡/板（DAQ）插入计算机的空槽即可。（2）GPIB系统：它是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（3）VXI系统：它是以VXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（4）PXI系统：以PXI标准总线仪器模块玉计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（5）串口系统：它是以SERIAL标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合，其中PC-DAQ测量系统是构成VI的最基本的方式，也是最廉价的方式。虚拟仪器构成框图如图7所示图7虚拟仪器的构成框图2.4.2软件结构虚拟仪器软件由两大部分组成。1、应用程序包括两个方面：（1）实现虚拟面板功能的前板软件程序；（2）定义测试功能的流程图软件程序。2、I/O接口仪器驱动程序：I/O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的筐子，驱动与通信。开发虚拟仪器必须有合适的软件工具，目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类：（1）文本式编程语言如VISUAL C+，VISUAL BASIC，LAB WINDOWS/CVI等；（2）图形化编程语言如LABVIEW，HPVEE等。这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。本设计介绍的是LABVIEW图形化编程语言。2.5创建手机界面的VI程序VI程序具有三个要素：前面板、框图程序和图标/连接器。下面进行介绍。2.5.1前面板使用输入控制和输出显示来构成前面板。控制是用户输入数据到程序的接口，而显示是输出程序产生的数据接口。控制和显示有许多种类，最常用的前面板对象是数字控制和数字显示。若想要在数字控制中输入或修改数值，你只需要用操作工具点击控制部件和增减按钮，或者用操作工具或标签工具双击数值栏进行输入数值修改。（1）建立基本的操作范围和良好的外观，如图8所示。图8确定基础操作界面（2）在前面板上添加控件：手机显示器、按键、串口配置。如图9所示。图9添加控件（3）插入图片使外观更加美观，如图10所示。图10插图手机界面最终前面板如图11所示。图11最终手机界面2.5.2程序框图设计框图程序是由节点、端点、图框和连线四种元素构成的。（1）节点：节点类似于文本语言程序的语句、函数或者子程序。LabVIEW有二种节点（类型函数节点和子VI节点）。两者的区别在于：函数节点是LabVIEW以编译好了的机器代码供用户使用的，而子VI节点是以图形语言形式提供给用户的。用户可以访问和修改任一子VI节点的代码，但无法对函数节点进行修改11。（2）端点：端点是只有一路输入/输出，且方向固定的节点。LabVIEW有三类端点（前面板对象端点、全局与局部变量端点和常量端点）。对象端点是数据在框图程序部分和前面板之间传输的接口。一般来说，一个VI的前面板上的对象（控制或显示）都在框图中有一个对象端点与之一一对应。当在前面板创建或删除面板对象时，可以自动创建或删除相应的对象端点。控制对象对应的端点在框图中是用粗框框住的，常量端点永远只能在VI程序框图中作为数据流源点。（3）框图：图框是LabVIEW实现程序结构控制命令的图形表示。如循环控制、条件分支控制和顺序控制等，编程人员可以使用它们控制VI程序的执行方式。代码接口节点（CIN）是框图程序与用户提供的C语言文本程序的接口。（4）连线：连线是端口间的数据通道。它们类似于普通程序中的变量。数据是单向流动的，从源端口向一个或多个目的端口流动。不同的线型代表不同的数据类型。在彩显上，每种数据类型还以不同的颜色予以强调。下表6是一些常用数据类型所对应的线型和颜色。表6 常用数据类型所对应的线型和颜色数据类型标量一位数组二维数组颜色整型数蓝色浮点数橙色逻辑量绿色字符串粉色文件途径青色当需要连接两个端点时，在第一个端点上点击连线工具（从工具模板栏调用），然后移动到另一个端点，再点击第二个端点。端点的先后次序不影响数据流动的方向。当把连线工具放在端点上时，该端点区域将会闪烁，表示连线将会接通该端点。当把连线工具从一个端口接到另一个端口时，不需要按住鼠标键。当需要连线转弯时，点击一次鼠标键，即可以正交垂直方向地弯曲连线，按空格键可以改变转角的方向。本设计后面板主要分为以下几部分组成：1、VISA串口通信设计串口通信设计主要有程序流程和结构、VISA Read模块、VISA Write模块组成。（1）流程及结构设计：在确定安装VISA串口程序后，首先添加一个3帧的平铺式顺序结构，添加完整的VISA串口读写程序，并进行基础的VISA串口配置参数配置，LabView开发的串口读写程序如图12所示。图12串口读写程序程序图用到的VISA串口类型及其功能如下：VISA serial模块：是用来初始化COM端口，包括端口号、波特率、数据位等。VISA Write模块用于把指定的字符串写入COM口。VISA Read模块用于读取指定COM的内容。VISA Close模块用于关闭指定的COM口。（2）VISA Read：模块读取的数据经属性节点后得到可处理的数据类型和数据种类，再结合需要使用的AT命令的格式完成拨号、忙音、来电标记等，并能通过液晶屏显示。如图13所示，是VISA Read实现功能程序框图。图13 VISA读数据（3）VISA Write：模块写入无线通信平台如果输入的AT命令没有错误，经过串口数据传送就可以使线通信模块执行如呼叫，短信等命令。如图14所示，是VISA Write实现功能程序框图。图14 VISA写数据2、无线通信实现方法（1）手机按键功能实现：如图15所示，事件结构左上角的