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單片機與傳感器合二為一實驗室的開發(fā)思路

技術要求 :

1. 實訓設備實驗桌：

為雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板 , 左右設有兩個大抽屜（帶鎖），用于放置工具及資料，電腦桌聯(lián)體設計，造型美觀大方。

2 ． 硬件特點 ：

2.1 USB/ 串口兩種通訊模式

*2.2 硬件自動檢測功能，通過鍵盤便可以直接測試該裝置各個區(qū)域是否能夠正常運行；方便化學實驗室設備教學管理。

*2.3 至少能夠提供以下萬用硬件擴展模塊的 12 項以上供課題研究（整實訓室共 2 套）：

CPLD 模塊、 USB2.0 模塊、 IC 卡模塊、語音模塊、溫度模塊、 LCD12864 中文液晶模塊、 16 Ｘ 16 點陣模塊、 GPRS 電話模塊、無線遙控模塊、紅外感應模塊、 GPS 模塊、射頻模塊、 CAN 總線模塊、以太網模塊、可擴展 C8051 單片機模塊、臺灣進口面包板模塊 、藍牙通訊

ZigBee 通訊模塊 ，做二次開發(fā)創(chuàng)新實驗等。

2.4 包含以下主要單元模塊：

（ 1 ）主機模塊：

單片機采用 AT89S52 。該物理實驗室設備單片機內部設有 256Byte 的 RAM 和 8KByte 的 FLASH 、三個 16 位定時器，兩個數據指針，片內集成了一個看門狗電路。 64KRAM 擴展空間、 64KROM 擴展空間； 32 個 IO 口， 6 個向量中斷源； 0~33MHz 的工作頻率，三級程序加密功能；工作電壓 4.0V~5.5V 。使用 DIP40 封裝便于更換芯片及仿真。并設計有在系統(tǒng)下載設計接口，，無需把單片機從電路上取下。

該模塊上還放有串行通信接口，該接口已經加入升壓電路，可以直接與計算機通信，飛利浦維修電工實訓考核裝置單片機和宏晶單片機也可以通過此口進行程序下載。復位電路上加有手動復位按扭，可以直接復位操作。

（ 2 ）電源模塊：

電源模塊采用開關電源。單片機電機等采用開關電源供電，確保提供足夠的功率。電源采用漏電保護開關作為總控制，安全可靠。用船形開關單獨控制低壓電。該模塊共有兩組是正負雙電源輸出。

（ 3 ）仿真器模塊：

配備有高性能單片機仿真器，可以全功能仿真 MCS51 系列單片機，也可以軟件仿真； KeilC51 中文說明軟件，附有各實驗的電路圖、原理圖、流程圖、實驗連線圖、芯片查詢圖，以及實驗指導書，并提供詳盡的教學實驗課件（國內獨有）。

支持關鍵字提示，自動完成符號配對等功能。支持 64K 程序地址斷點、 64K 源程序有效行斷點和 64K 臨時斷點，單片機內部寄存器狀態(tài)一目了然。主機與計算機采用流行的 USB 接口。

（ 4 ）顯示模塊：

該類模塊無論從追基本的顯示元件 LED 發(fā)光二極管，還是到追高級的 LCD 顯示屏都包含在內。具體配置為 8 位發(fā)光二極管（邏輯電平指示）、 8 位數碼管動態(tài)顯示、 8X8 點陣 LED 屏、 16X16 點陣、 12232 字符型液晶顯示屏、 128 × 64 繪圖液晶顯示屏（擴展模塊）。單片機常用的顯示器件全部包含在內，使學習者可以接觸所有的顯示方案，設計人機界面時可以得心應手。

（ 5 ）繼電器模塊：

繼電器是常用的執(zhí)行元件，也是常用的隔離元件，它能用低壓控制高壓電路，遠程切換強電電路狀態(tài)優(yōu)點，同時它的心肺復蘇模擬人執(zhí)行元件又是一個線圈，因此需要一定的電流才可以驅動繼電器，該模塊采用通用的 ULN2003 芯片加以驅動。繼電器還設有指示燈以顯示操作控制的響應。繼電器觸點容量 10A 28VDC 、 10A 120VAC 。

（ 6 ）指令模塊：

指令模塊上放置了單片機常用的輸入元件， 8 路 8 位開關量輸入， 4*6 矩形鍵盤接口，可以滿足學生從基礎到高級，從簡單到復雜的實訓要求。 4*6 矩陣鍵盤相應的 利用自檢接口和自檢監(jiān)控可進行演示實驗，簡單可靠。

（ 7 ） ADC/DAC 模塊：

ADC/DAC 模塊上設計了兩種轉換芯片 ADC0809 和 DAC0832 。為了便于調試程序和 硬件，配合三個功能子模塊： 0-5V 模擬電壓輸出、 6 位 LED 電平指示器和有源時鐘發(fā)生器。 ADC0809 實驗時可以用有源時鐘發(fā)生器作為芯片的時鐘，可以用 0-5V 模擬電壓輸出作為模擬量，用 6 位 LED 電平指示用作模擬量大小的指示； DAC0832 實驗時，將芯片的輸出接在 6 位 LED 電平指示器上，轉 換結果是否正常一目了然。

（ 8 ）直流電機控制模塊：

該模塊可以完成電機的控制實驗，分別是直流加減速電機實驗和調速電機實驗。仿真教學電梯電機的轉盤 下面放有霍爾器件，可以用單片機測定轉動了多少圈。電機控制線路有效的測定當前的速度，用之與設定的速度相對比，調節(jié)相應的電平脈沖寬度以此控制直流電機的速度。

（ 9 ）步進電機控制模塊：

步進電機實際上是一個數字 / 角度轉換器 , 該化學實驗室設備模塊才用三相步進電機，三相步進電機還具有快速啟停、精確步進 和定位等特點，因而在數控機床、繪圖儀、打印機以及光學儀器中得到廣泛的應用。該模塊實現正反轉的功能，簡要的演示步進電機的控制功能。

（ 10 ） 傳感器配接模塊及傳感器實訓平臺：

（ A ）傳感器模塊： 是專為傳感器的配接的電路單元，該單元可以配合模數單元電路，實現教學掛圖對溫度傳感器數據的采集模擬，對壓力傳感器采集數據的模擬。對采集的數據送到 8155 顯示模塊，通過 6 位 LED 數碼管動態(tài)的顯示采集結果。

（ B ）傳感器實訓平臺部分（共計 11 套） :

含 3 位半數字式電壓（量程 2000mv ， 2v ， 20v 三檔切換），三位半頻率 / 轉速表，音頻振蕩器： 0.4KHz — 10KHz 輸出連續(xù)可調，低頻振蕩器： 1 — 30Hz 輸出連續(xù)可調，雙平行式懸臂梁二副，電加熱器二組，測速電機一組（ 0-4500 轉 / 分連續(xù)可調），二組穩(wěn)壓電源，數據采集系統(tǒng)： RS232 標準接口， 14 位 A/D 轉換，虛擬儀器。

傳感器配置：商用稱重傳感器（雙孔懸臂梁結構），應變計，銅一康銅熱電偶，差動變面積式傳感器，電感式螺管式傳感器，電渦流位移傳感器，霍爾式傳感器，磁電式傳感器，壓力加速傳感器 , 電容式傳感器 ,MPX 擴散硅壓力傳感器，光纖位移傳感器， PN 結溫度傳感器，半導體熱敏傳感器，高分子濕敏傳感器，氣敏傳感器，心肺復蘇模擬人光電測轉速傳感器

可擴展應用型傳感器： Pt100 鉑電阻、 Cu50 銅電阻、 K 型熱電偶、 E 型熱電偶、 J 型熱電偶、扭距傳感器、超聲波傳感器、 PSD 位置傳感器、光柵位移傳感器、 CCD 電荷耦合器件

（ 11 ）溫度、壓力傳感器模塊：

該模塊配備有溫度傳感器、壓力傳感器一線式傳感，可以在數碼模塊動態(tài)顯示。

（ 12 ）串并轉換模塊：

串并轉換模塊，應用 74LS164 芯片，通過 8155IO 口芯片的擴展，相應的串行口發(fā)送數據，程序對時序的控制，串并轉換對數碼管顯示數據的物理實驗室設備操作。

* 實訓設備配套教材： 配套實驗教材《單片機技術實驗實訓教程》。 相應的實驗指導書，有詳細的實驗操作，實驗原理的描述。

2.5 單片機核心板：

MCS51 單片機（ Atmel ）（默認配置） , 可以任意更換以下核心板 :

PIC 單片機（ Microchip ）；

AVR 單片機（ Atmel ）；

LPC 單片機（ Philips ）；

MSP 單片機（ TI ）；

061A 單片機（凌陽）的擴展應用。

2.6 具有 ISP 編程下載功能；具備 32 位系統(tǒng)實驗資源且通過擴展模塊單片機核心板能夠獨立教學掛圖更換并支持多種單片機 ; 采用了超大規(guī)模定制芯片的通用機械制圖模型仿真器具備完成 16 位微機原理與接口技術相關的實驗。

2.7 具備相關教學課件及仿真實驗軟件。

3 ．軟件要求 ：

3.1 KeilC51 中文說明軟件。系統(tǒng)仿真開發(fā)軟件界面附有各實驗的電路圖、原理圖、流程圖、實驗連線圖、芯片查詢圖，以及實驗指導書。

3.2 必須配備配套實驗教材及開發(fā)教材。

4 ．實驗方式：

4.1 外接仿真教學電梯方式：用 PC 機連仿真器，再連實驗儀進行仿真和實驗。

4.2 軟件模擬的方式：無實驗儀、無仿真器，僅在 PC 機上采用模擬軟件進行仿真。

4.3 仿真器獨立方式：用戶自制目標板，利用仿真器進行仿真實驗。

4.4 自檢測實驗方式：利用自檢接口和自檢監(jiān)控可進行演示實驗，簡單可靠。

4.4 實操工藝實訓方式 : 利用實驗平臺相關實訓套件能夠充分鍛煉學生焊接技術及相關的調試技術。

5 ．實驗內容：

5.1 單片機實訓部分： 能夠完成各類中職院校以上的所有單片機技術 / 微機原理與接口課程中包含的所有課程實驗。

硬件實驗項目（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 8255 控制雙色燈實驗

實驗二 開關狀態(tài)顯示實驗

實驗三 8279 鍵盤顯示實驗

實驗四 定時器 / 計數器實驗

實驗五 A/D 轉換實驗

實驗六 D/A 轉換實驗

實驗七 8259A 硬件中斷實驗

實驗八 直流電壓驅動實驗

實驗九 步進電機驅動實驗

實驗十 8253 計數器實驗

實驗十一 力測量實驗

實驗十二 溫度測量實驗

實驗十三 8237DMA 實驗

實驗十四 8251 可編程串行通訊實驗

實驗十五 以循環(huán)方式工作的單機“ 8259 中斷”實驗

實驗十六 8251 “自發(fā)自收”實驗

實驗十七 繼電器

實訓設備軟件實驗部分（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 兩個多位十進制數相減實驗

實驗二 兩個數相乘的實驗

實驗三 BCD 碼相乘的實驗

實驗四 字符匹配程序

實驗五 字符串匹配程序

實驗六 從鍵盤輸入數據并顯示

實驗七 字符和數據的顯示程序

實驗八 響鈴程序

實驗九 接收年、月、日信息顯示

實驗十 字母的大小寫轉換

實驗十一 保留追長追短行輸入字符

實驗十二 計算機鋼琴的程序

實驗十三 排序實驗

實驗十四 學生成績名次表實驗

實驗十五 設置光標的實驗

實驗十六 清除窗口的實驗

實驗十七 計算 N! 的實驗

實驗十八 寫文件實驗

實驗十九 讀文件實驗

實驗二十 顯示目錄的實驗

“擴展性”實驗（至少包含以下實驗以上）：

實驗一 物理實驗室設備數字溫度計實驗

實驗二 數字語音錄放實驗

實驗三 IC 卡實驗

實驗四 LED16 × 16 圖形點陣實驗

實驗五 128 × 64 點陣式 LCD 顯示屏實驗

實驗六 GPRS 發(fā)送接收實驗

實驗七 無線搖控實驗

實驗八 紅外感應實驗

實驗九 GPS 定位實驗

實驗十 射頻通信實驗

實驗十一 CAN 總線通信實驗

實驗十二 網口實驗

實驗十三 藍牙通訊 實驗

實驗十四 ZigBee 通訊模塊 實驗

“電子競賽”實訓（省、市競賽專用）：

實驗一 集成塊（貼片）焊接實操。

實驗二 （貼片）電阻焊接實操。

實驗三 （貼片）電容焊接實操。

實驗四 （貼片）三極管焊接實操。

實驗五 線路板焊接實驗、實操、實訓。

實驗六 單片機線路設置及編程下載實訓。

化學實驗室設備電子仿真部分

根據提供的軟件可以完成各種電子、電工、電子產品、傳感器類的的仿真實驗

5.2 傳感器實訓部分：

1 、應變片性能——單臂電橋

2 、應變片：單臂、半橋、全橋比較

3 、應變片的溫度將就及補償

4 、熱電偶的原理及現象

5 、移相器實驗

6 、相敏檢波器實驗

7 、應變片——交流全橋

8 、交流全橋的應用——振幅測量

9 、流全橋的應用——電子稱之一

10 、差動變壓器（互感式）的性能

11 、差動變壓器（互感式）零點殘余電壓補償實驗

12 、差動變壓器（互感式）的標定

13 、差動變壓器（互感式）的應用——振動測量

14 、差動變壓器（互感式）的應用——電子秤之二

15 、差動螺管式（自感式）傳感器的靜態(tài)位移性能

16 、差動螺管式（自感式）傳感器的動態(tài)位移性能

17 、電渦流式傳感器的透明電梯教學模型靜態(tài)標定

18 、被測體材料對電渦流傳感器特性的影響

19 、電渦流傳感器的應用——振幅測量

20 、電渦流傳感器的應用——電子秤之三

21 、霍爾傳感器的直流激勵靜態(tài)位移特性

22 、霍爾傳感器的應用——電子秤之四

23 、霍爾傳感器的交流激勵靜態(tài)位移特性實驗

24 、霍爾傳感器的應用——振幅測量

25 、磁電式傳感器的性能

26 、壓電傳感器的動態(tài)響應實驗

27 、壓電傳感器引線電容對電壓放大器的影響、電荷放大器

28 、差動面積式電容傳感器的靜態(tài)及動態(tài)特性

29 、雙平行梁的動態(tài)特性——正弦穩(wěn)態(tài)影響

30 、擴散硅壓阻式壓力傳感器實驗

31 、光纖位移傳感器靜態(tài)實驗

32 、光纖位移傳感器動態(tài)實驗（一）

33 、光纖位移傳感器動態(tài)實驗（二）

34 、 PN 結溫度傳感器測溫實驗

35 、熱敏電阻測溫演示實驗

36 、氣敏傳感器 (MQ3) 實驗

37 、濕敏電阻 (RH) 實驗

38 、光電傳感器 ( 反射型 ) 測轉速實驗

5.3 能夠滿足學校老師課題研究要求。

5.4 能夠滿足畢業(yè)學生畢業(yè)設計要求。

6 ．網絡集線器及其他配件：

在整個實訓室包含一臺網絡集成交換機及相關所有電源設備及布線。

7 ．多媒體設備部分：

7.1 吊裝投影機 ：

國際知名品牌，教育專用機 3LCD 液晶技術；亮度（流明）： ≥ 3000 流明 (ISO21118 標準 ) ；分辨率： 1024 X 768 ；對比度：≥ 500 ： 1 ；整機功率：≤ 280W ；燈泡：≤ 200W 冷光源燈泡，燈泡壽命≥ 5000 小時；頂部換燈；重量：≥ 3.7KG ；接口： 2 路輸入 RGB 、 1 路 PC 輸出 RGB ， RS-232 接口；直接開關機，即關即拔功能（不需冷卻時間）， 5 秒快速開機， 0 秒關機（關機后風扇停止轉動，瞬間散熱技術），全封閉式防塵防煙設計（機械教學模型封閉鏡頭罩），帶大面積防塵過濾網。 150 寸電動幕布及投影吊架。

7.2 國產名牌中控：

復合視頻 4 入 2 出；音頻 5 入 2 出； VGA3 入 2 出； 1 路聲光報警專用接口一條連接線，外接聲光報警器可以實現 4 路 VGA 斷線報警。支持 8 路報警探測通道；面板表面配接口盒，包括 AC220V 電源、 1 路 AV 視音頻輸入、 1 路筆記本 VGA 和音頻、 USB 、 RJ45 網絡，無需通電可待機 60 天。

7.3 專業(yè)音箱，

≥ 60W 二分頻雙高音 8 寸低音 , 8 歐 頻響范圍： 55-18KHZ 靈敏度： 91DB 追高聲壓 113DB 標稱阻抗 8 歐，能承受大功率并展現聲音清晰，能夠很好地表現和還原人聲。安裝方便，可采用壁掛式安裝，水平方向旋轉，垂直仰俯角度調整自如，使聲場方向任意改變，滿足聲場的不同指向性。

7.4 專業(yè)功放 ：

有效頻率響應（ L/R ）： 20Hz-20KHz(+1dB,-3dB) ，額定功率： 2 × 60W/8 Ω，線路靈敏度： 200mV ，話筒靈敏度： 15mV ，信噪比：（話筒關閉，混響關閉，音調平直）≥ 78dB ，（話筒全開，混響全開，音調平直）≥ 78dB 。

7.5 控制計算機 ：

顯示器： 19 寸寬屏液晶、主板 : INTEL MATX/G41/N/DDRIII 、 CPU: PDC/Q8300/ 四線程 / 四核 /4MBL2/2.50/800/775 、內存 :1X2G/DDRIII 。

SATA 硬盤 : 500G /7200/SATA2 、電源 : 220V/300W 以上、網卡 : 主板集成千兆網卡、鍵盤 : 黑色防水鍵盤 /PS2 、鼠標 : 黑色光電鼠標 /USB 、支持網絡同傳，硬盤保護、還原。

7.6 無線話筒：