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單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái),單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室

SBMCU-6型單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái)

一、單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室

單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)平臺(tái),單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)室是提高辦學(xué)能力水平建設(shè)項(xiàng)目，單片機(jī)控制技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)主要承擔(dān)《單片機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作》課程的教學(xué)做一體實(shí)施。該實(shí)訓(xùn)室主要實(shí)訓(xùn)設(shè)備包括上海碩博單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)臺(tái)。學(xué)生通過(guò)在該實(shí)訓(xùn)室訓(xùn)練，了解CPU硬件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熟練掌握單片機(jī)的編程設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用單片機(jī)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)能力。同時(shí)也是教師、學(xué)生技能大賽培訓(xùn)的主要基地。

二、主體設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

1.輸入電源：?jiǎn)蜗?span lang="EN-US"> AC 220V±10%（50Hz）

2.輸出電源：DC ±12V±5％/1A

3.DC ±5V±5％/1A

4.DC 24V±5％/1.5A

5.溫度：-10～40 ℃；環(huán)境濕度：≤90%（25℃）

6.外形尺寸：約 1225mm×690mm×820mm（L×W×H）

7.整機(jī)功耗：≤0.5 kW

8.安全保護(hù)措施：具有接地保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。市電采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護(hù)套的高強(qiáng)度安全型實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線。

三、實(shí)訓(xùn)設(shè)備功能：

1.總體結(jié)構(gòu)

采用實(shí)訓(xùn)桌加實(shí)訓(xùn)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，互換性強(qiáng)；按輸入，輸出，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能的原則確定模塊內(nèi)容，使教學(xué)或競(jìng)賽時(shí)可方便的選擇需要的模塊。在合理的位置，設(shè)計(jì)留有放電腦的位置。

每個(gè)模塊都具有兩種接線方式，一種為電子連線接法，另一種 8 位數(shù)據(jù)總線時(shí)還可以用杜邦線排線連接。對(duì)于具有干擾性質(zhì)的元件，全部采用光電隔離裝置隔離，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。2.各個(gè)功能模塊功能特點(diǎn)

2.1主機(jī)模塊

單片機(jī)內(nèi)部設(shè)有 256Byte 的 RAM 和 8KByte 的 FLASH、三個(gè) 16 位定時(shí)器，兩個(gè)數(shù)據(jù)指針，片內(nèi)集成了一個(gè)看門狗電路。64KRAM 擴(kuò)展空間、64KROM 擴(kuò)展空間；32 個(gè) IO 口，6 個(gè)向量中斷源； 0~33MHz 的工作頻率，三級(jí)程序加密功能；工作電壓 4.0V~5.5V。使用封裝腳座便于更換芯片及仿真。并設(shè)計(jì)有在系統(tǒng)下載設(shè)計(jì)接口，通過(guò)USB 下載器可以方便地進(jìn)行編程，無(wú)需把單片機(jī)從電路上取下。

模塊上還放有串行通信接口，接口加入升壓電路，可以直接與計(jì)算機(jī)通信，飛利浦單片機(jī)和宏晶單片機(jī)也可以通過(guò)此口進(jìn)行程序下載。復(fù)位電路上加有手動(dòng)復(fù)位按扭，可以直接復(fù)位操作。模塊上還設(shè)有有源蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，直接給固定電平就可以發(fā)出聲響。

2.2電源模塊

電源模塊采用線性電源和開(kāi)關(guān)電源兩種電源。單片機(jī)等芯片采用線性電源供電，可以有效減少因電源干擾引的程序跑飛。電機(jī)等大功率器件采用開(kāi)關(guān)電源供電，確保提供足夠的功率。電源采用漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)作為總控制，安全可靠。用船形開(kāi)關(guān)單獨(dú)控制低壓電，市電與低壓電分開(kāi)控制。該模塊共有三組相互獨(dú)立的低壓電源，其中有兩組是正負(fù)雙電源輸出。面板上放置了一個(gè) AC220 輸出插板，可以同時(shí)掛接三個(gè)儀器儀表。其中每組電源都有保險(xiǎn)絲作過(guò)載保護(hù)。

2.3仿真器模塊

配備有高性能單片機(jī)仿真器，可以全功能仿真 MCS51 系列單片機(jī)，也可以軟件仿真；軟件為中國(guó)自主研發(fā)，可以很好的支持中文，支持關(guān)鍵字提示，自動(dòng)完成符號(hào)配對(duì)等功能。支持 64K 程序地址斷點(diǎn)、64K 源程序有效行斷點(diǎn)和 64K 臨時(shí)斷點(diǎn)，單片機(jī)內(nèi)部寄存器狀態(tài)一目了然。主機(jī)與計(jì)算機(jī)采用流行的 USB 接口。

2.4顯示模塊

模塊包含從最基本的顯示元件 LED 發(fā)光二極管，還是到最高級(jí)的 LCD 顯示屏都。具體配置要求為 8 位跑馬燈（邏輯電平指示）、8 位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、16×32 點(diǎn)陣 LED 屏、1602 字符型液晶顯示屏、128×64 繪圖液晶顯示屏。單片機(jī)常用的顯示器件全部包含，使學(xué)習(xí)者可以接觸所有的顯示方案，設(shè)計(jì)人機(jī)界面時(shí)可以得心應(yīng)手。

2.5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(yuǎn)程切換強(qiáng)電電路狀態(tài)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)它的執(zhí)行元件又是一個(gè)線圈，在通電及斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。為此繼電器模塊在集成了驅(qū)動(dòng)電路的基礎(chǔ)上增加了光電隔離措施。該模塊共有 6 路繼電器，每個(gè)繼電器的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)全部引出，并明確標(biāo)示；每個(gè)繼電器還設(shè)有工作指示燈，那一路繼電器在通電工作使人一目了然。六組繼電器中有兩組為AC220 控制的繼電器，可以控制交流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)及停止，通過(guò)轉(zhuǎn)換頭可以連接電子連線。另外四組為電子連線座輸出。繼電器觸點(diǎn)容量 250V/6A、DC28V/12A

2.6指令模塊

指令模塊上放置了單片機(jī)常用的輸入元件，其中有 8 個(gè)獨(dú)立鍵盤接口，8 路 8 位開(kāi)關(guān)量輸入， 4*4 矩形鍵盤接口，可以滿足學(xué)生從基礎(chǔ)到高級(jí)，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的實(shí)訓(xùn)要求。如果用戶需要更多的按鍵或需要更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)，則可以采用該模塊的 PS2 鍵盤鼠標(biāo)接口進(jìn)行擴(kuò)展。

2.7ADC/DAC 模塊

ADC/DAC 模塊上設(shè)計(jì)了兩種轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 和 DAC0832。為了便于調(diào)試程序和硬件，板載了三個(gè)功能子模塊：0-5V 模擬電壓輸出、8 等級(jí) LED 電平指示器和有源時(shí)鐘發(fā)生器。ADC0809 實(shí)驗(yàn)時(shí)可以用有源時(shí)鐘發(fā)生器作為芯片的時(shí)鐘，可以用 0-5V 模擬電壓輸出作為模擬量，用 8 等級(jí)LED 電平指示用作模擬量大小的指示；DAC0832 實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以將芯片的輸出接在 8 等級(jí) LED 電平指示器上，轉(zhuǎn)換結(jié)果是否正常一目了然。

2.8交直流電機(jī)控制模塊

模塊可以完成兩種電機(jī)的控制實(shí)驗(yàn)，分別是 24V 直流減速電機(jī)和 220V 交流減速電機(jī)。每種電機(jī)的轉(zhuǎn)盤下面放有光電開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)器，可以用單片機(jī)感知其位置和轉(zhuǎn)動(dòng)了多少圈。每個(gè)電機(jī)控制線路中設(shè)有超程保護(hù)輸入端口，在與水平移動(dòng)裝置組合實(shí)驗(yàn)時(shí)可以有效保護(hù)電機(jī)和機(jī)構(gòu)的安全。

2.9步進(jìn)電機(jī)控制模塊

模塊要求有一只 24V 兩相步進(jìn)電機(jī)和大功率步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。模塊采用水平移動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)可以把電機(jī)的軸轉(zhuǎn)改為水平直線運(yùn)動(dòng)，并用鋁直尺的刻度指示。該模塊還可以做閉環(huán)控制的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，因?yàn)樵谶\(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上裝有感知距離的閉環(huán)元件。同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)超程保護(hù)電路，當(dāng)機(jī)構(gòu)走到一個(gè)程序不可知狀態(tài)時(shí)，可自動(dòng)關(guān)閉電機(jī)電源，避免機(jī)構(gòu)超程損壞。直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上帶了左右限位輸出端子，供單片機(jī)查詢狀態(tài)。

2.10傳感器配接模塊(4 路傳感器接口)

傳感器配接模塊是專為傳感器的配接和電氣隔離而設(shè)計(jì)的一塊電路單元，單元共有兩組 16 路光電隔離 IO 口，每個(gè)光電隔離 IO 口均可仿 PLC 與 24V 電源供電的傳感器連接。并配有四路傳感器轉(zhuǎn)換接口用于工業(yè)傳感器的連接。

2.11擴(kuò)展模塊

因?yàn)?span lang="EN-US"> 82C55 的控制方式仍有學(xué)習(xí)價(jià)值，目前在許多教材中仍有它的身影，擴(kuò)展模塊能滿足實(shí)驗(yàn)的需求；82C55 的三個(gè)端口全部引出，可以用電子連線連接，也可以用排線連接。控制端與數(shù)據(jù)通信口安排在一起，整體布局美觀大方。另設(shè)有一片 74LS245 芯片，可以用來(lái)與 82C55 組合起來(lái)完成不同的實(shí)驗(yàn)功能。

2.12溫度傳感器模塊

模塊配備有兩種芯片型溫度傳感器：數(shù)字量溫度傳感器和模擬量溫度傳感器。溫度傳感器件還加有運(yùn)算放大器，放大的模擬量可以提高測(cè)量精度。每種傳感器都有透明外殼加固保護(hù)，內(nèi)有大功率加熱電阻，加熱指示器等。工作狀態(tài)一清二楚。可以用來(lái)做恒溫控制，溫控器等實(shí)驗(yàn)。

2.13智能物料搬運(yùn)裝置

配置雙軸機(jī)器人作為裝配的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有 X 軸、Y 軸兩個(gè)方向的執(zhí)行能力，可完成智能抓取物料放料等功能；配置有行程開(kāi)關(guān)，光電傳感器，光纖傳感器等，可確保各執(zhí)行器的準(zhǔn)確定位；超出最大行程時(shí)，具有硬件自動(dòng)保護(hù)功能，確保系統(tǒng)安全及人身安全；裝置為通用的模塊化的多功能裝置，各功能端口完全開(kāi)放，可以能過(guò)不同的接線來(lái)完成各種不同的功能，為學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了廣闊的發(fā)揮空間。

四、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

單片機(jī)控制功能實(shí)訓(xùn)考核裝置用于教學(xué)，可按工作過(guò)程導(dǎo)向，工學(xué)結(jié)合的模式規(guī)劃教學(xué)活動(dòng)，完成以下工作任務(wù)

1.單片機(jī)實(shí)訓(xùn)部分

1)跑馬燈實(shí)驗(yàn)；獨(dú)立按鍵輸入實(shí)驗(yàn)；

2)矩陣鍵盤接口實(shí)訓(xùn)；光電耦隔離輸入輸出實(shí)驗(yàn)；

3)繼電器隔離控制實(shí)驗(yàn)；靜態(tài)數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)；

4)動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)；蜂鳴器演奏實(shí)驗(yàn)；

5)8255 芯片擴(kuò)展 IO 口實(shí)驗(yàn)；液晶顯示模塊控制實(shí)訓(xùn)

6)點(diǎn)陣LED 屏漢字顯示實(shí)驗(yàn)；AD 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；

7)DA 轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)；溫度傳感器采集實(shí)驗(yàn)；

8)外部中斷光電計(jì)數(shù)控制電機(jī)實(shí)訓(xùn)；定時(shí)器中斷控制電機(jī)實(shí)訓(xùn)；

9)開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)；閉環(huán)交直流電機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；