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單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái),單片機(jī)技術(shù)實(shí)驗(yàn)裝置

單片機(jī)實(shí)驗(yàn)開發(fā)裝置是根據(jù)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、自動(dòng)化、電子信息工程、機(jī)電一體化等專業(yè)單片機(jī)課程教學(xué)課本《單片機(jī)原理及其接口技術(shù)》、《單片機(jī)原理及應(yīng)用》、《8051單片機(jī)C語言程序設(shè)計(jì)與實(shí)例解析》、《單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與開發(fā)技術(shù)》等，而專門設(shè)計(jì)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)裝置。采用AT89S52芯片,外圍接口包括數(shù)碼管、按鍵、8255、A/D轉(zhuǎn)換、LCD接口、通信接口和ISP下載等模塊。裝置實(shí)驗(yàn)?zāi)K獨(dú)立化，實(shí)驗(yàn)接口全部引出，適合于單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué),也適合于學(xué)生自學(xué)。

［創(chuàng)新］

①實(shí)驗(yàn)掛箱、功能模塊、實(shí)驗(yàn)桌骨架均采用鋁合金一次性鑄造而成，外觀統(tǒng)一、美觀、大方；

②模塊化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展性強(qiáng)，維修方便。所有實(shí)驗(yàn)掛箱和電源功能模塊均采用可拆分式、自由組合式設(shè)計(jì)，便于擴(kuò)展和功能升級(jí)；同時(shí)也解決了整機(jī)維修難的問題，只要將體積小的掛箱寄回廠家就可以快速、方便的解決相應(yīng)的問題。

部分功能模塊：

③設(shè)計(jì)防塵簾幕。當(dāng)實(shí)驗(yàn)裝置閑置時(shí)，將防塵簾幕拉下，可以延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)裝置的使用壽命。

［主要技術(shù)與功能］

安全保護(hù)系統(tǒng)：設(shè)有短路、過載保護(hù)、急停、漏電保護(hù)。

三相380V輸出、直流220V輸出、220V插座式5組。

3、單次脈沖輸出四組、邏輯筆輸出一組。

4、直流穩(wěn)壓電源：±12V、±5V、24V五組直流穩(wěn)壓電源輸出。

5、USB編程器：SL-USBASP下載器

其中主要為鋁合結(jié)構(gòu)，3mm厚。

二、功能特點(diǎn)
1、總體結(jié)構(gòu)
    本設(shè)備采用實(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。
    本設(shè)備的每個(gè)模塊都具有兩種接線方式，一種為電子連線接法，8位數(shù)據(jù)總線時(shí)還可以用杜邦線排線連接。整個(gè)連接過程方便快捷。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)
（1）主機(jī)模塊
     單片機(jī)采用AT89S52。該單片機(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DIP40封裝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USB下載器可以方便地進(jìn)行編程，無需把單片機(jī)從電路上取下。
    該模塊上還放有串行通信接口，該接口已經(jīng)加入升壓電路，可以直接與計(jì)算機(jī)通信，單片機(jī)和單片機(jī)也可以通過此口進(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）電源模塊
電源模塊采用線性電源和開關(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)開關(guān)作為總控制，安全可靠。用船形開關(guān)單獨(dú)控制低壓電，市電與低壓電分開控制。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)絲作過載保護(hù)。
（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。
（4）顯示模塊
    該模塊無論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顯示屏都包含在內(nèi)。具體配置為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在內(nèi)，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。
（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
（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。
（7）ADC/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。
（8）交直流電機(jī)控制模塊
    該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。
（9）步進(jìn)電機(jī)控制模塊
    該模塊設(shè)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。模塊改變了電機(jī)的軸轉(zhuǎn)式運(yùn)行方式，采用了一個(gè)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)。
（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，該單元共有兩組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。
（11）擴(kuò)展模塊
    因?yàn)?2C55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，可以用來與82C55組合起來完成不同的實(shí)驗(yàn)功能。
（12）溫度傳感器模塊
    該模塊配備有兩種芯片型溫度傳感器：數(shù)字量溫度傳感器18B20和模擬量溫度傳感器LM35。LM35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?？梢杂脕碜龊銣乜刂?，溫控器等實(shí)驗(yàn)。
（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；本裝置為通用的模塊化的多功能裝置，各功能端口完全開放，可以能過不同的接線來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。    
三、設(shè)備實(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)
單片機(jī)部分
1.跑馬燈實(shí)驗(yàn)
2.獨(dú)立按鍵輸入實(shí)驗(yàn)
3.矩陣鍵盤接口實(shí)訓(xùn)
4.光電耦隔離輸入輸出實(shí)驗(yàn)
5.金屬檢測(cè)實(shí)訓(xùn)
6.繼電器隔離控制實(shí)驗(yàn)
7.靜態(tài)數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)
8.動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示實(shí)驗(yàn)
9.蜂鳴器演奏實(shí)驗(yàn)
10.8255芯片擴(kuò)展IO口實(shí)驗(yàn)
11.液晶顯示模塊控制實(shí)訓(xùn)
12.點(diǎn)陣LED屏漢字顯示實(shí)驗(yàn)
13.AD轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
14.DA轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)
15.LM35溫度傳感器采集實(shí)驗(yàn)
16.IIC總線IC卡存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)
17.EEPROM芯片24系列存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)
18.外部中斷光電計(jì)數(shù)控制電機(jī)實(shí)訓(xùn)
19.定時(shí)器中斷控制電機(jī)實(shí)訓(xùn)
20.開環(huán)步進(jìn)電機(jī)控制實(shí)訓(xùn)
21.閉環(huán)交直流電機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
22.閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
23.恒溫室控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
24.PS鍵盤通信實(shí)驗(yàn)
25.RS232通信實(shí)驗(yàn)
智能物料搬運(yùn)裝置部分
26.氣動(dòng)電磁閥的控制實(shí)驗(yàn)
27.氣爪動(dòng)作及物料檢測(cè)實(shí)驗(yàn)
28.電動(dòng)手臂控制實(shí)驗(yàn)
29.單球循環(huán)搬運(yùn)實(shí)訓(xùn)
30.雙球循環(huán)搬運(yùn)實(shí)訓(xùn)
31.智能判斷搬運(yùn)實(shí)訓(xùn)
四、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
1.輸入電源：?jiǎn)蜗?AC 220V±10%（50Hz）
2.輸出電源：DC±12V±5％/1A ;DC±5V±5％/1A;DC24V±5％/1.5A
3.溫度：-10～40℃；環(huán)境濕度：≤90%（25℃）
4.外形尺寸：約1225mm×690mm×820mm（L×W×H）
5.整機(jī)功耗：≤0.5kW
6.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。