单片机原理微机原理实验系统

一、实验仪系统要求

1 、实验系统与微机之间采用 USB 通信，而不是串口转 USB 。提供自主版权、通过数字签名的 USB 驱动；

2 、微机原理部分硬件接口支持： USB2.0 总线（标配）、 8086 （标配）、 PCI2.2 总线（选配）、 80386EX （选配），使用软件切换，无需开关，更可靠。 USB ：由微机 CPU 执行实验程序 , 涉及对实验仪操作的指令 , 微机通过 USB 高速接口将指令发送给实验仪 , 实验仪产生时序 , 读写 RAM 、 I\O 接口，将结果通过 USB 反馈给微机 CPU 。全面支持 80x86 实模式和保护模式微机原理及接口技术的实验教学；系统提供了全开放的 80x86 系统扩展总线，如：数据总线、地址总线、中断请求信号、 HOLD/HLDA 、读写控制信号、字节使能信号等，全面支持开放式的微机接口技术各项实验。支持 8/16/32 位存贮器、 I/O 实验；

3 、软件： 完全 VC++ 风格， 集编辑器、项目管理、启动编译、连接、错误定位、下载、调试于一体； 同时支持汇编和 C 语言两种编程模式。无须点击的感应式鼠标提示功能 ； 支持所有数据类型观察和修改； 自动收集 变量于变量窗； 支持拖拉功能。支持 16 位、 32 位汇编程序，支持各种寻址方式。支持实验仪的监控在线更新；支持模拟调试。软件提供一个窗口：显示当前实验程序对应的全局描述符表、页目录表、页表，方便教学；可做全局描述符表、页目录表、页表、逻辑地址转物理地址、物理地址转逻辑地址实验；全局描述符表、页目录表、页表均由 Windows XP/ Windows7 等操作系统自动产生；

4 、多 CPU 实验仪：主板上有 3 个 CPU 区，可插入 3 个 CPU 模块或 2 个 CPU 模块、 1 个 FPGA 模块，可同时工作。 CPU 模块： 8086+USB 模块（标配）、 MCS51 模块（标配）、 STM32F407 模块（标配）、 STM32F103 模块、 STM32F439 模块、 STM32F7 模块、 STM32H7 、 AVR 模块、 MSP430 模块、 C8051F 模块、 PIC 、 FreeScale （ MC9S08 、 MC9S12 、 K60 等）模块、 80386+USB 模块、 PCI 模块等，均配置仿真器； FPGA 模块含 USB 接口下载仿真器，支持 JTAG 、 AS ，可做 EDA 、 SOPC 实验。 CPU 、 FPGA 模块可以独立使用。学校可自行设计 CPU 模块；

4-1 、 STM32F407 模块：

MCU ： ST 公司的 Cortex-M4 架构的 32 位 RISC ARM 处理器 STM32F407ZE ； Nor Flash ： 64Mbit ； SRAM ： 256K × 16bit （自扫描 TFT 液晶时，用作存放显示点阵颜色数据）； 一个 100M/10M 以太网接口 (DM9000E) ；一个 USB2.0 （支持 HOST 、 DEVICE ）； 一个 USB 转串口； 一个 Joys 支持实验仪的监控在线更新 tick 五向按键， 1 个复位按键；四个发光二极管；一个 TFT 真彩触摸 LCD 接口，一个触摸屏接口；支持 3.5 、 4.3 、 7 寸等 TFT 彩屏；缺省配置：含电容触摸屏的 4.3 寸 TFT 彩屏；一个标准 2.54mm 间距 JTAG 插座 (20 脚 ) ； CPU 的 I/O 可以全开放；

4-2 、提供交通信号灯自动控制模拟指示系统、步进电机控制的水库水位系统、常用信号函数发生器、键盘电子乐器演奏、直流电机转速测量与控制系统、矩阵式键盘数字密码锁设计、温度控制系统设计等课程设计项目，提供对应的上位机软件，上位机软件与实验仪部分同步显示、控制、演示；

5 、 MCS51 部分仿真功能： 1 ）双 CPU 仿真； 2 ）硬件断点功能 , 断点数目没有限制 , 不允许修改断点处的机器码。软件断点缺点：修改断点处 3 个字节机器码，如果断点处是单字节或双字节指令，程序全速或全速断点运行到断点后一条指令（不碰到断点），程序已改变，程序运行肯定出错 3 ）无限制夭折功能，即使 CPU 在运行高优先级中断程序，也保证能 100% 正确停止仿真 CPU 运行，保证 PC 指针的正确性； 4 ）不占用 CPU 的程序空间（提供 64K 仿真 RAM ）、数据空间的任一地址 5 ）不占用 CPU 串口或 P3.4 、 P3.5 管脚，不占用 CPU 的中断资源；

6 、基本功能：（ 1 ）微机原理部分传统器件 8255 、 8253 、 8251 、 8250 、 8259 、 8237 ，简单 I/O 口、存贮器部分所有的信号线都由学生自己连接；（ 2 ）显示部分： 4.3 寸 TFT 液晶（分辨率 800 × 480 ）、多点触摸电容屏、 1602 字符型液晶、 OLED12864 液晶、 16X16LED 点阵、 8 位数码管、 8 个双色 LED 、 2 个 RGB LED ； OV2640 摄像头模块，二个 CPU 区或 FPGA 都可使用（ 3 ）输入、输出： 4 × 4 键盘、 8 个独立按键、 8 个拨动开关、高速光耦、多个 单脉冲、 继电器控制、可调电压、 电容触摸按键、 触摸屏（ 4 ）语音： AC97 接口 、 1 个立体声耳机插座、 1 个 MIC 插座、 2 个扬声器、 2 个数字微 麦、可调音量电位器、交流蜂鸣器、 FM 立体声收音机（ 5 ）传感器： 9 轴运动传感器、温度（单总线、 I2C 总线二种）、温湿度、热敏、光敏传感器； 光电开关或霍尔器件（ 6 ） AD 、 DA ：串行总线的 AD （ 16 位）、 DA （ 12 位）； PWM 转直流电压电路； 并行接口的 ADC0809 、 DAC0832 （ 7 ）接口：一个 CAN2.0A/B 接口； 1 路 USB2.0 接口（支持 HOST 、 DEVICE ）；一个 IrDA 红外收发器； 1 路 RS232 转 USB ，适合无串口微机；一个 RS232 串口，支持 RTS/CTS 握手信号；一个 RS485 接口；（ 8 ） 存贮器： SPI 接口 EEPROM M25P80 ； I2C 串行 EEPROM24C02 ； SD/MMC 卡座； MicroSD 座； 32K × 8SRAM ；（ 9 ）控制对象：步进电机控制（ 4 相）； PID 、 PWM 方式恒温控制模块；直流电机调速控制，使用光电开关、霍尔器件精确控制电机转速，转速随意设定在 3 ～ 99 转 / 秒。（ 10 ）其它： I2C 键盘、数码管控制器 ZLG7290 ； I2C 实时钟芯片 PCF8563 ； 打印口； 1 个 CR1220 电池座； 键盘、数码管驱动电路；功率放大； 逻辑笔； 蜂鸣器； 多种频率 1Hz-1.8432MHz ；（ 11 ）带过流过压保护的电源： 5v 、 +12v 、 -12v 。 要求集成的芯片资源全开放；

7 、超强的扩展功能：可以配置 CPU 模块（ STM32F407 、 STM32F103 、 STM32F429 、 STM32F7 、 STM32H7 、 AVR 、 PIC 、 MSP430 、 C8051F 、 FreeScale （ MC9S08 、 MC9S12 、 K60 等） ）、 FPGA 模块（ EP4CE6 、 EP4CE55 、 MAX10 ）、通信模块（ GPS 、 GPRS 、 2.4G 无线数据、 ZigBee 、 WiFi 、蓝牙模块、北斗、 USB1.1 、 USB2.0 、 USB 主控、 CAN 2.0 模块、 10M 以太网模块 ）、 传感器模块（超声波、电流传感器、 环境传感器（包括大气压、温度、湿度、紫外线、光照强度等传感器）、 PT100 温度传感器、温湿度、有害气体、热释红外传感器模块）、其它（非接触式卡、 F/V 、 V/F 模块、 高速数据采集模块、 32 位 SRAM 、 32 位简单 IO 模块、 RGB LED 显示屏 ）等， 便于指导老师开发课程设计题目。

超声波模块要求：使用全封闭、收发一体超声波传感器， 40KHZ 信号经中周放大到 120v 左右，送至传感器，传感器接收到回波信号后，通过前置放大、可调增益放大、滤波、包络、微分、过零检测电路后送到 CPU 。由 CPU 控制温度补偿。与实际使用电路完全一致；

8 、辅助功能：

1 ）双通道数字存贮虚拟示波器：画面与示波器类似，二个通道，采样率： 1M/S ；触发极性分上升沿、下降沿；触发通道分 A 、 B 二个通道；触发电平 -5V ～ +5V 之间；触发方式：自动触发、单次触发、正常触发；二个通道可随意选择垂直位置； 10 多种电压、时间分辨率选择；二个通道波形可加减；显示每个通道的平均电压、峰峰值、频率。操作类似于泰克示波器；

2 ）双通道信号发生器：提供 1Hz-20KHz 的正弦波、方波、三角波，方便 AD 芯片采样，显示于液晶；

3 ） 100MHz 数字频率计；

9 、性能可靠、经久耐用：实验仪采用优质香蕉线，插拔容易、手感好、接触性能优，圆孔、连接线镀金厚，接插件全部采购自台资厂，长期使用不变色；自动升级：实验仪的监控程序可以自动升级；

10 、提供所有实验完整的 C 语言和汇编语言例程； 实验指导书编写详细、正确；电子版本资料详细；程序库正确、完整，以便于指导老师开发课程设计题目。

二、自检模块

提供“傻瓜式”自检功能，只需几根扁线，集成环境软件可对实验仪的所有模块（包括扩展模块）自动检测，实验现象与做实验效果完全一致；对于有问题的区域，提示有可能有问题的芯片编号、型号等；可自动演示实验。 共配置 2 片。

三、平台 技术要求

实验平台须铝合金型材拼装结构，双层台板设计，外形、颜色、尺寸协调，与实验室的环境、条件相匹配。

1 、输入电源：单相三线，交流 220V ± 10% ， 50HZ ；

2 、容量：≦ 1.5KVA ；

3 、外型参考尺寸： 1600 × 800 × 1300mm （长 X 宽 X 高）；

4 、安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜ 30mA ），过载保护；

6 、电源指示灯指示电源状态通断；

7 、可选数码仪表指示工位序号： 3 位 0.8 寸红色高亮度数码显示；

8 、双层设计，上层为隔板，下层为实验台面，隔板下方带 LED 照明（ 16W ），照明开关独立控制；

9 、实验台四只主立柱采用截面尺寸不小于 70X70mm 工业铝合金型材，型材四角圆弧不小于 R15mm ，型材表面喷砂氧化处理成本色，型材 - 导轨符合 GB/T6892-2015 标准；

10 、主立柱连接件需采用高强度铝合金压铸件，表面抛丸后喷塑处理；

11 、台面上方适当位置安装电源壳体，壳体需采用工业铝合金型材，型材表面喷砂氧化处理成本色，插座、漏电保护装置、指示仪表均安装在壳体面板上，壳体需拆卸简单、维修方便；

13 、台面上方右侧安装铝合金液晶显示器支架一只，固定在主立柱型材的适当位置，（固定 19-24 寸液晶显示器）；

14 、实验台底部右侧位置为金属材质电脑主机托板，表面静电喷塑处理成暖白色；底部左侧位置为金属材质隔板，表面静电喷塑处理成暖白色，用以放置其它实验设备和物品；

15 、底部拉杆采用参考尺寸 1.5mmX20mmX80mm 冷轧电镀锌方钢管制作，表面静电喷塑处理；

16 、台面材质采用 16mm 厚抗贝特板，参考尺寸 1600X800mm ；

17 、台面上方距离 450mm 处为上层隔板，隔板采用 16mm 厚抗贝特板，表面颜色选用暖白色，参考尺寸为 1600X350mm ；

18 、主立柱型材头部需采用塑料件封头，底部安装可调高支脚，所有塑料件材质为 ABS 。