单片机与传感器合二为一实验室的开发思路

技术要求 :

1. 实训设备实验桌：

为双层亚光密纹喷塑结构，桌面为防火、防水、耐磨高密度板 , 左右设有两个大抽屉（带锁），用于放置工具及资料，电脑桌联体设计，造型美观大方。

2 ． 硬件特点 ：

2.1 USB/ 串口两种通讯模式

*2.2 硬件自动检测功能，通过键盘便可以直接测试该装置各个区域是否能够正常运行；方便化学实验室设备教学管理。

*2.3 至少能够提供以下万用硬件扩展模块的 12 项以上供课题研究（整实训室共 2 套）：

CPLD 模块、 USB2.0 模块、 IC 卡模块、语音模块、温度模块、 LCD12864 中文液晶模块、 16 Ｘ 16 点阵模块、 GPRS 电话模块、无线遥控模块、红外感应模块、 GPS 模块、射频模块、 CAN 总线模块、以太网模块、可扩展 C8051 单片机模块、台湾进口面包板模块 、蓝牙通讯

ZigBee 通讯模块 ，做二次开发创新实验等。

2.4 包含以下主要单元模块：

（ 1 ）主机模块：

单片机采用 AT89S52 。该物理实验室设备单片机内部设有 256Byte 的 RAM 和 8KByte 的 FLASH 、三个 16 位定时器，两个数据指针，片内集成了一个看门狗电路。 64KRAM 扩展空间、 64KROM 扩展空间； 32 个 IO 口， 6 个向量中断源； 0~33MHz 的工作频率，三级程序加密功能；工作电压 4.0V~5.5V 。使用 DIP40 封装便于更换芯片及仿真。并设计有在系统下载设计接口，，无需把单片机从电路上取下。

该模块上还放有串行通信接口，该接口已经加入升压电路，可以直接与计算机通信，飞利浦维修电工实训考核装置单片机和宏晶单片机也可以通过此口进行程序下载。复位电路上加有手动复位按扭，可以直接复位操作。

（ 2 ）电源模块：

电源模块采用开关电源。单片机电机等采用开关电源供电，确保提供足够的功率。电源采用漏电保护开关作为总控制，安全可靠。用船形开关单独控制低压电。该模块共有两组是正负双电源输出。

（ 3 ）仿真器模块：

配备有高性能单片机仿真器，可以全功能仿真 MCS51 系列单片机，也可以软件仿真； KeilC51 中文说明软件，附有各实验的电路图、原理图、流程图、实验连线图、芯片查询图，以及实验指导书，并提供详尽的教学实验课件（国内独有）。

支持关键字提示，自动完成符号配对等功能。支持 64K 程序地址断点、 64K 源程序有效行断点和 64K 临时断点，单片机内部寄存器状态一目了然。主机与计算机采用流行的 USB 接口。

（ 4 ）显示模块：

该类模块无论从追基本的显示元件 LED 发光二极管，还是到追高级的 LCD 显示屏都包含在内。具体配置为 8 位发光二极管（逻辑电平指示）、 8 位数码管动态显示、 8X8 点阵 LED 屏、 16X16 点阵、 12232 字符型液晶显示屏、 128 × 64 绘图液晶显示屏（扩展模块）。单片机常用的显示器件全部包含在内，使学习者可以接触所有的显示方案，设计人机界面时可以得心应手。

（ 5 ）继电器模块：

继电器是常用的执行元件，也是常用的隔离元件，它能用低压控制高压电路，远程切换强电电路状态优点，同时它的心肺复苏模拟人执行元件又是一个线圈，因此需要一定的电流才可以驱动继电器，该模块采用通用的 ULN2003 芯片加以驱动。继电器还设有指示灯以显示操作控制的响应。继电器触点容量 10A 28VDC 、 10A 120VAC 。

（ 6 ）指令模块：

指令模块上放置了单片机常用的输入元件， 8 路 8 位开关量输入， 4*6 矩形键盘接口，可以满足学生从基础到高级，从简单到复杂的实训要求。 4*6 矩阵键盘相应的 利用自检接口和自检监控可进行演示实验，简单可靠。

（ 7 ） ADC/DAC 模块：

ADC/DAC 模块上设计了两种转换芯片 ADC0809 和 DAC0832 。为了便于调试程序和 硬件，配合三个功能子模块： 0-5V 模拟电压输出、 6 位 LED 电平指示器和有源时钟发生器。 ADC0809 实验时可以用有源时钟发生器作为芯片的时钟，可以用 0-5V 模拟电压输出作为模拟量，用 6 位 LED 电平指示用作模拟量大小的指示； DAC0832 实验时，将芯片的输出接在 6 位 LED 电平指示器上，转 换结果是否正常一目了然。

（ 8 ）直流电机控制模块：

该模块可以完成电机的控制实验，分别是直流加减速电机实验和调速电机实验。仿真教学电梯电机的转盘 下面放有霍尔器件，可以用单片机测定转动了多少圈。电机控制线路有效的测定当前的速度，用之与设定的速度相对比，调节相应的电平脉冲宽度以此控制直流电机的速度。

（ 9 ）步进电机控制模块：

步进电机实际上是一个数字 / 角度转换器 , 该化学实验室设备模块才用三相步进电机，三相步进电机还具有快速启停、精确步进 和定位等特点，因而在数控机床、绘图仪、打印机以及光学仪器中得到广泛的应用。该模块实现正反转的功能，简要的演示步进电机的控制功能。

（ 10 ） 传感器配接模块及传感器实训平台：

（ A ）传感器模块： 是专为传感器的配接的电路单元，该单元可以配合模数单元电路，实现教学挂图对温度传感器数据的采集模拟，对压力传感器采集数据的模拟。对采集的数据送到 8155 显示模块，通过 6 位 LED 数码管动态的显示采集结果。

（ B ）传感器实训平台部分（共计 11 套） :

含 3 位半数字式电压（量程 2000mv ， 2v ， 20v 三档切换），三位半频率 / 转速表，音频振荡器： 0.4KHz — 10KHz 输出连续可调，低频振荡器： 1 — 30Hz 输出连续可调，双平行式悬臂梁二副，电加热器二组，测速电机一组（ 0-4500 转 / 分连续可调），二组稳压电源，数据采集系统： RS232 标准接口， 14 位 A/D 转换，虚拟仪器。

传感器配置：商用称重传感器（双孔悬臂梁结构），应变计，铜一康铜热电偶，差动变面积式传感器，电感式螺管式传感器，电涡流位移传感器，霍尔式传感器，磁电式传感器，压力加速传感器 , 电容式传感器 ,MPX 扩散硅压力传感器，光纤位移传感器， PN 结温度传感器，半导体热敏传感器，高分子湿敏传感器，气敏传感器，心肺复苏模拟人光电测转速传感器

可扩展应用型传感器： Pt100 铂电阻、 Cu50 铜电阻、 K 型热电偶、 E 型热电偶、 J 型热电偶、扭距传感器、超声波传感器、 PSD 位置传感器、光栅位移传感器、 CCD 电荷耦合器件

（ 11 ）温度、压力传感器模块：

该模块配备有温度传感器、压力传感器一线式传感，可以在数码模块动态显示。

（ 12 ）串并转换模块：

串并转换模块，应用 74LS164 芯片，通过 8155IO 口芯片的扩展，相应的串行口发送数据，程序对时序的控制，串并转换对数码管显示数据的物理实验室设备操作。

* 实训设备配套教材： 配套实验教材《单片机技术实验实训教程》。 相应的实验指导书，有详细的实验操作，实验原理的描述。

2.5 单片机核心板：

MCS51 单片机（ Atmel ）（默认配置） , 可以任意更换以下核心板 :

PIC 单片机（ Microchip ）；

AVR 单片机（ Atmel ）；

LPC 单片机（ Philips ）；

MSP 单片机（ TI ）；

061A 单片机（凌阳）的扩展应用。

2.6 具有 ISP 编程下载功能；具备 32 位系统实验资源且通过扩展模块单片机核心板能够独立教学挂图更换并支持多种单片机 ; 采用了超大规模定制芯片的通用机械制图模型仿真器具备完成 16 位微机原理与接口技术相关的实验。

2.7 具备相关教学课件及仿真实验软件。

3 ．软件要求 ：

3.1 KeilC51 中文说明软件。系统仿真开发软件界面附有各实验的电路图、原理图、流程图、实验连线图、芯片查询图，以及实验指导书。

3.2 必须配备配套实验教材及开发教材。

4 ．实验方式：

4.1 外接仿真教学电梯方式：用 PC 机连仿真器，再连实验仪进行仿真和实验。

4.2 软件模拟的方式：无实验仪、无仿真器，仅在 PC 机上采用模拟软件进行仿真。

4.3 仿真器独立方式：用户自制目标板，利用仿真器进行仿真实验。

4.4 自检测实验方式：利用自检接口和自检监控可进行演示实验，简单可靠。

4.4 实操工艺实训方式 : 利用实验平台相关实训套件能够充分锻炼学生焊接技术及相关的调试技术。

5 ．实验内容：

5.1 单片机实训部分： 能够完成各类中职院校以上的所有单片机技术 / 微机原理与接口课程中包含的所有课程实验。

硬件实验项目（至少包含以下实验以上）：

实验一 8255 控制双色灯实验

实验二 开关状态显示实验

实验三 8279 键盘显示实验

实验四 定时器 / 计数器实验

实验五 A/D 转换实验

实验六 D/A 转换实验

实验七 8259A 硬件中断实验

实验八 直流电压驱动实验

实验九 步进电机驱动实验

实验十 8253 计数器实验

实验十一 力测量实验

实验十二 温度测量实验

实验十三 8237DMA 实验

实验十四 8251 可编程串行通讯实验

实验十五 以循环方式工作的单机“ 8259 中断”实验

实验十六 8251 “自发自收”实验

实验十七 继电器

实训设备软件实验部分（至少包含以下实验以上）：

实验一 两个多位十进制数相减实验

实验二 两个数相乘的实验

实验三 BCD 码相乘的实验

实验四 字符匹配程序

实验五 字符串匹配程序

实验六 从键盘输入数据并显示

实验七 字符和数据的显示程序

实验八 响铃程序

实验九 接收年、月、日信息显示

实验十 字母的大小写转换

实验十一 保留追长追短行输入字符

实验十二 计算机钢琴的程序

实验十三 排序实验

实验十四 学生成绩名次表实验

实验十五 设置光标的实验

实验十六 清除窗口的实验

实验十七 计算 N! 的实验

实验十八 写文件实验

实验十九 读文件实验

实验二十 显示目录的实验

“扩展性”实验（至少包含以下实验以上）：

实验一 物理实验室设备数字温度计实验

实验二 数字语音录放实验

实验三 IC 卡实验

实验四 LED16 × 16 图形点阵实验

实验五 128 × 64 点阵式 LCD 显示屏实验

实验六 GPRS 发送接收实验

实验七 无线摇控实验

实验八 红外感应实验

实验九 GPS 定位实验

实验十 射频通信实验

实验十一 CAN 总线通信实验

实验十二 网口实验

实验十三 蓝牙通讯 实验

实验十四 ZigBee 通讯模块 实验

“电子竞赛”实训（省、市竞赛专用）：

实验一 集成块（贴片）焊接实操。

实验二 （贴片）电阻焊接实操。

实验三 （贴片）电容焊接实操。

实验四 （贴片）三极管焊接实操。

实验五 线路板焊接实验、实操、实训。

实验六 单片机线路设置及编程下载实训。

化学实验室设备电子仿真部分

根据提供的软件可以完成各种电子、电工、电子产品、传感器类的的仿真实验

5.2 传感器实训部分：

1 、应变片性能——单臂电桥

2 、应变片：单臂、半桥、全桥比较

3 、应变片的温度将就及补偿

4 、热电偶的原理及现象

5 、移相器实验

6 、相敏检波器实验

7 、应变片——交流全桥

8 、交流全桥的应用——振幅测量

9 、流全桥的应用——电子称之一

10 、差动变压器（互感式）的性能

11 、差动变压器（互感式）零点残余电压补偿实验

12 、差动变压器（互感式）的标定

13 、差动变压器（互感式）的应用——振动测量

14 、差动变压器（互感式）的应用——电子秤之二

15 、差动螺管式（自感式）传感器的静态位移性能

16 、差动螺管式（自感式）传感器的动态位移性能

17 、电涡流式传感器的透明电梯教学模型静态标定

18 、被测体材料对电涡流传感器特性的影响

19 、电涡流传感器的应用——振幅测量

20 、电涡流传感器的应用——电子秤之三

21 、霍尔传感器的直流激励静态位移特性

22 、霍尔传感器的应用——电子秤之四

23 、霍尔传感器的交流激励静态位移特性实验

24 、霍尔传感器的应用——振幅测量

25 、磁电式传感器的性能

26 、压电传感器的动态响应实验

27 、压电传感器引线电容对电压放大器的影响、电荷放大器

28 、差动面积式电容传感器的静态及动态特性

29 、双平行梁的动态特性——正弦稳态影响

30 、扩散硅压阻式压力传感器实验

31 、光纤位移传感器静态实验

32 、光纤位移传感器动态实验（一）

33 、光纤位移传感器动态实验（二）

34 、 PN 结温度传感器测温实验

35 、热敏电阻测温演示实验

36 、气敏传感器 (MQ3) 实验

37 、湿敏电阻 (RH) 实验

38 、光电传感器 ( 反射型 ) 测转速实验

5.3 能够满足学校老师课题研究要求。

5.4 能够满足毕业学生毕业设计要求。

6 ．网络集线器及其他配件：

在整个实训室包含一台网络集成交换机及相关所有电源设备及布线。

7 ．多媒体设备部分：

7.1 吊装投影机 ：

国际知名品牌，教育专用机 3LCD 液晶技术；亮度（流明）： ≥ 3000 流明 (ISO21118 标准 ) ；分辨率： 1024 X 768 ；对比度：≥ 500 ： 1 ；整机功率：≤ 280W ；灯泡：≤ 200W 冷光源灯泡，灯泡寿命≥ 5000 小时；顶部换灯；重量：≥ 3.7KG ；接口： 2 路输入 RGB 、 1 路 PC 输出 RGB ， RS-232 接口；直接开关机，即关即拔功能（不需冷却时间）， 5 秒快速开机， 0 秒关机（关机后风扇停止转动，瞬间散热技术），全封闭式防尘防烟设计（机械教学模型封闭镜头罩），带大面积防尘过滤网。 150 寸电动幕布及投影吊架。

7.2 国产名牌中控：

复合视频 4 入 2 出；音频 5 入 2 出； VGA3 入 2 出； 1 路声光报警专用接口一条连接线，外接声光报警器可以实现 4 路 VGA 断线报警。支持 8 路报警探测通道；面板表面配接口盒，包括 AC220V 电源、 1 路 AV 视音频输入、 1 路笔记本 VGA 和音频、 USB 、 RJ45 网络，无需通电可待机 60 天。

7.3 专业音箱，

≥ 60W 二分频双高音 8 寸低音 , 8 欧 频响范围： 55-18KHZ 灵敏度： 91DB 追高声压 113DB 标称阻抗 8 欧，能承受大功率并展现声音清晰，能够很好地表现和还原人声。安装方便，可采用壁挂式安装，水平方向旋转，垂直仰俯角度调整自如，使声场方向任意改变，满足声场的不同指向性。

7.4 专业功放 ：

有效频率响应（ L/R ）： 20Hz-20KHz(+1dB,-3dB) ，额定功率： 2 × 60W/8 Ω，线路灵敏度： 200mV ，话筒灵敏度： 15mV ，信噪比：（话筒关闭，混响关闭，音调平直）≥ 78dB ，（话筒全开，混响全开，音调平直）≥ 78dB 。

7.5 控制计算机 ：

显示器： 19 寸宽屏液晶、主板 : INTEL MATX/G41/N/DDRIII 、 CPU: PDC/Q8300/ 四线程 / 四核 /4MBL2/2.50/800/775 、内存 :1X2G/DDRIII 。

SATA 硬盘 : 500G /7200/SATA2 、电源 : 220V/300W 以上、网卡 : 主板集成千兆网卡、键盘 : 黑色防水键盘 /PS2 、鼠标 : 黑色光电鼠标 /USB 、支持网络同传，硬盘保护、还原。

7.6 无线话筒：