打造單片機(jī)教學(xué)未來(lái)：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)考核裝置
2024-06-26 07:44
隨著單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，其在工業(yè)自動(dòng)化、智能家居、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。為了培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，本文介紹了一款單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)考核裝置，該裝置涵蓋了電源管理與供應(yīng)、數(shù)據(jù)采集與處理、顯示與控制接口、通信與接口技術(shù)、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、定時(shí)與中斷控制、電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)以及傳感器與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)等多個(gè)方面。
二、實(shí)訓(xùn)裝置組成與功能
1. 電源管理與供應(yīng)
該部分主要負(fù)責(zé)為整個(gè)實(shí)訓(xùn)裝置提供穩(wěn)定可靠的電源。包括交流電源整流濾波、直流電源穩(wěn)壓、電池供電等多種供電方式，以適應(yīng)不同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的需求。同時(shí)，還包含電源管理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的智能監(jiān)控和保護(hù)。
2. 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集與處理模塊通過(guò)各類傳感器和信號(hào)采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、光照、壓力等環(huán)境參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)處理后，可通過(guò)顯示接口或通信接口進(jìn)行輸出。
3. 顯示與控制接口
顯示接口采用LED數(shù)碼管、LCD顯示屏等，用于實(shí)時(shí)顯示實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的各類參數(shù)和狀態(tài)�？刂平涌趧t通過(guò)按鍵、旋鈕等輸入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的參數(shù)設(shè)置和控制。
4. 通信與接口技術(shù)
通信與接口技術(shù)模塊包括串口通信、I2C通信、SPI通信等多種通信方式，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)、其他單片機(jī)或其他外部設(shè)備的通信。此外，還包含USB接口、以太網(wǎng)接口等，方便用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和交換。
5. 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換
模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊包括ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）和DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器），實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。通過(guò)該模塊，學(xué)生可以深入了解模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換原理和過(guò)程。
6. 定時(shí)與中斷控制
定時(shí)與中斷控制模塊包括定時(shí)器、計(jì)數(shù)器以及中斷控制電路，用于實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間控制和事件觸發(fā)。通過(guò)該模塊，學(xué)生可以學(xué)習(xí)并掌握單片機(jī)中的定時(shí)和中斷控制技術(shù)。
7. 電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)
電機(jī)控制實(shí)驗(yàn)?zāi)K提供了對(duì)直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)等多種電機(jī)的控制接口。通過(guò)該模塊，學(xué)生可以學(xué)習(xí)并掌握電機(jī)的控制原理和方法，并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)。
8. 傳感器與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)
傳感器與檢測(cè)實(shí)訓(xùn)模塊包含了各類傳感器和檢測(cè)電路，如溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器等。學(xué)生可以通過(guò)該模塊學(xué)習(xí)傳感器的原理和特性，并進(jìn)行相關(guān)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
三、實(shí)訓(xùn)裝置特點(diǎn)
1. 綜合性強(qiáng)：涵蓋了單片機(jī)技術(shù)的多個(gè)方面，適合學(xué)生進(jìn)行綜合性的實(shí)訓(xùn)和學(xué)習(xí)。
2. 靈活性強(qiáng)：各個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，可根據(jù)需要進(jìn)行組合和擴(kuò)展，滿足不同的實(shí)訓(xùn)需求。
3. 實(shí)用性強(qiáng)：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目貼近實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，有助于學(xué)生理解和掌握單片機(jī)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。
4. 可維護(hù)性強(qiáng)：裝置設(shè)計(jì)合理，易于維護(hù)和升級(jí)，保證長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。
四、結(jié)語(yǔ)
單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)考核裝置為學(xué)生提供了一個(gè)全面、系統(tǒng)、實(shí)用的實(shí)訓(xùn)平臺(tái)。通過(guò)使用該裝置進(jìn)行實(shí)訓(xùn)和學(xué)習(xí)，學(xué)生可以深入理解和掌握單片機(jī)技術(shù)的相關(guān)知識(shí)和技能，為未來(lái)的工作和學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
DB-238 單片機(jī)技術(shù)應(yīng)用實(shí)訓(xùn)考核裝置
一、產(chǎn)品特點(diǎn)：
1.入門容易，簡(jiǎn)潔而不簡(jiǎn)單：為了使入門容易，我們采用簡(jiǎn)單易懂的版面設(shè)計(jì)，從最基本的一個(gè)跑馬燈開始就讓您無(wú)縫地切入教學(xué)。大部分的模塊在保證安全的前提下反面是鏤空的。這使得您可以讓學(xué)生一目了然看到，并可以觸摸到，這點(diǎn)很重要。因?yàn)槲覀兩钪�，感性認(rèn)識(shí)的重要性。
2、人體工學(xué)，美觀而舒適：采用模塊平放結(jié)構(gòu)，使得視線趨于自然向下，如同平時(shí)讀書寫字�？拷脩魝�(cè)又略帶傾斜，使得操作時(shí)更加方便。同時(shí)抬頭時(shí)視線使得毫無(wú)遮擋。可以方便地聽講，老師亦可觀察實(shí)訓(xùn)情況。
3、高度開放，激發(fā)創(chuàng)新：采用模塊化設(shè)計(jì)，我們并不簡(jiǎn)單的，單獨(dú)設(shè)計(jì)模塊，而是將模塊間聯(lián)系，可能性，功能性做了綜合考慮，提供經(jīng)典實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，我們建議用戶利用高度開放性的模塊，設(shè)計(jì)出自己的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。
4、貼近實(shí)際，易于拓展：深知教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合的重要性。特別設(shè)計(jì)了多達(dá)幾十種的實(shí)訓(xùn)包
二、技術(shù)性能：
1、輸入電源：AC220V±10% 50Hz
2、工作環(huán)境：溫度-10~+40℃ 相對(duì)濕度＜85%(25℃)
3、裝置容量：200VA
4、重量：100kg
5、外形尺寸：1600×750×1100mm
三、本設(shè)備各個(gè)功能模塊功能特點(diǎn)
1、 主機(jī)模塊
單片機(jī)采用愛特梅爾的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(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。
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，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、 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(guò)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(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。
4、 顯示模塊
該模塊無(wú)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(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
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)訓(xùn)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)訓(xùn)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)訓(xùn)，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)訓(xùn)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)訓(xùn)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)訓(xùn)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�？刂贫伺c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)訓(xùn)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�(lái)做恒溫控制，溫控器等實(shí)訓(xùn)。