單片機控制功能實訓考核裝置

一、概述：
1 、單片機控制功能實訓考核裝置采用烤漆鋼板制作的臺式結構。實訓臺的抽屜柜用于存放實訓模塊，抽屜柜與臺面之間布置實訓模塊安裝支架，最上一層是工作臺臺面。用于技能競賽時在臺面上放置設備安裝底板，在底板上安裝試題擬定的單片機控制裝置需要的模塊，連接控制電路，編寫的控制程序輸入單片機后，按下運行指令開關，單片機控制裝置就按程序運行。
放置在單片機實訓室中，這就是一張實訓臺。當講解理論或實訓項目中的相關知識時，可以當做課桌；當需要進行實際操作時，將臺面打開，就露出放置在安裝支架上的模塊，在需要的實訓模塊間按實訓要求連接電路，編寫控制程序，就可以按照設計的實訓項目進行單片機技術的教學。模塊之間聯接靈活，加深對單片機原理理解, 能夠完成I/O 實訓，A/D 實訓，D/A 實訓，LED LCD 點陣模塊等。
二、設備技術指標
1. 輸入電源：單相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 ℃；環境濕度：≤90% （25 ℃）
4. 外形尺寸：約1225mm×690mm×820mm （L×W×H ）
5. 整機功耗：≤0.5kW
6. 安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，安全性符合相關的國家標準。市電采用高絕緣的安全型插座及帶絕緣護套的高強度安全型實驗導線。
三、單片機控制功能實訓考核裝置功能特點
1 、總體結構
本設備采用實訓桌加實訓模塊的結構設計、模塊采用標準結構，互換性強；按輸入，輸出，數據轉換等功能的原則確定模塊內容，使教學或競賽時可方便的選擇需要的模塊。
本設備的每個模塊都具有兩種接線方式，一種為電子連線接法，8 位數據總線時還可以用杜邦線排線連接。整個連接過程方便快捷。對于具有干擾性質的元件，全部采用光電隔離裝置隔離，確保系統的安全穩定。
2 、各個功能模塊功能特點
（1）主機模塊
單片機采用AT89S52 。該單片機內部設有256Byte 的RAM 和8KByte 的FLASH 、三個16 位定時器，兩個數據指針，片內集成了一個看門狗電路。64KRAM 擴展空間、64KROM 擴展空間；32 個IO 口，6 個向量中斷源；0~33MHz 的工作頻率，三級程序加密功能；工作電壓4.0V~5.5V 。使用DIP40 封裝便于更換芯片及仿真。并設計有在系統下載設計接口，通過USB 下載器可以方便地進行編程，無需把單片機從電路上取下。
該模塊上還放有串行通信接口，該接口已經加入升壓電路，可以直接與計算機通信，單片機和單片機也可以通過此口進行程序下載。復位電路上加有手動復位按扭，可以直接復位操作。模塊上還設有有源蜂鳴器驅動電路，直接給固定電平就可以發出聲響。
（2）電源模塊
電源模塊采用線性電源和開關電源兩種電源。單片機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。電機等大功率器件采用開關電源供電，確保提供足夠的功率。電源采用漏電保護開關作為總控制，安全可靠。用船形開關單獨控制低壓電，市電與低壓電分開控制。該模塊共有三組相互獨立的低壓電源，其中有兩組是正負雙電源輸出。面板上放置了一個AC220 輸出插板，可以同時掛接三個儀器儀表。其中每組電源都有保險絲作過載保護。
（3）仿真器模塊
配備有高性能單片機仿真器，可以全功能仿真MCS51 系列單片機，也可以軟件仿真；軟件為中國自主研發，可以很好的支持中文，支持關鍵字提示，自動完成符號配對等功能。支持64K 程序地址斷點、64K 源程序有效行斷點和64K 臨時斷點，單片機內部寄存器狀態一目了然。主機與計算機采用流行的USB 接口。
（4）顯示模塊
該模塊無論從最基本的顯示元件LED 發光二極管，還是到最高級的LCD 顯示屏都包含在內。具體配置為8 位跑馬燈（邏輯電平指示）、8 位數碼管動態顯示、16×32 點陣LED 屏、1602 字符型液晶顯示屏、128×64 繪圖液晶顯示屏。單片機常用的顯示器件全部包含在內，使學習者可以接觸所有的顯示方案，設計人機界面時可以得心應手。
（5）繼電器模塊
繼電器是常用的執行元件，也是常用的隔離元件，它能用低壓控制高壓電路，遠程切換強電電路狀態優點，同時它的執行元件又是一個線圈，在通電及斷電時會產生電磁干擾。為此繼電器模塊在集成了驅動電路的基礎上增加了光電隔離措施。該模塊共有6 路繼電器，每個繼電器的開關觸點全部引出，并明確標示；每個繼電器還設有工作指示燈，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，可以控制交流電機的正反轉及停止，通過轉換頭可以連接電子連線。另外四組為電子連線座輸出。繼電器觸點容量250V/6A 、DC28V/12A
（6）指令模塊
指令模塊上放置了單片機常用的輸入元件，其中有8 個獨立鍵盤接口，8 路8 位開關量輸入，4*4 矩形鍵盤接口，可以滿足學生從基礎到高級，從簡單到復雜的實訓要求。如果用戶需要更多的按鍵或需要更為復雜的設計，則可以采用該模塊的PS2 鍵盤鼠標接口進行擴展。
（7）ADC/DAC 模塊
ADC/DAC 模塊上設計了兩種轉換芯片ADC0809 和DAC0832 。為了便于調試程序和硬件，板載了三個功能子模塊：0-5V 模擬電壓輸出、8 等級LED 電平指示器和有源時鐘發生器。ADC0809 實驗時可以用有源時鐘發生器作為芯片的時鐘，可以用0-5V 模擬電壓輸出作為模擬量，用8 等級LED 電平指示用作模擬量大小的指示；DAC0832 實驗時，可以將芯片的輸出接在8 等級LED 電平指示器上，轉換結果是否正常一目了然。
（8）交直流電機控制模塊
該模塊可以完成兩種電機的控制實驗，分別是24V 直流減速電機和220V 交流減速電機。每種電機的轉盤下面放有光電開關計數器，可以用單片機感知其位置和轉動了多少圈。每個電機控制線路中設有超程保護輸入端口，在與水平移動裝置組合實驗時可以有效保護電機和機構的安全。
（9）步進電機控制模塊
該模塊設有一只24V 兩相步進電機和大功率步進電機驅動器。模塊改變了電機的軸轉式運行方式，采用了一個水平移動機構，該機構可以把電機的軸轉改為水平直線運動，并用鋁直尺的刻度指示。該模塊還可以做閉環控制的實驗項目，因為在運動機構上裝有感知距離的閉環元件。同時設計了一個超程保護電路，當機構走到一個程序不可知狀態時，可自動關閉電機電源，避免機構超程損壞。直線運動機構上帶了左右限位輸出端子，供單片機查詢狀態。
（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計的一塊電路單元，該單元共有兩組16 路光電隔離IO 口，每個光電隔離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換接口用于工業傳感器的連接。
（11）擴展模塊
因為82C55 的控制方式仍有學習價值，目前在許多教材中仍有它的身影，擴展模塊能滿足實驗的需求；82C55 的三個端口全部引出，可以用電子連線連接，也可以用排線連接。控制端與數據通信口安排在一起，整體布局美觀大方。另設有一片74LS245 芯片，可以用來與82C55 組合起來完成不同的實驗功能。
（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 器件還加有運算放大器，放大的模擬量可以提高測量精度。每種傳感器都有透明外殼加固保護，內有大功率加熱電阻，加熱指示器等。工作狀態一清二楚。可以用來做恒溫控制，溫控器等實驗。
（13）智能物料搬運裝置
配置雙軸機器人作為裝配的執行機構，具有X 軸、Y 軸兩個方向的執行能力，可完成智能抓取物料放料等功能；配置有行程開關，光電傳感器，光纖傳感器等，可確保各執行器的準確定位；超出最大行程時，具有硬件自動保護功能，確保系統安全及人身安全；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，為學生的創新設計提供了廣闊的發揮空間。
四、實訓項目
單片機控制功能實訓考核裝置用于教學，可按工作過程導向，工學結合的模式規劃教學活動，完成以下工作任務
單片機部分
1. 跑馬燈實驗
2. 獨立按鍵輸入實驗
3. 矩陣鍵盤接口實訓
4. 光電耦隔離輸入輸出實驗
5. 金屬檢測實訓
6. 繼電器隔離控制實驗
7. 靜態數碼管顯示實驗
8. 動態數碼管顯示實驗
9. 蜂鳴器演奏實驗
10.8255 芯片擴展IO 口實驗
11.液晶顯示模塊控制實訓
12.點陣LED 屏漢字顯示實驗
13.AD 轉換實驗
14.DA 轉換實驗
15.LM35 溫度傳感器采集實驗
16.IIC 總線IC 卡存儲實驗
17.EEPROM 芯片24 系列存儲實驗
18.外部中斷光電計數控制電機實訓
19.定時器中斷控制電機實訓
20.開環步進電機控制實訓
21.閉環交直流電機系統實驗
22.閉環步進電機系統實驗
23.恒溫室控制系統實驗
24.PS鍵盤通信實驗
25.RS232 通信實驗
智能物料搬運裝置部分
26.氣動電磁閥的控制實驗
27.氣爪動作及物料檢測實驗
28.電動手臂控制實驗
29.單球循環搬運實訓
30.雙球循環搬運實訓
31.智能判斷搬運實訓