單片機(jī)控制功能實(shí)訓(xùn)考核裝置

一、概述：
1 、單片機(jī)控制功能實(shí)訓(xùn)考核裝置采用烤漆鋼板制作的臺(tái)式結(jié)構(gòu)。實(shí)訓(xùn)臺(tái)的抽屜柜用于存放實(shí)訓(xùn)模塊，抽屜柜與臺(tái)面之間布置實(shí)訓(xùn)模塊安裝支架，最上一層是工作臺(tái)臺(tái)面。用于技能競賽時(shí)在臺(tái)面上放置設(shè)備安裝底板，在底板上安裝試題擬定的單片機(jī)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(jī)后，按下運(yùn)行指令開關(guān)，單片機(jī)控制裝置就按程序運(yùn)行。
放置在單片機(jī)實(shí)訓(xùn)室中，這就是一張實(shí)訓(xùn)臺(tái)。當(dāng)講解理論或?qū)嵱?xùn)項(xiàng)目中的相關(guān)知識(shí)時(shí)，可以當(dāng)做課桌；當(dāng)需要進(jìn)行實(shí)際操作時(shí)，將臺(tái)面打開，就露出放置在安裝支架上的模塊，在需要的實(shí)訓(xùn)模塊間按實(shí)訓(xùn)要求連接電路，編寫控制程序，就可以按照設(shè)計(jì)的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目進(jìn)行單片機(jī)技術(shù)的教學(xué)。模塊之間聯(lián)接靈活，加深對(duì)單片機(jī)原理理解, 能夠完成I/O 實(shí)訓(xùn)，A/D 實(shí)訓(xùn)，D/A 實(shí)訓(xùn)，LED LCD 點(diǎn)陣模塊等。
二、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)
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(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。
三、單片機(jī)控制功能實(shí)訓(xùn)考核裝置功能特點(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?？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。
四、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)