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單片機原理微機原理實驗系統(tǒng)

一、實驗儀系統(tǒng)要求

1 、實驗系統(tǒng)與微機之間采用 USB 通信，而不是串口轉(zhuǎn) USB 。提供自主版權(quán)、通過數(shù)字簽名的 USB 驅(qū)動；

2 、微機原理部分硬件接口支持： USB2.0 總線（標配）、 8086 （標配）、 PCI2.2 總線（選配）、 80386EX （選配），使用軟件切換，無需開關(guān)，更可靠。 USB ：由微機 CPU 執(zhí)行實驗程序 , 涉及對實驗儀操作的指令 , 微機通過 USB 高速接口將指令發(fā)送給實驗儀 , 實驗儀產(chǎn)生時序 , 讀寫 RAM 、 I\O 接口，將結(jié)果通過 USB 反饋給微機 CPU 。全面支持 80x86 實模式和保護模式微機原理及接口技術(shù)的實驗教學；系統(tǒng)提供了全開放的 80x86 系統(tǒng)擴展總線，如：數(shù)據(jù)總線、地址總線、中斷請求信號、 HOLD/HLDA 、讀寫控制信號、字節(jié)使能信號等，全面支持開放式的微機接口技術(shù)各項實驗。支持 8/16/32 位存貯器、 I/O 實驗；

3 、軟件： 完全 VC++ 風格， 集編輯器、項目管理、啟動編譯、連接、錯誤定位、下載、調(diào)試于一體； 同時支持匯編和 C 語言兩種編程模式。無須點擊的感應式鼠標提示功能 ； 支持所有數(shù)據(jù)類型觀察和修改； 自動收集 變量于變量窗； 支持拖拉功能。支持 16 位、 32 位匯編程序，支持各種尋址方式。支持實驗儀的監(jiān)控在線更新；支持模擬調(diào)試。軟件提供一個窗口：顯示當前實驗程序?qū)�應的全局描述符表、頁目錄表、頁表，方便教學；可做全局描述符表、頁目錄表、頁表、邏輯地址轉(zhuǎn)物理地址、物理地址轉(zhuǎn)邏輯地址實驗；全局描述符表、頁目錄表、頁表均由 Windows XP/ Windows7 等操作系統(tǒng)自動產(chǎn)生；

4 、多 CPU 實驗儀：主板上有 3 個 CPU 區(qū)，可插入 3 個 CPU 模塊或 2 個 CPU 模塊、 1 個 FPGA 模塊，可同時工作。 CPU 模塊： 8086+USB 模塊（標配）、 MCS51 模塊（標配）、 STM32F407 模塊（標配）、 STM32F103 模塊、 STM32F439 模塊、 STM32F7 模塊、 STM32H7 、 AVR 模塊、 MSP430 模塊、 C8051F 模塊、 PIC 、 FreeScale （ MC9S08 、 MC9S12 、 K60 等）模塊、 80386+USB 模塊、 PCI 模塊等，均配置仿真器； FPGA 模塊含 USB 接口下載仿真器，支持 JTAG 、 AS ，可做 EDA 、 SOPC 實驗。 CPU 、 FPGA 模塊可以獨立使用。學校可自行設計 CPU 模塊；

4-1 、 STM32F407 模塊：

MCU ： ST 公司的 Cortex-M4 架構(gòu)的 32 位 RISC ARM 處理器 STM32F407ZE ； Nor Flash ： 64Mbit ； SRAM ： 256K × 16bit （自掃描 TFT 液晶時，用作存放顯示點陣顏色數(shù)據(jù)）； 一個 100M/10M 以太網(wǎng)接口 (DM9000E) ；一個 USB2.0 （支持 HOST 、 DEVICE ）； 一個 USB 轉(zhuǎn)串口； 一個 Joys 支持實驗儀的監(jiān)控在線更新 tick 五向按鍵， 1 個復位按鍵；四個發(fā)光二極管；一個 TFT 真彩觸摸 LCD 接口，一個觸摸屏接口；支持 3.5 、 4.3 、 7 寸等 TFT 彩屏；缺省配置：含電容觸摸屏的 4.3 寸 TFT 彩屏；一個標準 2.54mm 間距 JTAG 插座 (20 腳 ) ； CPU 的 I/O 可以全開放；

4-2 、提供交通信號燈自動控制模擬指示系統(tǒng)、步進電機控制的水庫水位系統(tǒng)、常用信號函數(shù)發(fā)生器、鍵盤電子樂器演奏、直流電機轉(zhuǎn)速測量與控制系統(tǒng)、矩陣式鍵盤數(shù)字密碼鎖設計、溫度控制系統(tǒng)設計等課程設計項目，提供對應的上位機軟件，上位機軟件與實驗儀部分同步顯示、控制、演示；

5 、 MCS51 部分仿真功能： 1 ）雙 CPU 仿真； 2 ）硬件斷點功能 , 斷點數(shù)目沒有限制 , 不允許修改斷點處的機器碼。軟件斷點缺點：修改斷點處 3 個字節(jié)機器碼，如果斷點處是單字節(jié)或雙字節(jié)指令，程序全速或全速斷點運行到斷點后一條指令（不碰到斷點），程序已改變，程序運行肯定出錯 3 ）無限制夭折功能，即使 CPU 在運行高優(yōu)先級中斷程序，也保證能 100% 正確停止仿真 CPU 運行，保證 PC 指針的正確性； 4 ）不占用 CPU 的程序空間（提供 64K 仿真 RAM ）、數(shù)據(jù)空間的任一地址 5 ）不占用 CPU 串口或 P3.4 、 P3.5 管腳，不占用 CPU 的中斷資源；

6 、基本功能：（ 1 ）微機原理部分傳統(tǒng)器件 8255 、 8253 、 8251 、 8250 、 8259 、 8237 ，簡單 I/O 口、存貯器部分所有的信號線都由學生自己連接；（ 2 ）顯示部分： 4.3 寸 TFT 液晶（分辨率 800 × 480 ）、多點觸摸電容屏、 1602 字符型液晶、 OLED12864 液晶、 16X16LED 點陣、 8 位數(shù)碼管、 8 個雙色 LED 、 2 個 RGB LED ； OV2640 攝像頭模塊，二個 CPU 區(qū)或 FPGA 都可使用（ 3 ）輸入、輸出： 4 × 4 鍵盤、 8 個獨立按鍵、 8 個撥動開關(guān)、高速光耦、多個 單脈沖、 繼電器控制、可調(diào)電壓、 電容觸摸按鍵、 觸摸屏（ 4 ）語音： AC97 接口 、 1 個立體聲耳機插座、 1 個 MIC 插座、 2 個揚聲器、 2 個數(shù)字微 麥、可調(diào)音量電位器、交流蜂鳴器、 FM 立體聲收音機（ 5 ）傳感器： 9 軸運動傳感器、溫度（單總線、 I2C 總線二種）、溫濕度、熱敏、光敏傳感器； 光電開關(guān)或霍爾器件（ 6 ） AD 、 DA ：串行總線的 AD （ 16 位）、 DA （ 12 位）； PWM 轉(zhuǎn)直流電壓電路； 并行接口的 ADC0809 、 DAC0832 （ 7 ）接口：一個 CAN2.0A/B 接口； 1 路 USB2.0 接口（支持 HOST 、 DEVICE ）；一個 IrDA 紅外收發(fā)器； 1 路 RS232 轉(zhuǎn) USB ，適合無串口微機；一個 RS232 串口，支持 RTS/CTS 握手信號；一個 RS485 接口；（ 8 ） 存貯器： SPI 接口 EEPROM M25P80 ； I2C 串行 EEPROM24C02 ； SD/MMC 卡座； MicroSD 座； 32K × 8SRAM ；（ 9 ）控制對象：步進電機控制（ 4 相）； PID 、 PWM 方式恒溫控制模塊；直流電機調(diào)速控制，使用光電開關(guān)、霍爾器件精確控制電機轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速隨意設定在 3 ～ 99 轉(zhuǎn) / 秒。（ 10 ）其它： I2C 鍵盤、數(shù)碼管控制器 ZLG7290 ； I2C 實時鐘芯片 PCF8563 ； 打印口； 1 個 CR1220 電池座； 鍵盤、數(shù)碼管驅(qū)動電路；功率放大； 邏輯筆； 蜂鳴器； 多種頻率 1Hz-1.8432MHz ；（ 11 ）帶過流過壓保護的電源： 5v 、 +12v 、 -12v 。 要求集成的芯片資源全開放；

7 、超強的擴展功能：可以配置 CPU 模塊（ STM32F407 、 STM32F103 、 STM32F429 、 STM32F7 、 STM32H7 、 AVR 、 PIC 、 MSP430 、 C8051F 、 FreeScale （ MC9S08 、 MC9S12 、 K60 等） ）、 FPGA 模塊（ EP4CE6 、 EP4CE55 、 MAX10 ）、通信模塊（ GPS 、 GPRS 、 2.4G 無線數(shù)據(jù)、 ZigBee 、 WiFi 、藍牙模塊、北斗、 USB1.1 、 USB2.0 、 USB 主控、 CAN 2.0 模塊、 10M 以太網(wǎng)模塊 ）、 傳感器模塊（超聲波、電流傳感器、 環(huán)境傳感器（包括大氣壓、溫度、濕度、紫外線、光照強度等傳感器）、 PT100 溫度傳感器、溫濕度、有害氣體、熱釋紅外傳感器模塊）、其它（非接觸式卡、 F/V 、 V/F 模塊、 高速數(shù)據(jù)采集模塊、 32 位 SRAM 、 32 位簡單 IO 模塊、 RGB LED 顯示屏 ）等， 便于指導老師開發(fā)課程設計題目。

超聲波模塊要求：使用全封閉、收發(fā)一體超聲波傳感器， 40KHZ 信號經(jīng)中周放大到 120v 左右，送至傳感器，傳感器接收到回波信號后，通過前置放大、可調(diào)增益放大、濾波、包絡、微分、過零檢測電路后送到 CPU 。由 CPU 控制溫度補償。與實際使用電路完全一致；

8 、輔助功能：

1 ）雙通道數(shù)字存貯虛擬示波器：畫面與示波器類似，二個通道，采樣率： 1M/S ；觸發(fā)極性分上升沿、下降沿；觸發(fā)通道分 A 、 B 二個通道；觸發(fā)電平 -5V ～ +5V 之間；觸發(fā)方式：自動觸發(fā)、單次觸發(fā)、正常觸發(fā)；二個通道可隨意選擇垂直位置； 10 多種電壓、時間分辨率選擇；二個通道波形可加減；顯示每個通道的平均電壓、峰峰值、頻率。操作類似于泰克示波器；

2 ）雙通道信號發(fā)生器：提供 1Hz-20KHz 的正弦波、方波、三角波，方便 AD 芯片采樣，顯示于液晶；

3 ） 100MHz 數(shù)字頻率計；

9 、性能可靠、經(jīng)久耐用：實驗儀采用優(yōu)質(zhì)香蕉線，插拔容易、手感好、接觸性能優(yōu)，圓孔、連接線鍍金厚，接插件全部采購自臺資廠，長期使用不變色；自動升級：實驗儀的監(jiān)控程序可以自動升級；

10 、提供所有實驗完整的 C 語言和匯編語言例程； 實驗指導書編寫詳細、正確；電子版本資料詳細；程序庫正確、完整，以便于指導老師開發(fā)課程設計題目。

二、自檢模塊

提供“傻瓜式”自檢功能，只需幾根扁線，集成環(huán)境軟件可對實驗儀的所有模塊（包括擴展模塊）自動檢測，實驗現(xiàn)象與做實驗效果完全一致；對于有問題的區(qū)域，提示有可能有問題的芯片編號、型號等；可自動演示實驗。 共配置 2 片。

三、平臺 技術(shù)要求

實驗平臺須鋁合金型材拼裝結(jié)構(gòu)，雙層臺板設計，外形、顏色、尺寸協(xié)調(diào)，與實驗室的環(huán)境、條件相匹配。

1 、輸入電源：單相三線，交流 220V ± 10% ， 50HZ ；

2 、容量：≦ 1.5KVA ；

3 、外型參考尺寸： 1600 × 800 × 1300mm （長 X 寬 X 高）；

4 、安全保護：接地保護，漏電保護（動作電流＜ 30mA ），過載保護；

6 、電源指示燈指示電源狀態(tài)通斷；

7 、可選數(shù)碼儀表指示工位序號： 3 位 0.8 寸紅色高亮度數(shù)碼顯示；

8 、雙層設計，上層為隔板，下層為實驗臺面，隔板下方帶 LED 照明（ 16W ），照明開關(guān)獨立控制；

9 、實驗臺四只主立柱采用截面尺寸不小于 70X70mm 工業(yè)鋁合金型材，型材四角圓弧不小于 R15mm ，型材表面噴砂氧化處理成本色，型材 - 導軌符合 GB/T6892-2015 標準；

10 、主立柱連接件需采用高強度鋁合金壓鑄件，表面拋丸后噴塑處理；

11 、臺面上方適當位置安裝電源殼體，殼體需采用工業(yè)鋁合金型材，型材表面噴砂氧化處理成本色，插座、漏電保護裝置、指示儀表均安裝在殼體面板上，殼體需拆卸簡單、維修方便；

13 、臺面上方右側(cè)安裝鋁合金液晶顯示器支架一只，固定在主立柱型材的適當位置，（固定 19-24 寸液晶顯示器）；

14 、實驗臺底部右側(cè)位置為金屬材質(zhì)電腦主機托板，表面靜電噴塑處理成暖白色；底部左側(cè)位置為金屬材質(zhì)隔板，表面靜電噴塑處理成暖白色，用以放置其它實驗設備和物品；

15 、底部拉桿采用參考尺寸 1.5mmX20mmX80mm 冷軋電鍍鋅方鋼管制作，表面靜電噴塑處理；

16 、臺面材質(zhì)采用 16mm 厚抗貝特板，參考尺寸 1600X800mm ；

17 、臺面上方距離 450mm 處為上層隔板，隔板采用 16mm 厚抗貝特板，表面顏色選用暖白色，參考尺寸為 1600X350mm ；

18 、主立柱型材頭部需采用塑料件封頭，底部安裝可調(diào)高支腳，所有塑料件材質(zhì)為 ABS 。