提高类开放性试验大纲

硬件设计开放性实验 20052006年 I学期硬件设计开放性实验提高类实验大纲在有了基础类实验的一系列培训的基础上，我们进行提高类实验。提高类实验分A、B两个阶段，A阶段让同学设计稍复杂的、小型化的电路、单片机最小系统、单片机常用的外围扩展电路，培养其编程和调试能力。而B阶段是在完成了A阶段的基础上，进一步提高同学的电路设计与编程、调试能力，主要完成多种传感器检测、总线读写操作、机电控制类等电路。提高类实验主要目的是让学生为了实现某一功能，而独自去查阅相关资料，自行设计出能可靠实现该功能的可行的电路原理图、PCB图，并且编程完全调试出来。然后根据实验结果，知道在整个实验过程中，哪些方面考虑欠妥，而自行改进。同时，掌握如何修正误差，使实验结果能与实际结果很接近，为开展综合类开放实验打下坚实的基础。提高类实验内容A阶段1、常用逻辑器件控制和显示实验（1）、实验概述：通过宏汇编指令、TC 2.0指令或者MCS-51指令，来控制目标板，使其实现如下功能： 随着拨动开关所代表的电平的改变，其对应的发光二极管的状态也作相应的变化。 通过手动拨动开关，能完成8位二进制数的加、减、乘、除运算。 通过程序能完成常用的逻辑运算：逻辑与、逻辑或、逻辑异或、逻辑非等其他逻辑操作。 运算结果通过数码管显示出来。（2）、实验目的： 熟练掌握逻辑与、逻辑或、移位操作、译码器、分频器等常用逻辑器件，并自己编制程序控制这些逻辑器件，以实现其逻辑功能。 掌握计算机内数据线、地址线、控制线三总线如何操作。 数据线如何扩展。 如何有效检测按键。 实现数码管动态显示 当单片机作CPU时，如何来实现上述功能。（3）、实验方案： 设计出一块通用的ISA板卡，该板卡插在计算机扩展槽内，不仅可以与计算机通信，而且也与目标板通信。板卡的输出做成标准的接口，通过排线可与其他目标板相联，这样具有通用性，可以降低成本，节约实验经费。 目标板具有常用的逻辑器件，以实现常用的逻辑功能。做成具有SMT技术的双面印制板，不仅外表美观，而且成本较低。 在同一块目标板上，把单片机作CPU的电路也考虑进去。目标板一旦与通用的ISA板卡相联，计算机可以控制。当独立工作模式时，也可由单片机来读写操作。这样有助于提高学生的动手能力。 实验结果有两种检测方式：（1）可以通过数码管或发光二极管显示，直观、快捷；（2）可以借助于示波器等检测设备，精确、明了。（4）、实验器件：拨动开关、数码管、三极管、芯片（74HC245、74HC138、74HC08、74HC32、74HC573、74HC273、AT89C51、74HC14）、电阻、电容、三端稳压、晶振、发光二极管、排线、接插件。2、 数码管动态显示、静态显示（1）、实验概述：通过宏汇编指令、TC 2.0指令或者MCS-51指令，来控制目标板，使其实现如下功能： 数码管静态显示：显示出一组数字或一些词语或作为带时、分、秒的时钟与秒表。 数码管动态显示：显示出一组数字或一些词语或作广告灯显示广告语（2）、实验目的： 了解数码管的工作特性。 掌握数码管（八段、十七段）的工作方式与控制方式。 数码管动态显示、静态显示。 如何插入一些广告语或者产生广告效应。 随着键入的数字，并相应的显示出来。 当单片机作CPU时，如何来实现上述功能。（3）、实验方案： 设计出一块通用的ISA板卡，该板卡插在计算机扩展槽内，不仅可以与计算机通信，而且也与目标板通信。板卡的输出做成标准的接口，通过排线可与其他目标板相联，这样具有通用性，可以降低成本，节约实验经费。 目标板具有数码管以及控制芯片。做成具有SMT技术的双面印制板，不仅外表美观，而且成本较低。 在同一块目标板上，把单片机作CPU的电路也考虑进去。目标板一旦与通用的ISA板卡相联，计算机可以控制。当独立工作模式时，也可由单片机来读写操作。这样有助于提高学生的动手能力。 实验结果有两种检测方式：（1）可以通过数码管或发光二极管显示，直观、快捷；（2）可以借助于示波器等检测设备，精确、明了。（4）、实验器件：拨动开关、数码管、三极管、芯片（74HC245、74HC138、74HC08、74HC32、74HC573、74HC273、AT89C51、74HC14）、电阻、电容、三端稳压、晶振、发光二极管、排线、接插件。3、十字路口交通灯管理（1）、实验概述：通过宏汇编指令、TC 2.0指令或者MCS-51指令，来控制目标板，使其实现如下功能： 东、西、南、北每个方向各有三个拨动开关，依次代表向左转、直行、向右转三个方向的汽车，每辆车对应着一个发光二极管。每个方向有红灯、绿灯指示车辆按交通规则行驶，若有违章，其所对应的灯亮，并发警告、显示出违章车辆。 检测拨动开关。 发警告、违章车通过数码管显示出来。（2）、实验目的： 如何有效地分配拨动开关、系统化地管理交通。 数码管显示。 当单片机作CPU时，如何来实现上述功能。（3）、实验方案： 设计出一块通用的ISA板卡，该板卡插在计算机扩展槽内，不仅可以与计算机通信，而且也与目标板通信。板卡的输出做成标准的接口，通过排线可与其他目标板相联，这样具有通用性，可以降低成本，节约实验经费。 目标板具有常用的逻辑器件，以实现常用的逻辑功能。做成具有SMT技术的双面印制板，不仅外表美观，而且成本较低。 在同一块目标板上，把单片机作CPU的电路也考虑进去。目标板一旦与通用的ISA板卡相联，计算机可以控制。当独立工作模式时，也可由单片机来读写操作。这样有助于提高学生的动手能力。 实验结果有两种检测方式：（1）可以通过数码管或发光二极管显示，直观、快捷；（2）可以借助于示波器等检测设备，精确、明了。（4）、实验器件：拨动开关、数码管、三极管、芯片（74HC245、74HC138、74HC08、74HC32、74HC573、74HC273、AT89C51、74HC14）、电阻、电容、三端稳压、晶振、发光二极管、排线、接插件。4、 I2C、SPI串行总线（1）、实验概述：通过MCS-51指令，来控制目标板，使其实现如下功能： 通过I2C总线的读写操作，把数据保存在非易失芯片中。 通过SPI总线的读写操作，把数据保存在非易失芯片中。（2）、实验目的： 看懂时序图，并根据已给出的时序进行读写操作。 根据I2C总线的读写操作时序，把数据保存在非易失芯片中。 根据SPI总线的读写操作时序，把数据保存在非易失芯片中。 单片机如何来产生所需的时序。（3）、实验方案： 目标板上具有I2C、SPI串行总线的器件，以实现读写操作功能。做成具有SMT技术的双面印制板，不仅外表美观，而且成本较低。 在同一块目标板上，把单片机作CPU的电路与I2C、SPI串行总线的芯片一起考虑进去。这样有助于提高学生的电路设计能力。 实验结果有两种检测方式：（1）可以通过数码管或发光二极管显示，直观、快捷；（2）可以借助于示波器等检测设备，精确、明了。（4）、实验器件：AT24C04、X5045、数码管、三极管、芯片（74HC245、74HC138、74HC08、74HC32、74HC273、AT89C51、74HC14）、电阻、电容、三端稳压、晶振、发光二极管、排线、接插件。5、 并口、串口扩展（1）、实验概述：通过宏汇编指令、TC 2.0指令或者MCS-51指令，来控制目标板，使其实现如下功能： 运用8255并口扩展芯片，完成一些控制实验。 运用8253芯片，产生占空比可调节的波形或完成定时功能。 运用74HC164、74HC165串口扩展芯片，完成控制发光二极管熄灭、按键检测等实验。（2）、实验目的： 了解并掌握8255的读写控制方式字，进行口扩展。 了解并掌握74HC164、74HC165的读写控制方式字，进行串口扩展。 了解并掌握8253的工作方式，产生所需的波形。（3）、实验方案： 目标板上具有8255、8253、74HC164、74HC165器件，以实现读写操作功能。做成具有SMT技术的双面印制板，不仅外表美观，而且成本较低。 在同一块目标板上，把单片机作CPU的电路与8255、8253、74HC164、74HC165芯片一起考虑进去。这样有助于提高学生的电路设计能力。 实验结果有两种检测方式：（1）可以通过数码管或发光二极管显示，直观、快捷；（2）可以借助于示波器等检测设备，精确、明了。（4）、实验器件：数码管、三极管、芯片（74HC245、74HC138、74HC08、74HC32、74HC273、AT89C51、74HC14、8255、8253、74HC164、74HC165）、电阻、电容、三端稳压、晶振、发光二极管、排线、接插件。备注：1、 所需工具及数量： 三用表（6）、烙铁(12)、数字式游标卡尺(2)、小改刀(12)、镊子(12)、启拔器(3)、焊锡丝(2)、斜口钳（6）、尖嘴钳（6）2、 所需仪器及数量： +12V直流稳压源(3)、51单片机仿真器(2)、吸锡枪(1)、586或PII 计算机(6)、P4计算机(3)、100MHz示波器(1)、编程器(1)、光驱52X(1)、逻辑分析仪（1） B阶段一、 传感器类实验1、数字温度计 （1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 随着外部环境温度的变化，数字温度计的温度也作相应的变化。 可测温度范围-40+85。 温度误差等级可分为0.025、0.0125、0.00625三个等级。 温度变化可通过8位数码管实时显示出来。 可用于空调等其它工业行业。（2）、实验目的： 熟练掌握温度传感器DS18B20的参数指标和应用。 熟练掌握1-WIRE总线的读、写操作。 掌握如何通过软件来改写误差等级。 数码管动态显示。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：通过标准温度计测试室温，看我们的产品与标准的误差是否在我们要求的误差范围内；把探头置于空调内，看空调显示的温度与我们显示的，谁的误差更大。（4）、实验器件：DS18B20、W78E58、MAX7219、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。2、红外线传感器 （1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 当外部物体接近红外传感器时，目标板能很准确的检测出来。 当外部物体穿过红外传感器时，目标板能很准确的检测出来。 可快速地检测外部物体的个数。（2）、实验目的： 熟练掌握透射式红外传感器MOC70T1、反射式红外传感器TCRT5000的参数指标和应用。 熟练掌握红外传感器的外部电路。 掌握如何通过中断来检测信号和实施报警。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：当我们用物体接近或插入红外传感器时，目标板的反应情况。（4）、实验器件：MOC70T1、TCRT5000、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。3、接近（霍尔元件）传感器（1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 当外部物体接近红外传感器时，目标板能很准确的检测出来。 可快速地检测外部脉冲信号的个数。（2）、实验目的： 熟练掌握接近传感器UGN3040的参数指标和应用。 熟练掌握接近传感器的外部电路。 掌握如何通过中断来检测外部脉冲信号和实施报警。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：当我们用物体接近传感器时，目标板的反应情况。（4）、实验器件：UGN3040、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。4、超声波传感器（1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 通过目标板上的分离式超声波传感器，能准确地测量出物体距目标板的距离。 可用于检测液面的高度。（2）、实验目的： 熟练掌握接近分离式超声波传感器的参数指标和应用。 熟练掌握超声波传感器的外部电路。 掌握如何通过通过超声波传感器测量出有效的距离。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：当我们用物体接近传感器时，目标板的反应情况。（4）、实验器件：超声波传感器、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管、MAX7219。5、湿度传感器（1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 目标板能准确的检测出空气中的湿度。 通过数码管显示出来。（2）、实验目的： 熟练掌握湿度传感器HDS-2的参数指标和应用。 熟练掌握湿度传感器的外部电路。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：当我们用目标板检测空气中的湿度，与空调显示的湿度是否一致。（4）、实验器件：HDS-2、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。二、 总线类实验1、RS-232总线（1）、实验概述：通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 目标板通过RS-232总线向主机发送一些数据，看主机接收的数据与我们发送的是否相符。 主机通过RS-232总线向目标板发送一些数据，看目标板接收的数据与主机发送的是否相符。（2）、实验目的： 熟练掌握RS-232总线的协议。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。（4）、实验器件：MAX232、MAX202、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。2、RS-485总线（1）、实验概述：通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 目标板通过RS-485、RS-232总线向主机发送一些数据，看主机接收的数据与我们发送的是否相符。 主机通过RS-232、RS-485总线向目标板发送一些数据，看目标板接收的数据与主机发送的是否相符。（2）、实验目的： 熟练掌握RS-485总线的协议。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 2块目标板可直接通过RS-485总线直接通信。（4）、实验器件：MAX485、MAX202、W78E58、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。三、 A/DC、D/AC实验 1、12-BIT串行、并行ADC实验 （1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现如下功能： 随着外部电压的变化，显示结果也作相应的变化。 可测电压范围05V。 精度误差可为1/4096。 变化结果可通过4位数码管实时显示出来。（2）、实验目的： 熟练掌握12-BIT ADC TLC1543、AD754的参数指标和应用。 熟练掌握4-WIRE总线的读、写操作。 数码管动态显示。（3）、实验方案： 设计一块目标板，以MCU作为CPU，通过编程来实现其功能。 分别用汇编指令、C51指令来实现功能。 实验检测方式：通过三用表测输入电压，可算出对应的12位二进制数，看它们之间的误差。（4）、实验器件：TLC1543、AD754、W78E58、MAX7219、7805、发光二极管、电容、电阻、晶振、数码管。2、8-BIT、10-BIT、12-BIT并行DAC实验 （1）、实验概述： 通过C51或MCS-51指令，来控制目标板，使整个电路能实现