2、电子系统设计工程实训任务指导书

1、电子系统设计工程实训任务指导书二一年二月电子设计工程实训任务指导书是为 EDP-MCU-2000 实验平台编写的实训配 套参考书之一。本任务书编写的目的在于为采用 EDP-MCU-2000 实验平台开展 实践教学或进行电子设计工程师认证培训的有关院校提供一个参考的教学及培 训思路。本实训任务指导书的定位为电子系统设计类实践课程的教学，紧密结合 EDP-MCU-2000 实验箱的资源，以一个个独立又相互关联的系统或者准系统设计 任务为内容， 将相关知识点融合起来， 达到电子工程实训的目的。 实训任务指导 书按照对实验箱的 使 用情况 分 为三个 部分。第一 部分的 实训可以完 全在 EDP-MC

2、U-2000 实验箱上完成，第二部分是需要利用 EDP 实验平台的扩展模块 才能完成的实验任务， 第三部分则是需要学生自己设计制作扩展模块才能完成的 任务。各部分的任务相互独立， 由易到难进行编排， 尽量覆盖当前电子设计中所 遇到的主要知识点。 由于时间原因， 先期编写第一部分的任务， 后续再陆续给出 第二部分和第三部分的参考任务。第一部分包括 9 个实训任务，计划参考培训学时 40学时，每个培训实验 4-6 学时。依据具体情况， 可以集中在一周内完成， 也可以分散在半个学期甚至一个 学期内完成。 每个实验任务的选题既考虑到侧重的知识点， 也同时突出实训任务 的完整性与综合性， 因此需要相关的

3、先修课程如模拟电路、 数字电路、 单片机原 理、 C 语言等做铺垫。在开发工具选择问题上，本任务书中的首选工具是 Keil 和Proteus,不同院系亦可依据自己的实际情况酌情选用。由于时间紧迫， 任务书中出现的不妥之处， 敬请读者批评指正。电子设计工程师认证项目办公室目录任务一 EDP电子工程实训的硬件开发.1任务二 EDP 电子工程实训的软件开发 3任务三字符型LCD接口电路设计及应用5任务四简易数字钟设计 6任务五简易数字电压表设计 9任务六简易温度监控器设计 11任务七简易正弦信号发生器设计 13任务八简易红外数据传输系统设计 15任务九 简易数据采集与传送系统设计 17任务一 EDP

4、电子工程实训的硬件开发1. 任务目的(1) 熟悉 EDP-MCU-2000 实验箱的结构与使用方法；(2) 掌握线性直流稳压电源的设计方法；(3) 熟悉Proteus软件的基本使用方法；(4) 熟悉电子工程实训硬件开发流程与方法。2. 实验内容(1) 下载并运行实验箱测试程序，认知实验箱的主要硬件模块及其功能； 按照实验箱接口要求，设计直流稳压电源电路。采用Proteus软件绘制并仿真其功能；(3) 测试电源模块的功能与指标。3. 实训要求(1) 掌握 MCU 代码的下载过程，了解实验箱电源模块、 MCU 模块、通信及下 载模块、 815扩展模块、 LCD 显示模块、键盘模块、 AD/DA 模

5、块、红外模 块、IIC模块、信号调理模块等十个基本模块的功能及其它们之间的连接关 系。 直流稳压电源设计参数，输入 220V交流市电，输出+5V、+12V和-12V三 路直流电压。要求输出纹波电压不大于 10mV，稳压系数小于0.5%，输出 内阻小于0.1欧。这一部分可在Proteus下完成。(3) 实际测试电源模块的上述 3点参数，并记录测试结果。(4) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 按照实验箱母版接口标准，自己设计电源模块 PCB板并焊接好电路，替换 原有模块。(2) 增加一路 0+10V 连续可调的直流稳压电源电路。5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4 个课

6、内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在一次连续的时间单元内完成。(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。任务二EDP电子工程实训的软件开发1. 任务目的(1) 熟悉 Keil uVision3 集成开发环境的使用方法；(2) 熟悉 8051 最小系统的构成；(3) 掌握 Keil C51 开发流程； 熟悉Keil与Proteus的联合调试方法。2. 实验内容(1) 采用Proteus绘制单片机最小系统；(2) 编写一个简单的 C51 程序，控制 P2.1 端口的输出电平，在 Keil 中完成编译 链接后，在 Keil 中仿真运行并查看其结果；(3)

7、采用Keil和Proteus联合调试的方法开展调试，逐步查看调试过程及其结果； 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，用万用表测量P2.1 口的输出电平。3. 实训要求(1) 掌握 8051 时钟电路与复位电路的设计，熟悉 8051 最小系统的构成，在 Proteus中完成最小系统的绘制；(2) 掌握在 Keil 集成开发环境下开发 C51 程序的一般方法，编写的简单程序能 够在 Keil 中成功编译、链接及模拟仿真与调试；(3) 完成Keil与Proteus的联合调试，记录实验过程；(4) 下载代码到 EDP 实验箱上，测试实际运行结果，并与前两种仿真结果进行 对比

8、；(5) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 请思考如何开展 8051 单片机的系统仿真调试功能；(2) 了解其它 C51 的开发环境与开发工具，并比较各自的异同；(3) 为单片机的复位电路增加看门狗功能，提高系统的稳定性。5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4 个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在一次连续的时间单元内完成。(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。任务三字符型LCD接 口电路设计及应用1. 任务目的(1) 掌握8155并行I/O 口的扩展方法及其使用；(2) 掌握字符型 LCD 的使用；2. 实验内容(1)

9、 显示子系统电路的绘制。采用 Proteus 绘制 8051 的 I/O 扩展电路，并通过8 1 55驱动字符型 LCD；(2) 编写 C51 程序，在 LCD 上显示字符串“ Hello,World ！”；(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果； 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。3. 实训要求(1) 依照EDP实验箱的接口设计，在Proteus中完成8051显示子系统电路模块 的绘制，可以仿真 EDP 实验箱的相应硬件模块；(2) 编写代码能够在 LCD 上显示特定字符串；(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和ED

10、P实验箱上正常运行；(4) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 增加 LCD 字符的现实效果；(2) 如果采用串行通信方式， 如何实现 MCU 与字符型 LCD 接口；(3) 编制显示子程序函数库(二进制) ，供后续实验程序调用5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4 个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在一次连续的时间单元内完成。(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。任务四 简易数字钟设计1. 任务目的(1) 掌握 Keil C51 中断服务程序的编写方法；(2) 掌握 8051 单片机中断及定时器的使用方法；(3) 掌握

11、矩阵键盘的扩展及使用方法；(4) 掌握数字钟的设计方法。2. 实验内容(1) 在任务三电路图的基础上，通过8155扩展一块4X 4矩阵键盘；(2) 用 C51 编写代码，实现一个数字钟的基本功能；(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果； 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。3. 实训要求(1) 依照 EDP 实验箱的接口设计， 在任务三的基础上补充键盘电路模块的绘制， 可以仿真 EDP 实验箱的相应硬件模块；(2) 准确计数，以数字形式在 LCD 上显示时、分、秒的时间。小时计时要求为 “24翻 1”，分和秒的计时要求为 60

12、 进位；(3) 具备校时功能，时、分、秒可以独立校对，校时时计数停止；程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；(5) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 为数字钟增加年月日数字显示功能；(2) 为数字钟增加星期的显示功能；(3) 增加农历的显示功能；(4) 在Proteus中将自己画的4 X 4矩阵键盘封装成一个独立的仿真模块，直接使 用。5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在一次连续的时间单元内完成。(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。任务五 简易数字电压表设计

13、1. 任务目的(1) 熟悉 SPI 接口协议；(2) 掌握 TLC1543 A/D 转换器的工作原理及使用方法；(3) 熟悉掌握 TL431 基准电压源的工作原理；(4) 掌握直流电压表的工作原理与实现方法。2. 实验内容(1) 参考EDP实验箱AD模块电路，在Proteus中采用TLC1543和TL431设计 一个 AD 采样电路；(2) 用 C51 编写代码，实现一个数字式直流电压测量表，将测量到的直流电压 值在 LCD 上显示；(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果； 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。3. 实训要求(

14、1) 依照 EDP 实验箱的接口设计，在任务三、四的基础上补充 AD 采集电路的 绘制，可以仿真 EDP 实验箱的相应硬件模块；(2) 直流电压测量范围为0-5V，测量结果在LCD上用3位数码显示，显示分辨 率为0.01V,测量误差不大于5%+1字；(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；(4) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 增加低频交流电压的测量功能，能在EDP实验箱上实现；(2) 增加电流测量功能，在Proteus中仿真实现。5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4 个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在

15、一次连续的时间单元内完成。(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。任务六 简易温度监控器设计1. 任务目的(1) 熟悉 IIC 接口协议；(2) 掌握典型IIC接口芯片 AT24CXX、PCF8574的使用；(3) 掌握 PTC 热敏电阻测温的工作原理；(4) 掌握温度信号采集及调理电路的设计方法。2. 实验内容(1) 参考EDP实验箱，在Proteus中设计一个模拟温度采集电路，温度采集的模 拟量可以通过任务五的 AD 采集电路模数转换；(2) 参考EDP实验箱，在Proteus中设计基于IIC接口的EEPROM存储电路和 并行扩展 LED 指示灯电路， 用于保存及指示温度等

16、相关信息；(3) 针对 EDP 实验平台，编写 C51 程序，实现环境温度的实时监控；(4) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；(5) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。3. 实训要求(1) Proteus下的硬件设计可以参考 EDP实验箱电路，要求能与之兼容；(2) 实时温度监控要求，每一秒钟采用一次实时温度，温度的监控范围为0-50C, 监控结果在LCD上显示，显示分辨率为0.1C，测量误差不大于0.5 C。监 控器可以预置监控报警温度，报警温度要求也在LCD屏上同时显示。温度升 高达到报警温度后，系统点亮LED灯报警，同

17、时将本次超温报警过程的最高 温度在EEPROI中保存。LCD上能同时显示最近3次高温的记录值。(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；(4) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 如果采用数字温度传感器，如何设计扩展电路及应用编程；(2) 完成一个闭环水温控制系统的设计，如何改进电路及编程应用5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 6 个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在 12 个实验单元时间内完成。(3) 分散教学时， 完成实验后要求写出实验报告， 在下次实验时上交。任务七 简易正弦信号发生器设计1. 任务目的(1

18、) 掌握 DAC 的工作原理及使用方法；(2) 掌握滤波器的计算机辅助设计方法；(3) 掌握 DDS 的工作原理；2. 实验内容(1) 参考EDP实验箱，在Proteus中扩展TLC5615 DAC转换电路；(2) 采用滤波器辅助设计软件， 设计一低通滤波器， 滤除 DAC 输出的高频分量；(3) 采用 DDS 技术，输出常用信号波形；(4) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；(5) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。3. 实训要求(1) Proteus下的硬件设计可以参考 EDP实验箱电路，要求能与之兼容;(2) 低通滤波器

19、只需要在Proteus中实现； 采用DDS技术，输出1Hz1kHz正弦波信号，频率分辨率为1Hz。输出频 率误差小于 1%，频率稳定度小于 0.001；程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；(5) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 实现三角波与方波的输出；(2) 实现任意波形的输出；(3) 提高频率分辨率；(4) 提高频率稳定度。5. 训练过程(1) 课前学生依照任务书自行预习。(2) 4 个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安 排在 1 个实验单元时间内完成。(3) 分散教学时， 完成实验后要求写出实验报告， 在下次实验时上交。任务八 简易红

20、外数据传输系统设计1. 任务目的(1) 熟悉红外通信的工作原理；(2) 掌握红外收发器件的使用方法；2. 实验内容(1) 两台 EDP 实验箱构成一组，一台发射，一台接收，熟悉相应的红外收发电 路模块；(2) 设计简单的通信协议；(3) 编写相应的收发代码，实现数据的红外传输；(4) 将收发代码分别下载到相应的 EDP 实验箱中运行，观察运行结果。3. 实训要求(1) 自定的红外通信协议应简单可靠；(2) 发射机通过键盘输入欲发送的字符串，并在 LCD 上显示；(3) 接收机将接收到的字符串在 LCD 屏上显示；(4) 测试时，依据实际情况，收发实验箱应保持一定的距离；(5) 撰写实验报告。4. 发挥部分(1) 实现两台实验箱