通信怀071单片机硬件实习任务书XXXX0622

1、单片机硬件实习任务书一、课程的性质与目的硬件实习是计算机应用专业最重要的一个实践性内容。 其目的和作用是使学生能将已 学过的模拟电路、数字电路、微机原理与接口技术、 EDA 以及单片机等知识综合运用于电 子系统的设计中， 从而培养学生对电子系统的设计能力， 这是在所有实践性课程中最具活力， 最能培养学生的自主学习、 实践能力， 最能培养学生创新思维的实践课程之一。二、课程的基本要求模拟电路方面： 要求掌握放大器、电压比较器、稳压二极管、 晶体三极管等模拟电路设 计和使用。单片机方面： 要求掌握单片机应用系统的构建和使用， 掌握单片机的编程方法， 调试方 法，特别是用 C51 高级语言编程和调试

2、的方法。三、本次硬件实习开设的设计题目及学时安排1 设计题目 基于 89C2051 绝缘监视器设计2 设计背景工业现场的高压开关柜的动力电缆中有一种是橡胶绝缘铠装（最外层金属网 ）电缆，中间是三相交流电绝缘导线，周围是橡胶绝缘层，如图 1 所示。为了监测橡胶绝缘的绝缘程度，在橡胶 绝缘层中加一个监视线。 所谓绝缘电阻是指最外层金属网和监视线之间的电阻， 正常应在 3K 5K 之间，若 5K ，表示监视线断线，而 3K ，表示监视线与铠装层之间的绝缘橡胶老化，绝缘 电阻下降，应当报警。可见，监视线与铠装层之间等效为一个电阻。绝缘监视器的功能就是监 视橡胶电缆的绝缘电阻，一旦绝缘电阻下降到3K ，

3、或断线，或绝缘电阻超过 5K 就报警。3 设计内容及目标3.1 设计内容（1）根据任务书附录 2给出的绝缘监视器硬件电路原理图，用 Protel 99SE绘制绝缘监视 器原理图和 PCB图。绝缘监视器的外形尺寸为 90 65mm。除外接插座 J1、J2的 PCB 封装要 用户自建库外， 其他元件的 PCB 封装均可以选用 Protel 99SE 现自带的 PCB 封装。J1、J2 的 PCB 封装的焊盘尺寸为： 圆焊盘： 外径：100mil（毫英寸），内径： 60mil（毫英寸）。焊盘间距： 150mil （毫英寸）。（ 2）根据任务书附录 3 给出的绝缘监视器仿真原理图，用 Proteus

4、7.5 电子设计仿真系统 绘制绝缘监视器 Proteus 仿真原理图。（3）在Keil uVision3 开发环境下，设计基于 89C2051的绝缘监视器应用源程序 （后缀为 ,asm 和.c 的源文件），通过编译和调试，产生 .hex 十六进制程序（可在 proteus下控制 51 单片机仿真 模型运行的程序） 。（4）在 Proteus 7.5电子设计仿真环境下，将绝缘监视器的89C2051 单片机.hex文件装载到 89C2051 仿真模型的 Program file 对话框中，仿真运行，利用 Proteus 的示波器模型虚拟显示 绝缘监视器的频率输出是否满足当绝缘电阻值在3K ， 5K

5、之间变化时，输出 200Hz 方波频率；绝缘电阻值 3K 或 5K 时，输出方波 1000Hz 方波频率。（5）在 Medwin 3.9 单片机开发环境下， 用 Insight硬仿真器真实仿真绝缘监视器样机电路 板，仿真运行基于 89C2051 的绝缘监视器应用源程序，绝缘监视器样机电路板的频率输出接真 实示波器。当旋转代表绝缘电阻的电位器时，观察示波器屏幕频率波形是否满足当绝缘电阻值 在3K ，5K之间变化时， 输出 200Hz 方波频率；绝缘电阻值3K 或 5K 时，输出方波 1000Hz方波频率。（ 6）将调试好的基于 89C2051 的绝缘监视器应用源程序烧写到 89C2051 单片机

6、的内嵌 EEPROM 中，插到绝缘监视器样机电路板的 89C2051 的插座上，脱离仿真器上电复位运行。观 察示波器屏幕频率波形是否满足当绝缘电阻值在3K ， 5K之间变化时，输出 200Hz 方波频率；绝缘电阻值 3K 或 5K 时，输出方波 1000Hz 方波频率。3.2 设计目标（1）设计一个绝缘监视器硬件电路， 若监视的绝缘电阻在 3K ，5K之间时，输出频率为 200Hz， 表示绝缘电阻正常；若绝缘电阻 5K 时，输出频率为 1000Hz，表示绝缘电阻异常。（2）当调试完成后，将应用程序通过烧写器烧写到89C2051 的内嵌 EEPROM 中，脱离仿真器，检验绝缘监视器的工作状态是否

7、达到设计指标。4 绝缘监视器工作原理工作原理框图如图 2 所示。被测电阻作为分压的分压电阻，产生分压Vr ，与被测电阻成正比。被测电阻越高， Vr 越大，反之亦然。分压电阻接在电压比较器1 的正相端。而电压比较器1 的反相器接一个稳压基准 VE1 。若 Rx=3k 时，电压比较器 1 输出高 电平，光耦输出保持高电平，不会产生高到低的 INT0/ 信号。若 Rx=3K ，且 Rx=5K 时， VRVE2 ，电压比较器 2 输出翻转至高电平，通过光耦 2 产生高到低的下降沿，产生 INT1/中断请求，单片机响应 INT1/ 中断，利用 P1.3输出 1000Hz 方波，表示绝缘电 阻异常！由此可

8、见，利用电压比较器正、反相两端输入电压比较，产生电压比较器输出电平翻转的 特性，将被测电阻的两个阈值 3K和 5K 通过分压器， 分别产生电压比较器 1和电压比较器 2的 两个翻转阈值电压 VE1 和 VE2。当 Rx5K 时，使电压比较器 2 输出电平从低到高有效翻转。绝缘监视器的输入为电阻，输出为 频率。该传感器将绝缘电阻转换为频率供给数集采集系统采集处理，对橡胶电缆的绝缘电阻故 障发出报警信号或直接跳闸供电开关实施保护，提醒现场工作人员更换电缆，否则电缆绝缘电 阻故障带电传送电能，可能造成电路短路等电力故障发生。作为单片机 INT0/ 和 INT1/ 的下降这两种有效翻转电平通过光耦极产

9、生高到低的下降沿，沿触发中断请求。特点与选择依据 本硬件实习包括两种实验方案：一种为 A/D 转换器来测量电阻值方案，另一种为利用电压 比较器来测量电阻阈值方案。两种实验方案的比较如表1 所示。可见，应选用利用电压比较器来测量电阻阈值方案。表1 测试电阻的两种方案比较比较项目A/D 转换器来测量电阻值方案利用电压比较器来测量电阻阈值方案编程难度复杂简单成本较贵较便宜实用性较差较好涉及知识点一般较多四、进度安排第 18 周时间星期一星期二星期三星期四星期五上午上网查找上完成下列模块化设计绝(1) 在 Proteus在 Medwin 单片机开发8：00述下列芯片产PCB 设计：缘监视器 C51 程

10、仿真环境下， 设环境下，硬件调试绝缘11：品手册，获得引(1) 新建绝缘监序：计绝缘监视器监视器的 C51 模块化30脚符号图：视器 PCB 文件，(1)初始化程序仿真原理图。程序。旋转电位器，(1)89C2051 单绘制绝缘监视(2)主程序设计。(2)Keil C51改变绝缘电阻，测试频片机引脚符号器双面板 PCB(3)中断服务程序。与 Proteus 联调。率输出波形，记录试图(2) 看 门 狗 MAX813L 引脚 符号图外形轮廓线和 禁止布线轮廓 线，尺 寸：9065mm(2)将 生 成的 原 理图网络表调 入 PCB 图 (3)布 局 元件 封 装图编译 与调试 C51 程序。观察示

11、波器频 率输出。(3)最终 产生 .hex 文件。验结果。下午(1) 用 Protel 99在布局好绝缘在 Keil C51 开发在 Proteus 仿分组答辩。1：30SE 新建用户原监视器 PCB 图环境下， 编译与调真环境下， 调试5：00理图库文件， 新 建 89C2051 、 MAX813L 符号 元件(2) 新建用户原 理图文件， 绘制 绝缘监视器原 理图。文件元件的基 础上，完成下列 PCB 设计： (1)自动布线 (2)手 工 修改 布 线，完成绝缘监 视器 PCB 设计。试 C51 程序。绝缘监视器仿 真原理图， 改变 电位器阻值， 模 拟绝缘电阻的 变化，观察虚拟 示波器频

12、率输 出。五、实习时间： 2010 年 06 月 28 日到 2010 年 07 月 2 日通信 教研室指导教师 ： 张小鸣 _六、实习报告要求1、打印在 A4 纸上；2、报告装订顺序依次为封面、任务书、目录、正文四部分(总页数不少于10 页)；3、目录单独成一页； (用 word 自动生成)4、正文部分要有页面页脚；5、正文从第一页计起；正文中各内容层次依次如： 几章、第几节字样；6、正文中应包括以下内容： 前言；1 1.1 1.1.1 的格式 , 不允许写成第 课题设计 结论参考文献注：以上具体格式见附录七、实验成绩的考核与评定办法采取平时考核与调试考核相结合的办法。 平时考核包括准备情况

13、、 出勤情况等； 调试考核包括调试结果验收和实习报告等。注：封面样张）学号：常州大学硬件实习报告题 目：学 生：学院（系：） 专 业 班 级：指导教师：（注：正文内容安排）1、前言1.1 课题的背景、目的和意义1.2 课题的现状与发展趋势1.3 课题欲解决哪一方面的问题2、课题设计2.1 方案的原理、特点与选择依据2.2 系统详细设计（系统硬件设计和系统软件设计。 要求用 Protel 绘制硬件电路原理图、 画出程 序流程图及写出程序清单、对开发关键技术要加以分析说明）3、结论（对运行情况所作的分析以及设计、 调试过程中遇到的问题和解决的办法及 对该设计的展望）参考文献（居中，宋体，小四，加粗

14、）2.0Coat附录 1（具体格式）：一、总体要求：1、纸型： A4 ；2、页面设置：左、右、下边距为 2.5 厘米，上边距为 2.8 厘米，页眉和页脚均为 厘米；3、行间距：固定值 18 磅，段前距和段后距均为 0 磅；4、西文、数字等符号均采用 Times New Roman 字体。二、正文要求： 1、标题（宋体 四号 粗体） 1.1 标题（宋体 粗体 小四号） 标题（宋体 粗体 小四号） （ 1）标题（宋体 粗体 小四号）标题（宋体 粗体 小四号）内容（宋体 小四号）参考文献（宋体 小四号 粗体 居中）内容 : （楷体 GB2312 小四号）：三、参考文献要求：1、引用文献必须注明出处，

15、 参考文献只选主要的， 并放在文末。2、标注采用顺序编码制，按文中出现的先后顺序编号。 例：引用一篇文献资料： 1 ； 引用两篇或两篇以上文献资料：4 ，5； 6-9；3、具体举例（1）期刊序号作者 .文献题名 J.刊名，年，卷（期） ：起止页码1王英杰，高益民 .高等教育的国际化 J.清华大学教育研究， 2000，（2）： 13-162Hoy K L.Effect of Reaction Pathway on Emulsion Polymer StructureJ.J Technol,1979,51（651）:27-41（2）论著序号作者.文献题名 M. 出版地：出版者，出版年 .起止页码1 毛利锐，沈灌群 .中国教育通史 M. 济南：山东教育出版社， 1988.20-222Borko H,Bernier C L.Indexing concepts and methods.New York:Academic Pr,1978.261-263（ 3）学位论文序号作者.