單片機控制功能實訓(xùn)考核裝置

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一、設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

1.輸入電源：單相AC220V±10%（50Hz）2.輸出電源：DC±12V±5％/1ADC±5V±5％/1ADC24V±5％/1.5A

3.溫度：-10～40℃；環(huán)境濕度：≤90%（25℃）

4.外形尺寸：≥1225mm×690mm×820mm（L×W×H）5.整機功耗：≤0.5kW

6.安全保護措施：具有接地保護、漏電保護功能，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套的高強度安全型試驗導(dǎo)線。二、設(shè)備功能要求：

★1、本設(shè)備必需滿足2023年教育部全國技能大賽中職組單片機控制裝置安裝與調(diào)試項目競賽設(shè)備的要求，投標(biāo)現(xiàn)場需提供最近全國職業(yè)院校技能大賽有效證明文件、備賽指導(dǎo)書及參考題庫，否則不推薦為中標(biāo)候選人。2、該設(shè)備總體結(jié)構(gòu)要求：

本設(shè)備主要包括實訓(xùn)桌（實訓(xùn)桌和上課用桌二合一設(shè)計）、電腦推車，主機模塊、電源模塊、仿真器模塊、顯示模塊、指令模塊、AD\\DA模塊、交直流電機控制模塊、步進電機控制模塊、傳感器配接模塊、擴展模塊、溫度傳感器模塊、串并轉(zhuǎn)換模塊、IIC總線模塊、小車運動模塊、智能物料搬運裝置等組成。各個模塊資源全部開放?？梢宰鲵炞C性試驗，也可以做設(shè)計性試驗。表達了靈活、開放、創(chuàng)新、綜合、跨領(lǐng)域的設(shè)計理念。符合學(xué)生的從基礎(chǔ)到高級，從理論到實踐的學(xué)習(xí)認知曲線。

該設(shè)備采用實訓(xùn)桌加實訓(xùn)模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，互換性強；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)或競賽時可便利的選擇需要的模塊。該設(shè)備的每個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)總線時還可以用杜邦線排線連接。整個連接過程便利快捷。對于具有干擾性質(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。3、本設(shè)備各個功能模塊功能要求（1）主機模塊

單片機采用愛特梅爾的AT89S52。該單片機內(nèi)部設(shè)有256Byte的RAM和8KByte的FLASH、三個16位定時器，兩個數(shù)據(jù)指針，片內(nèi)集成了一個看門狗電路。64KRAM擴展空間、64KROM擴展空間；32個IO口，6個向量中斷源；0~33MHz的工作頻率，三級程序加密功能；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)計有在系統(tǒng)下載設(shè)計接口，通過USB下載器可以便利地進行編程，無需把單片機從電路上取下。

該模塊上還放有串行通信接口，該接口已經(jīng)參與升壓電路，可以直接與計算機通信，飛利浦單片機和宏晶單片機也可以通過此口進行程序下載。復(fù)位電路上加有手動復(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。電源采用漏電保護開關(guān)作為總控制，安全可靠。用船形開關(guān)單獨控制低壓電，市電與低壓電分開控制。該模塊共有三組相互獨立的低壓電源，其中有兩組是正負雙電源輸出。面板上放置了一個AC220輸出插板，可以同時掛接三個儀器儀表。其中每組電源都有保險絲作過載保護。

（3）仿真器模塊

配備有高性能單片機仿真器，可以全功能仿真MCS51系列單片機，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)鍵字提醒，自動完成符號配對等功能。支持64K程序地址斷點、64K源程序有效行斷點和64K臨時斷點，單片機內(nèi)部寄放器狀態(tài)一目了然。主機與計算機采用流行的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，還是到最高級的LCD顯示屏都包含在內(nèi)。具體配置為8位跑馬燈（規(guī)律電平指示）、8位數(shù)碼管動態(tài)顯示、16×32點陣LED屏、1602字符型液晶顯示屏、128×64繪圖液晶顯示屏。單片機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)計人機界面時可以得心應(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，遠程切換強電電路狀態(tài)優(yōu)點，同時它的執(zhí)行元件又是一個線圈，在通電及斷電時會產(chǎn)生電磁干擾。為此繼電器模塊在集成了驅(qū)動電路的基礎(chǔ)上增加了光電隔離措施。該模塊共有6路繼電器，每個繼電器的開關(guān)觸點全部引出，并明確標(biāo)示；每個繼電器還設(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，可以控制交流電機的正反轉(zhuǎn)及中止，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。繼電器觸點容量250V/6A、DC28V/12A（6）指令模塊

指令模塊上放置了單片機常用的輸入元件，其中有8個獨立鍵盤接口，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，從簡單到繁雜的實訓(xùn)要求。假使用戶需要更多的按鍵或需要更為繁雜的設(shè)計，則可以采用該模塊的PS2鍵盤鼠標(biāo)接口進行擴展。

（7）ADC/DAC模塊

ADC/DAC模塊上設(shè)計了兩種轉(zhuǎn)換芯片ADC0809和DAC0832。為了便于調(diào)試程序和硬件，板載了三個功能子模塊：0-5V模擬電壓輸出、8等級LED電平指示器和有源時鐘發(fā)生器。ADC0809試驗時可以用有源時鐘發(fā)生器作為芯片的時鐘，可以用0-5V模擬電壓輸出作為模擬量，用8等級LED電平指示用作模擬量大小的指示；DAC0832試驗時，可以將芯片的輸出接在8等級LED電平指示器上，轉(zhuǎn)換結(jié)果是否正常一目了然。（8）交直流電機控制模塊

該模塊可以完成兩種電機的控制試驗，分別是24V直流減速電機和220V交流減速電機。每種電機的轉(zhuǎn)盤下面放有光電開關(guān)計數(shù)器，可以用單片機感知其位置和轉(zhuǎn)動了多少圈。每個電機控制線路中設(shè)有超程保護輸入端口，在與水平移動裝置組合試驗時可以有效保護電機和機構(gòu)的安全。

（9）步進電機控制模塊

該模塊設(shè)有一只24V兩相步進電機和大功率步進電機驅(qū)動器。模塊改變了電機的軸轉(zhuǎn)式運行方式，采用了一個水平移動機構(gòu)，該機構(gòu)可以把電機的軸轉(zhuǎn)改為水平直線運動，并用鋁直尺的刻度指示。該模塊還可以做閉環(huán)控制的試驗項目，由于在運動機構(gòu)上裝有感知距離的閉環(huán)元件。同時設(shè)計了一個超程保護電路，當(dāng)機構(gòu)走到一個程序不可知狀態(tài)時，可自動關(guān)閉電機電源，避免機構(gòu)超程損壞。直線運動機構(gòu)上帶了左右限位輸出端子，供單片機查詢狀態(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)計的一塊電路單元，該單元共有兩組16路光電隔離IO口，每個光電隔離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）擴展模塊

由于82C55的控制方式仍有學(xué)習(xí)價值，目前在大量教材中仍有它的身影，擴展模塊能滿足試驗的需求；82C55的三個端口全部引出，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試驗功能。（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，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?？梢杂脕碜龊銣乜刂疲瑴乜仄鞯仍囼?。（13）智能物料搬運裝置

主要組成：智能物料搬運機構(gòu)支架；雙軸直線搬運機器人機構(gòu)；接供料機構(gòu)。

主要功能：物料檢測功能；超出最大行程時，具有硬件自動保護功能；具有對物料自動

檢測并智能調(diào)整位置后抓取功能；具有手爪到位檢測、夾緊檢測、復(fù)位檢測功能

裝置特點：配置雙軸機器人作為裝配的執(zhí)行機構(gòu)，具有X軸、Y軸兩個方向的執(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)行器的確鑿定位；超出最大行程時，具有硬件自動保護功能，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)計提供了廣闊的發(fā)揮空間。譬如可以結(jié)合單片機主機模塊，LED/LCD模塊等，完成物料搬運實訓(xùn)，I/O口實訓(xùn)，LED\\LCD點陣模塊試驗等加深學(xué)生對單片機原理地理解。三、設(shè)備實訓(xùn)項目（一）單片機部分1.跑馬燈試驗

2.獨立按鍵輸入試驗3.矩陣鍵盤接口實訓(xùn)

4.光電耦隔離輸入輸出試驗5.金屬檢測實訓(xùn)

6.繼電器隔離控制試驗7.靜態(tài)數(shù)碼管顯示試驗8.動態(tài)數(shù)碼管顯示試驗9.蜂鳴器演奏試驗

10.8255芯片擴展IO口試驗11.液晶顯示模塊控制實訓(xùn)12.點陣LED屏漢字顯示試驗13.AD轉(zhuǎn)換試驗14.DA轉(zhuǎn)換試驗

15.LM35溫度傳感器采集試驗16.IIC總線IC卡存儲試驗

17.EEPROM芯片24系列存儲試驗18.外部中斷光電計數(shù)控制電機實訓(xùn)19.定時器中斷控制電機實訓(xùn)20.開環(huán)步進電機控制實訓(xùn)

21.閉環(huán)交直流電機系統(tǒng)試驗22.閉環(huán)步進電機系統(tǒng)試驗23.恒溫室控制系統(tǒng)試驗24.PS鍵盤通信試驗25.RS232通信試驗

（二）智能物料搬運裝置部分1.傳感器技術(shù)實訓(xùn)

2.直流減速電機應(yīng)用實訓(xùn)3.氣動回路應(yīng)用實訓(xùn)4.絲桿傳動機構(gòu)應(yīng)用實訓(xùn)5.直線運動單元定位控制實訓(xùn)

6.機械故障檢測與排除實訓(xùn)氣動電磁閥的控制試驗四、設(shè)備配置序數(shù)單名稱主要技術(shù)指標(biāo)備注號量位實訓(xùn)桌有兩種方案鋁木結(jié)構(gòu)桌或鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)桌。實訓(xùn)桌具有教學(xué)用桌和試驗用桌的雙重功能。當(dāng)講解理論或?qū)嵱?xùn)項目中的相關(guān)知識時，可以作為課桌；當(dāng)需要進行實際操作時，將臺面開啟，就露出放置在安裝支架上的模塊，在需要的實訓(xùn)模塊間按實訓(xùn)≥要求連接電路，編寫控制1實訓(xùn)桌1張1225mm×690mm×820mm程序，就可以依照設(shè)計的實訓(xùn)項目進行單片機技術(shù)的教學(xué)。實訓(xùn)臺的抽屜柜用于存放實訓(xùn)模塊，抽屜柜與臺面之間布置實訓(xùn)模塊安裝支架，最上一層是工作臺臺面。臺面下方是設(shè)備安裝底板，在底板上安裝單片機控制裝置需要的模塊，連接控制電路，編寫的控制程序。電腦推車為鋁木結(jié)構(gòu)，厚實耐用。顯示器，鍵盤及鼠標(biāo)分三層設(shè)計，不用時鍵盤托板和鼠標(biāo)托板可以折疊收回，便利放電腦推≥21臺置。鍵盤托板與人體坐在車600mm×560mm×1100mm椅子上時彎曲的小臂高度一致，符合人體工程學(xué)，長久使用不宜疲憊。顯示器后設(shè)計有保護網(wǎng)，不會由于不防備造成顯示器摔AT89S52在系統(tǒng)下載設(shè)計3主機模塊RS232串行通信接口1有源蜂鳴器DC±5VDC±12V4電源模塊DC24V15仿真器模塊ME-52HU1落。采用高強度PCB作為載體，正面印有端子符號及放置主要元件，后面進行走線。RS232串行通信塊接口、有源蜂鳴器、在系統(tǒng)下載接口放置在左端，便利右端的電子連線連接。采用高強度PCB作為載體，正面印有端子符號及放置主要元件，后面進行走線。電源開關(guān)全部放在左邊，右邊放置電子插塊座和安全插。每組電源插座上方放置保險絲插座。模塊右下方一個三位插排，可以同時掛接三個儀器儀表。采用高強度PCB作為載體、上面放置高性能仿塊真器，電源接口及USB接口朝下，仿真頭接口朝上。采用高強度PCB作為載體。液晶采用鏤空工藝設(shè)計，美觀大觀。模塊左邊從上往下依次是塊128×64繪圖液晶顯示屏、1602字符型液晶顯示屏、8位跑馬燈。右邊從上往下依次為16×32點陣LED屏、8位數(shù)碼管。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。模塊左塊上方為六路繼電器，右上方為常開常閉觸點引出端子，下方是繼電器控制端及電源端接線端。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。從上往塊下依次為8路8位開關(guān)量輸入、PS2鍵盤接口、8個獨立鍵盤接口、4*4矩形鍵盤接口。塊采用高強度PCB作為8位跑馬燈8位數(shù)碼管動態(tài)顯示6顯示模塊16×32點陣LED屏128×64繪圖液晶顯示屏1602字符型液晶顯示屏6路繼電器（帶驅(qū)動和隔離）7繼電器模塊1繼電器狀態(tài)指示功能1PS2鍵盤接口指令模塊8個獨立鍵盤接口18路8位開關(guān)量輸入4*4矩形鍵盤接口9ADC/DACADC080918

模塊DAC08320-5V模擬電壓輸出8等級LED電平指示有源時鐘發(fā)生器24V直流減速電機220V交流減速電機載體。正面印有端子符號及放置主要元件。從上往下依次為DAC0832、ADC0809、0-5V模擬電壓輸出、8等級LED電平指示、有源時鐘發(fā)生器。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。直流電機與交流電機對應(yīng)按裝，每個電機旁邊安裝一個保護繼電器。每個電機軸上安裝指示轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上打了8個遮光孔，轉(zhuǎn)盤下方是光電計數(shù)器，用來計圈數(shù)。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。在模塊正上方有一個水平移動裝置，可以把電機的軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成水平位移，水平移動裝置兩端分別是步進電機和閉環(huán)元件。在水平移動裝置下方還安裝有兩個左右限位器和左右超限保護元件，這些元件都用輸出端子引出。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。模塊上方有四路傳感器接口，下方是兩組8位光電隔離器，隔離器可以直接與工控傳感器連接。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。模塊正中間為8255芯片，芯片四周為芯片擴展口引出端子。在模塊的下方是一個74LS245芯片，除電源外所示引腳全部引出。采用高強度PCB作為載體。正面印有端子符號及放置主要元件。該裝置主要有一個三自由度機械手和一個接供交直流10電機控制模塊光電開關(guān)計數(shù)輸出1塊步進電機水平移動裝置步進電11機控制