【浙江师范大学】C8051F高级单片机实验教学系统

【浙江师范大学】C8051F高级单片机实验教学系统

　　功能/作用介绍：

　　《单片机原理与接口技术》是各高校电子信息工程、通信工程、计算机、光信息科学与技术、物理学等工科类专业核心课程之一，8051内核一直是该课程的经典单片机教学模型，有着丰富的教学资源、丰富的工程应用以及应用群体。然而随着科学技术的迅猛发展，传统8051单片机在内存容量、处理速度、片上资源、扩展性能等方面均显得力不从心，无法满足高端产品开发需要。因此，传统8051单片机教学受到了挑战，主要表现在：

　　1.难以开展综合性实验训练，只能完成简单的原理性实验;

　　2.价格昂贵，一般只存放在实验室，学生能接触到实验箱的次数和时间有限，从而不能深入掌握单片机原理及应用;

　　3.和高性能模拟技术相结合的综合实验非常缺乏，同时无法开展新技术实验，如物联网技术;

　　4.体积大且笨重，教师无法在课堂上进行演示;

　　本作品以浙江省精品课程《单片机原理与应用》、省级实验教学示范中心“电工电子实验教学中心”、“计算机科学实验教学中心”建设项目为依托，开发的高级单片机自制设备项目，选择采用经典8051完全兼容的C8051F单片机，即可让学生轻松掌握经典单片机原理，也可领略单片机高端技术应用，满足一本、二本、三本和高职院校不同层次学生需求。

　　与市面上现有的单片机实验教学设备相比，本作品具备如下主要特色：

　　1.采用“核心板+底板+扩展板”设计，核心板(即单片机型号)可根据需要灵活更换。目前已有的核心板型号有C8051F020/340/120/040/060，及低功耗C8051F930。用户也可以自行设计其它型号的单片机核心板插到此开发板上使用，如8051、AVR、MSP430、Cortex内核单片机等。核心板可单独运行使用;

　　2.具备高性能模拟技术。结合单片机及内带A/D、D/A，可实现程控增益放大电路，宽带压控增益电路，阻容、频率、相位测量等经典的以模拟电路为主的综合性系统实训项目;

　　3.具备物联网相关技术。可在本作品中实现GPRS、RFID、WIFI、2.4GHZ等无线通信，利用GPS/北斗实现位置定位;可配备加速度、超声波、压力、电流、电压、温度、湿度、光照等传感器实现外围信号的检测。通过传感器和相关无线通信，即可实现物联网中的无线节点模块功能;

　　4.硬件资源开放，方便二次开发。系统将地址总线、数据总线、控制总线、单片机所有IO口、模拟端口全部引出，底板各功能模块资源全部开放，主机板留有扩展单元;

　　5.体小质轻，便于教师在课堂上现场演示，也便于学生随时随地使用。

　　“核心板+底板”硬件主要包括：单片机最小系统板;两路标准RS232串行通信接口;外扩32KB高速SRAM;12864、1602、TFT彩色液晶接口电路;SD卡接口;触摸屏;温度采集;485总线;CAN总线;实时时钟; EEPROM存储;步进、直流电机等驱动电路;继电器;FLASH存储;PS2接口;矩阵、中断按键;滤波电路;红外发射、接收电路;LED显示;数码管显示;电压调节;蜂鸣器;总线扩展;点阵屏;555频率、阻容测量电路;以太网电路等。

　　“扩展板”硬件主要包括：高性能模拟技术相关电路模块、各类无线通信模块、各类传感器模块。

　　根据硬件电路模块，相应的软件由基础实验+提高实验+综合设计组成：

　　1.基础实验：IO操作、定时器、中断、数码管、LED、看门狗、FLASH 读写、A/D、D/A、UART、485通信、SPI、PWM、IIC、低功耗模式、实时时钟、液晶显示、按键、电机控制、温度采集、总线扩展、SRAM读写、比较器、红外通信等;

　　2.提高实验：数字电子钟、语音、点阵屏、RC参数测量、频率、相位测量、函数信号发生器、2.4G无线数据通信、传感器数据采集、超声测距等;

　　3.综合设计：以太网、文件系统、数码相框、人机界面GUI、UCOS操作系统、USB、CAN总线、程控增益放大，宽带压控增益放大、GPRS/GSM数据通信、RFID读写、GPS/北斗定位、UCOS操作系统等。

　　本实验教学设备可用于《单片机原理与应用》课程的随课实验、电子竞赛培训、电子系统综合设计、学生开放性实验项目、科技创新、毕业设计。还可用于模拟电路、传感器技术、UCOS操作系统、物联网技术等相关课程的实验教学设备。

　　主要性能及特色：

　　(1)教学性(30 分) ：能够贴近教学实际，应用于课堂演示、实验教学等环节;能够满足本学科专业不同课程的教学要求，对改进教学方法起到促进作用;实验设备有与之配套的实验教材或指导书。

　　1. 满足不同高校层次、不同专业、不同阶段的教学实践要求。作品采用与经典8051完全兼容的C8051F单片机，“核心板+底板+扩展板”的硬件设计方法，可开展基础、提高、综合三大教学实验，从简到难，实验内容覆盖面广;

　　2.体小质轻、USB供电，满足课堂演示，学生随时随地使用需求;

　　3.单片机技术、高性能模拟技术和物联网相关技术相结合，已多年服务于《单片机原理与应用》随课实验、电子竞赛培训、电子系统设计、开放性实验项目、科技创新、毕业设计，还可用于《模拟电路》、《传感器技术》、《UCOS操作系统》、《物联网技术》等相关课程的实验教学;

　　4.省新世纪教改项目“电子系统设计课程群(电子系统设计、单片机原理及应用)实验教学实效性研究”、“以电子设计竞赛为载体，探索大学生创新与实践能力培养新途径”，以及“电子信息类大学生创新与实践能力培养探索与实践”浙江师范大学第六届教学成果奖一等奖均以本设备为载体开展教学、实践活动，对改进教学方法起到极大的促进作用;

　　5. 配备实验指导书、应用笔记、教学视频，代码注释详细、原理讲解清晰;依托省精品课程《单片机原理与应用》网站BBS论坛，开展在线学习交流。

　　(2)科学性(15 分) ：教学仪器设备所示实验内容符合科学原理，体现科学知识和科学过程相统一的原则;有利于学习科学知识，树立科学意识，掌握科学方法和实验操作技能。

　　实验内容分为基础、提高、综合三部分，兼顾入门、提高和综合创新开发，满足不同阶段、层次、专业的教学实践要求。基础、提高部分充分根据单片机自身原理开展，突出基本知识和教学要点;综合性设将模拟技术、无线、传感、物联网新技术相融合，将科研成果转化为设计性实例，拓展相关知识在实际项目中的科学运用。

　　开放式硬件设计，方便二次开发，有利于发挥学生创新精神和实践能力，发挥其实用性、灵活性、可扩展性。

　　(3)创新性(20 分) ：教学仪器设备设计新颖，构思巧妙，体现新的实验活动方式、方法和内容;应用新技术、新材料、新工艺方面有创新和发展;在信息技术与传统实验的整合方面有所创意。国内无同类设备或比同类设备先进、通用性强。

　　1.采用“核心板+底板+扩展板”设计，核心板(单片机最小系统板)可根据需要灵活更换。用户也可以自行设计其它厂家型号的单片机核心板插到此开发板上使用。

　　2.具备高性能模拟技术。可实现程控增益放大电路，宽带压控增益电路等以模拟电路为主的综合性实训项目;

　　3.具备物联网相关技术。可实现多种无线通信、定位、各类信号传感检测，实现物联网中的无线节点功能模块;

　　5. 体小质轻、便于携带，即方便教师在课堂上现场演示，也方便学生随身携带使用;

　　6. 独特LED数码管倒置设计，巧妙实现电子钟中间两个点的秒闪动，温度显示时形成漂亮的“℃”;

　　7. 目前尚无同类设备的报道，仅有芯片厂商推出的简易学习板，功能单一，只适合基础实验;

　　8.单片机核心板、各功能模块均可单独使用，可广泛用于其它开发场合，降低研发成本，缩短产品开发周期。