单片机原理微机原理实验系统

一、实验仪系统要求

1、实验系统与微机之间采用USB通信，而不是串口转USB。提供自主版权、通过数字签名的USB驱动；

2、微机原理部分硬件接口支持： USB2.0总线（标配）、8086（标配）、PCI2.2总线（选配）、80386EX（选配），使用软件切换，无需开关，更可靠。USB：由微机CPU执行实验程序,涉及对实验仪操作的指令,微机通过USB高速接口将指令发送给实验仪,实验仪产生时序,读写RAM、I\O接口，将结果通过USB反馈给微机CPU。全面支持80x86实模式和保护模式微机原理及接口技术的实验教学；系统提供了全开放的80x86系统扩展总线，如：数据总线、地址总线、中断请求信号、HOLD/HLDA、读写控制信号、字节使能信号等，全面支持开放式的微机接口技术各项实验。支持8/16/32位存贮器、I/O实验；

3、软件：完全VC++风格，集编辑器、项目管理、启动编译、连接、错误定位、下载、调试于一体；同时支持汇编和C语言两种编程模式。无须点击的感应式鼠标提示功能；支持所有数据类型观察和修改；自动收集变量于变量窗；支持拖拉功能。支持16位、32位汇编程序，支持各种寻址方式。支持实验仪的监控在线更新；支持模拟调试。软件提供一个窗口：显示当前实验程序对应的全局描述符表、页目录表、页表，方便教学；可做全局描述符表、页目录表、页表、逻辑地址转物理地址、物理地址转逻辑地址实验；全局描述符表、页目录表、页表均由Windows XP/ Windows7等操作系统自动产生；

4、多CPU实验仪：主板上有3个CPU区，可插入3个CPU模块或2个CPU模块、1个FPGA模块，可同时工作。CPU模块：8086+USB模块（标配）、MCS51模块（标配）、STM32F407模块（标配）、STM32F103模块、STM32F439模块、STM32F7模块、STM32H7、AVR模块、MSP430模块、C8051F模块、PIC、FreeScale（MC9S08、MC9S12、K60等）模块、80386+USB模块、PCI模块等，均配置仿真器；FPGA模块含USB接口下载仿真器，支持JTAG、AS，可做EDA、SOPC实验。CPU、FPGA模块可以独立使用。学校可自行设计CPU模块；

4-1、STM32F407模块：

MCU：ST公司的Cortex-M4架构的32位RISC ARM处理器STM32F407ZE；Nor Flash：64Mbit；SRAM：256K×16bit（自扫描TFT液晶时，用作存放显示点阵颜色数据）；一个100M/10M以太网接口 (DM9000E)；一个USB2.0（支持HOST、DEVICE）；一个USB转串口；一个Joys支持实验仪的监控在线更新tick五向按键，1个复位按键；四个发光二极管；一个TFT真彩触摸LCD接口，一个触摸屏接口；支持3.5、4.3、7寸等TFT彩屏；缺省配置：含电容触摸屏的4.3寸TFT彩屏；一个标准2.54mm间距JTAG插座(20脚)；CPU的I/O可以全开放；

4-2、提供交通信号灯自动控制模拟指示系统、步进电机控制的水库水位系统、常用信号函数发生器、键盘电子乐器演奏、直流电机转速测量与控制系统、矩阵式键盘数字密码锁设计、温度控制系统设计等课程设计项目，提供对应的上位机软件，上位机软件与实验仪部分同步显示、控制、演示；

5、MCS51部分仿真功能： 1）双CPU仿真； 2）硬件断点功能,断点数目没有限制,不允许修改断点处的机器码。软件断点缺点：修改断点处3个字节机器码，如果断点处是单字节或双字节指令，程序全速或全速断点运行到断点后一条指令（不碰到断点），程序已改变，程序运行肯定出错  3）无限制夭折功能，即使CPU在运行高优先级中断程序，也保证能100%正确停止仿真CPU运行，保证PC指针的正确性；4）不占用CPU的程序空间（提供64K仿真RAM）、数据空间的任一地址  5）不占用CPU串口或P3.4、P3.5管脚，不占用CPU的中断资源；

6、基本功能：（1）微机原理部分传统器件8255、8253、8251、8250、8259、8237，简单I/O口、存贮器部分所有的信号线都由学生自己连接；（2）显示部分：4.3寸TFT液晶（分辨率800×480）、多点触摸电容屏、1602字符型液晶、OLED12864液晶、16X16LED点阵、8位数码管、8个双色LED、2个RGB LED；OV2640摄像头模块，二个CPU区或FPGA都可使用（3）输入、输出：4×4键盘、8个独立按键、8个拨动开关、高速光耦、多个单脉冲、继电器控制、可调电压、电容触摸按键、触摸屏（4）语音：AC97接口、1个立体声耳机插座、1个MIC插座、2个扬声器、2个数字微麦、可调音量电位器、交流蜂鸣器、FM立体声收音机（5）传感器：9轴运动传感器、温度（单总线、I2C总线二种）、温湿度、热敏、光敏传感器；光电开关或霍尔器件（6）AD、DA：串行总线的AD（16位）、DA（12位）；PWM转直流电压电路；并行接口的ADC0809、DAC0832 （7）接口：一个CAN2.0A/B接口；1路USB2.0接口（支持HOST、DEVICE）；一个IrDA红外收发器；1路RS232转USB，适合无串口微机；一个RS232串口，支持RTS/CTS握手信号；一个RS485接口；（8）存贮器：SPI接口EEPROM M25P80；I2C串行EEPROM24C02；SD/MMC卡座；MicroSD座；32K×8SRAM；（9）控制对象：步进电机控制（4相）；PID、PWM方式恒温控制模块；直流电机调速控制，使用光电开关、霍尔器件精确控制电机转速，转速随意设定在3～99转/秒。（10）其它：I2C键盘、数码管控制器ZLG7290；I2C实时钟芯片PCF8563；打印口；1个CR1220电池座；键盘、数码管驱动电路；功率放大；逻辑笔；蜂鸣器；多种频率1Hz-1.8432MHz；（11）带过流过压保护的电源：5v、+12v、-12v。要求集成的芯片资源全开放；

7、超强的扩展功能：可以配置CPU模块（STM32F407、STM32F103、STM32F429、STM32F7、STM32H7、AVR、PIC、MSP430、C8051F、FreeScale（MC9S08、MC9S12、K60等））、FPGA模块（EP4CE6、EP4CE55、MAX10）、通信模块（GPS、GPRS、2.4G无线数据、ZigBee、WiFi、蓝牙模块、北斗、USB1.1、USB2.0、USB主控、CAN 2.0模块、10M以太网模块）、传感器模块（超声波、电流传感器、环境传感器（包括大气压、温度、湿度、紫外线、光照强度等传感器）、PT100温度传感器、温湿度、有害气体、热释红外传感器模块）、其它（非接触式卡、F/V、V/F模块、高速数据采集模块、32位SRAM、32位简单IO模块、RGB LED显示屏）等，便于指导老师开发课程设计题目。

超声波模块要求：使用全封闭、收发一体超声波传感器，40KHZ信号经中周放大到120v左右，送至传感器，传感器接收到回波信号后，通过前置放大、可调增益放大、滤波、包络、微分、过零检测电路后送到CPU。由CPU控制温度补偿。与实际使用电路完全一致；

8、辅助功能：

1）双通道数字存贮虚拟示波器：画面与示波器类似，二个通道，采样率：1M/S；触发极性分上升沿、下降沿；触发通道分A、B二个通道；触发电平-5V～+5V之间；触发方式：自动触发、单次触发、正常触发；二个通道可随意选择垂直位置；10多种电压、时间分辨率选择；二个通道波形可加减；显示每个通道的平均电压、峰峰值、频率。操作类似于泰克示波器；

2）双通道信号发生器：提供1Hz-20KHz的正弦波、方波、三角波，方便AD芯片采样，显示于液晶；

3）100MHz数字频率计；

9、性能可靠、经久耐用：实验仪采用优质香蕉线，插拔容易、手感好、接触性能优，圆孔、连接线镀金厚，接插件全部采购自台资厂，长期使用不变色；自动升级：实验仪的监控程序可以自动升级；

10、提供所有实验完整的C语言和汇编语言例程；实验指导书编写详细、正确；电子版本资料详细；程序库正确、完整，以便于指导老师开发课程设计题目。

二、自检模块

提供“傻瓜式”自检功能，只需几根扁线，集成环境软件可对实验仪的所有模块（包括扩展模块）自动检测，实验现象与做实验效果完全一致；对于有问题的区域，提示有可能有问题的芯片编号、型号等；可自动演示实验。 共配置 2  片。

三、平台技术要求

实验平台须铝合金型材拼装结构，双层台板设计，外形、颜色、尺寸协调，与实验室的环境、条件相匹配。

1、输入电源：单相三线，交流220V±10%，50HZ；

2、容量：≦1.5KVA；

3、外型参考尺寸：1600×800×1300mm（长X宽X高）；

4、安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜30mA），过载保护；

5、提供10位220V/10A插座，插座带安全门；

6、电源指示灯指示电源状态通断；

7、可选数码仪表指示工位序号：3位0.8寸红色高亮度数码显示；

8、双层设计，上层为隔板，下层为实验台面，隔板下方带LED照明（16W），照明开关独立控制；

9、实验台四只主立柱采用截面尺寸不小于70X70mm工业铝合金型材，型材四角圆弧不小于R15mm，型材表面喷砂氧化处理成本色，型材-导轨符合GB/T6892-2015标准；

10、主立柱连接件需采用高强度铝合金压铸件，表面抛丸后喷塑处理；

11、台面上方适当位置安装电源壳体，壳体需采用工业铝合金型材，型材表面喷砂氧化处理成本色，插座、漏电保护装置、指示仪表均安装在壳体面板上，壳体需拆卸简单、维修方便；

12、台面下方配置钢制双抽屉斗箱一套（左抽屉，右键盘），表面喷塑处理，牢固可靠的固定在方管框架上；

13、台面上方右侧安装铝合金液晶显示器支架一只，固定在主立柱型材的适当位置，（固定19-24寸液晶显示器）；

14、实验台底部右侧位置为金属材质电脑主机托板，表面静电喷塑处理成暖白色；底部左侧位置为金属材质隔板，表面静电喷塑处理成暖白色，用以放置其它实验设备和物品；

15、底部拉杆采用参考尺寸1.5mmX20mmX80mm冷轧电镀锌方钢管制作，表面静电喷塑处理；

16、台面材质采用16mm厚抗贝特板，参考尺寸1600X800mm；

17、台面上方距离450mm处为上层隔板，隔板采用16mm厚抗贝特板，表面颜色选用暖白色，参考尺寸为1600X350mm；

18、主立柱型材头部需采用塑料件封头，底部安装可调高支脚，所有塑料件材质为ABS。