单片机开发综合实验装置_ 创新单片机.EDA综合开发实验仪

 创新单片机.EDA综合开发实验仪

产品简介

创新单片机 EDA 综合开发实验仪是多门课程教学的得力助手，像《MCS-51 单片机原理与接口》《C8051Fxxx 高速 SOC 单片机原理及应用》《单片机控制技术》《自动化控制》《EDA》等课程都能与之完美配套。它在传统实验项目的基础上，还融入了诸如红外线收发、多种总线开发、网络通信等新型实用接口，无论是各类院校的教学实验、课程设计、毕业设计，还是科研、开发工作者的相关工作，都能为其提供良好的实验开发环境。

系统主要特点

• 仿真器外接设计 ：将仿真器与实验系统相互独立，实验系统仅保留仿真器接口，如此一来，仿真器能够单独使用。目前可选配 Keil-c 仿真器 K51U 或 JD-208 等其他型号仿真器。其中 JD-208 是一款高性能 MCS-51 硬件仿真器，它拥有 64K 数据空间、64K 程序空间，且全部开放，不会占用 CPU 资源，采用双 CPU 模式，仿真 CPU 和用户 CPU 独立运行，上位仿真软件还支持汇编、C 语言、PL/M 语言，可在 WIN98/2000/NT/XP 等操作系统平台上运行。

• 可仿真 C8051F 单片机（SOC） ：该实验系统可通过扩展 C8051F020 嵌入式实验开发模块，并配备 EC5 型 USB 高速通讯仿真器，利用 4 脚的 JTAG 接口，可以实现非侵入式、全速的在线系统调试、仿真，其集成开发环境支持 Silicon Labs IDE 和 KEIL C 软件，方便对嵌入式系统 C8051F 单片机（SOC）进行实验与开发。

• 支持 EDA 开发 ：借助选配的 EDA 扩展卡，就能实现 EDA 和单片机的有机结合，二者可分别控制实验电路。

• 实验开放性好 ：实验电路单元尽可能做到独立开放，例如开放式键盘、开放式显示器、开放式串口等，为适应多种实验方式提供了有力支持。

• 便于二次开发 ：主机板上留有系统总线接口，可通过单片机仿真器对用户系统进行调试。

• 在线下载便捷 ：具备在线编程自动识别功能，无需开关切换，也无需编程器，就能直接烧录 AT89S5X 单片机。

• 两种工作方式 ：其一为联 PC 机运行，在与上位软件联机状态下，可实现各种调试和运行操作；其二为脱机运行，系统配备管理监控，在无仿真器状态下，会自动切换到脱机管理状态，用户可以轻松调用 EPROM 中的实验程序来完成实验。

系统组成

• 硬件部分 ：

• 输入 / 输出设备 ：包含 12864 LCD 图文电路（或字符式 1602 LCD）、1616 LED 点阵电路、开关逻辑电平输入 / 输出电路、8MHZ 时钟与分频、单脉冲发生器、ISP 在线下载接口、PWM 电路、射极跟随器等。

• 常用接口芯片 ：涵盖了 8250、8251、8253、8255、8279、0809、0832、74LS273、74LS244、RS232/485、看门狗 MAX813L 等多种型号。

• 控制对象 ：有小型直流电机、步进电机、温度、压力、继电器、电子音响喇叭、IC 卡读写等设备。

• 新型实用接口电路 ：如数字温度 18B20、串行 DA（TL5615）、串行 AD（TL549）、I2C 日历钟（PCF8563）、红外线遥控收发、USB2.0 总线接口 isp1581、CAN 总线控制器 SJA1000、CAN 总线收发器 TJA1050T、网络芯片 RTL8019AS 等。

• 电源部分 ：系统内置了高性能直流稳压电源，为整个实验仪的稳定运行提供可靠的电力保障。

• 机箱部分 ：配备轻便铝合金箱子作为实验仪机箱，外型尺寸为（长 * 宽 * 高）5233.510cm，方便携带和存放。

实验项目

• 软件实验 ：

• 清零程序实验 ：通过编写程序，实现对指定存储区域或数据的清零操作，帮助学生理解程序对硬件状态的改变原理。

• 拆字与拼字程序实验 ：学习对字数据进行拆分和拼接的编程技巧，掌握字与字节之间的转换关系，以及如何通过程序操作来实现数据的不同组织形式，这对于处理一些特殊的数据格式或进行数据加密等操作具有重要意义。

• 数据区传送子程序实验 ：实现将一个数据区的内容完整地传送到另一个数据区，涉及到数据的读取、传输和写入等操作，可加深学生对数据块操作和子程序调用的理解。

• 数据排序实验 ：采用不同的排序算法，对一组数据进行排序操作，让学生对比各种排序算法的优缺点，掌握排序程序的设计和优化方法，培养其算法思维和编程能力。

• 查找相同数据个数实验 ：编写程序在给定的数据区域中查找特定数据出现的次数，锻炼学生对数据搜索和匹配的编程能力，以及对数据统计和分析的初步认识。

• 无符号双字节快速乘法子程序实验 ：实现两个无符号双字节数据的快速乘法运算，了解乘法运算在单片机中的实现方式和优化技巧，提高学生对数学运算在程序中的应用能力。

• 多分支程序实验 ：通过设置不同的条件判断，实现程序的多分支结构，使学生掌握根据不同条件执行不同操作的编程逻辑，增强程序的灵活性和功能性。

• 脉冲计数实验 ：利用单片机的计数功能，对输入的脉冲信号进行计数，并将结果显示出来，让学生熟悉单片机计数器的工作原理和应用，培养其对信号处理和计数统计的能力。

• 电脑时钟实验 ：通过编程实现一个简单的电脑时钟功能，包括时、分、秒的显示和更新，以及可能的日期显示等，提高学生对时间管理程序的设计能力和对显示控制的操作水平。

• 硬件实验 ：

• P1 口亮灯实验 ：控制 P1 口的电平输出，使连接在 P1 口的 LED 灯点亮，初步了解单片机 I/O 口的操作方法和对硬件的控制原理。

• P1 口转弯灯实验 ：在 P1 口亮灯的基础上，模拟汽车转弯灯的闪烁效果，即让 LED 灯按照一定的顺序依次点亮和熄灭，进一步掌握 I/O 口的动态控制和定时操作。

• P3.3 口输入，P1 口输出实验 ：将 P3.3 口作为输入口，接收外部信号，然后根据输入信号控制 P1 口的输出，实现简单的输入输出控制逻辑，加深学生对单片机输入输出关系的理解和应用。

• 工业顺序控制实验 ：模拟工业生产中的顺序控制过程，通过编写程序控制多个执行机构（如电机、电磁阀等）按照预定的顺序进行动作，培养学生的工业控制思维和编程能力，使其了解自动化控制系统的基本原理和实现方法。

• 8255 A、B、C 口输出方波实验 ：使用 8255 芯片的 A、B、C 三个口分别输出不同频率的方波信号，掌握 8255 芯片的初始化配置和输出控制方法，同时了解方波信号在数字电路中的应用，如时钟信号源、信号发生器等。

• 8255 PA 口控制 PB 口实验 ：通过编程使 8255 的 PA 口输出信号控制 PB 口的状态变化，实现两个口之间的联动控制，进一步加深对 8255 芯片功能和操作方式的理解，以及对单片机与外设芯片之间通信和控制的掌握。

• 8255 控制交通灯实验 ：利用 8255 芯片控制模拟交通灯的红、黄、绿灯按照交通规则进行切换，让学生将所学的单片机知识应用到实际的交通控制系统中，提高其对复杂系统的分析和设计能力，同时也增强了对 8255 芯片在实际应用中的灵活运用能力。

• 简单 I/O 扩展实验 ：通过扩展外部的 I/O 端口芯片，增加系统的输入输出能力，使学生了解单片机系统中 I/O 扩展的方法和原理，以及如何与外部设备进行连接和通信，为解决实际项目中 I/O 资源不足的问题提供实践经验。

• 8/12 位 A/D 转换实验 ：使用 A/D 转换芯片（如 0809 等）将模拟信号转换为数字信号，并将转换结果显示在显示器上，掌握 A/D 转换的原理、芯片选型、电路连接以及与单片机的通信编程，使学生能够处理实际应用中的模拟信号采集和转换问题。

• 8/12 位 D/A 转换实验 ：利用 D/A 转换芯片（如 TLC5615 等）将数字信号转换为模拟信号，实现如信号发生器、波形输出等功能，了解 D/A 转换的工作原理和应用场景，以及如何通过单片机控制 D/A 转换芯片输出精确的模拟信号。

• 8279 键盘显示实验 ：基于 8279 芯片实现键盘输入和显示输出的功能，学习 8279 芯片的工作模式配置、扫描键盘输入以及驱动显示器显示的编程方法，提高学生对人机交互界面设计和实现的能力。

• 通用打印机实验 ：通过单片机控制通用打印机进行打印操作，掌握打印机的接口协议、数据传输格式以及控制命令的发送，使学生能够实现将单片机采集和处理的数据以纸质形式输出，拓展了单片机系统的外设应用范围。

• 微型打印机打印字符、曲线、汉字实验 ：进一步深入对微型打印机的控制，不仅能够打印简单的字符，还能实现曲线绘制和汉字打印，这涉及到对打印机的更精细控制和对不同类型数据的处理与传输，培养学生的编程技巧和对复杂打印任务的实现能力。

• 日历时钟 DS12887 控制实验 ：对 DS12887 日历时钟芯片进行读写操作，实现时钟的初始化设置、时间的读取和更新等功能，让学生了解实时时钟芯片的工作原理和在单片机系统中的应用，为需要时间管理功能的项目提供技术支持。

• I2C 储存卡读写实验 ：通过 I2C 总线与储存卡进行通信，完成数据的读写操作，掌握 I2C 总线协议、设备寻址、数据传输格式以及文件系统的操作方法，使学生能够利用储存卡进行数据的长期保存和读取，扩展了单片机系统的数据存储能力。

• 语音芯片 ISD1420 控制实验（录音） ：使用 ISD1420 语音芯片实现语音信号的录制功能，了解语音芯片的工作原理、录音启动和停止控制、语音数据的存储方式等，为学生在语音识别、语音播报等语音应用领域奠定基础。

• 语音芯片 ISD1420 控制实验（放音） ：在录音的基础上，控制 ISD1420 语音芯片播放已录制的语音内容，掌握放音的触发条件、语音数据的读取和发送给扬声器等操作，进一步完善学生对语音芯片应用的开发能力。

• 继电器控制实验 ：通过单片机控制继电器的通断，实现对较大功率设备的开关控制，学习继电器的工作原理、驱动电路设计以及与单片机的接口连接方法，让学生了解如何在单片机系统中实现对外部设备的电力控制，拓宽其在自动化控制系统中的应用视野。

• 步进电机控制实验 ：编写程序控制步进电机的转动方向、速度和角度，掌握步进电机的工作原理、驱动方式、脉冲信号的生成与控制，以及如何根据实际需求设计合理的电机控制策略，培养学生的机电一体化设计和实现能力。

• 8253 方波实验 ：使用 8253 芯片产生方波信号，学习 8253 芯片的工作模式配置、计数初值设置以及方波信号的频率和占空比控制，了解 8253 芯片在信号发生方面的应用，为需要精确时钟信号或方波信号的项目提供解决方案。

• 小直流电机调速实验 ：通过改变施加在小直流电机上的电压或电流来实现电机的调速控制，掌握直流电机的调速原理、PWM 调速技术以及相关驱动电路的设计与实现，让学生能够根据实际应用场景对电机的速度进行精确调节，提高其在电机控制方面的实践能力。

• 16*16 LED 点阵显示实验 ：控制 16*16 的 LED 点阵屏显示各种图案、文字和动画效果，学习 LED 点阵的驱动原理、显示缓存的使用、点阵字模的制作以及动态显示控制技术，培养学生的图像处理和显示控制能力，同时也增强了其对复杂显示设备的编程技巧。

• 128*64 LCD 液晶显示实验 ：利用 128*64 LCD 液晶显示屏实现更加丰富和清晰的信息显示，包括字符、图形、图像等，掌握 LCD 液晶屏的工作原理、显示模式设置、字符生成和图形绘制等编程方法，使学生能够为单片机系统设计更加直观和友好的人机交互界面。

• 8250 可编程异步通讯接口实验（自发自收） ：通过配置 8250 芯片实现单片机的异步串行通信功能，完成数据的自发自收操作，学习 8250 芯片的初始化设置、波特率配置、发送和接收中断处理等关键技术，为学生在串行通信领域的开发提供实践基础。

• 8251 可编程通讯接口实验（与 PC 机） ：利用 8251 芯片实现单片机与 PC 机之间的串行通信，了解 8251 芯片的工作模式、接口协议以及与 PC 机的连接方法，掌握在单片机与上位机通信过程中数据的格式转换、错误检测与纠正等技术，提高学生的通信程序设计能力和系统集成能力。

• 单片机 RS232/485 串行发送实验（双机通讯） ：采用 RS232/485 串行通信接口，实现两台单片机之间的数据发送，学习 RS232/485 通信协议、电气特性、接口电路设计以及双机通信的软件编程方法，包括通信参数的设置、数据帧格式的定义和解析等，让学生能够在实际项目中实现设备之间的串行数据交互。

• 单片机 RS232/485 串行接收实验（双机通讯） ：与串行发送实验相对应，完成两台单片机之间的数据接收操作，进一步巩固学生对双机通信过程中接收端的编程技巧和数据处理方法，如接收中断处理、数据校验、缓冲区管理等，确保数据能够准确无误地在双机之间传输。

• 温度压力实验 ：通过连接温度传感器和压力传感器，采集环境温度和压力信号，并将采集到的数据进行显示或处理，掌握传感器的基本原理、选型方法、信号调理电路设计以及与单片机的接口技术，使学生具备对物理量进行测量和监控的能力。

• CAN 总线通讯接口实验 ：学习 CAN 总线协议的基本概念和特点，搭建 CAN 总线通信网络，实现单片机节点之间的数据传输和通信，掌握 CAN 控制器（如 SJA1000）和 CAN 收发器（如 TJA1050T）的配置与使用方法，以及 CAN 总线通信的抗干扰措施和容错处理机制，为学生在汽车电子、工业自动化等领域中应用 CAN 总线技术提供实践经验。

• 以太网 TCP/IP 协议接口实验 ：将单片机与以太网进行连接，通过实现 TCP/IP 协议栈，使单片机能够接入互联网并进行数据通信，了解以太网的基本原理、网络协议、socket 编程以及网络设备的配置和管理，培养学生的网络通信开发能力和对物联网技术的理解和应用能力。

• USB2.0 通讯接口实验 ：研究 USB2.0 通讯协议，开发单片机与 USB 设备之间的通信程序，掌握 USB 设备的枚举过程、数据传输模式（控制传输、批量传输、中断传输等）、驱动程序开发以及与上位机的通信接口设计等关键技术，使学生能够为单片机系统增加高速、便捷的 USB 通信功能。

• DS18B20 单总线温度测量实验 ：利用 DS18B20 单总线温度传感器进行温度测量，学习单总线通信协议、传感器的初始化、温度数据的读取和转换方法，以及单总线多点测温系统的构建和地址识别技术，让学生了解单总线技术的优势和应用特点。

• 红外线遥控收发实验 ：实现单片机对红外线遥控信号的接收和发射功能，掌握红外线遥控编码原理、调制解调技术、接收电路和发射电路的设计，以及如何编写程序对遥控信号进行编码、解码和相应的控制操作，为学生在智能家居、家电控制等领域中应用红外线遥控技术提供实践基础。

• TLC549 串行 A/D 转换实验 ：深入学习 TLC549 串行 A/D 转换芯片的性能特点和使用方法，完成模拟信号到数字信号的转换，并将转换结果传输给单片机进行处理和显示，进一步巩固学生对串行通信和 A/D 转换技术的综合应用能力。

• TLC5615 10 位 D/A 串行转换实验 ：通过 TLC5615 芯片实现 10 位精度的 D/A 串行转换，掌握其工作模式、数据格式以及与单片机的通信协议，能够输出精确的模拟信号，如电压、电流等，为学生在信号发生、模拟控制等领域提供更精确的 D/A 转换解决方案。

• I²C 日历时钟实验 ：采用 I²C 总线的日历时钟芯片（如 PCF8563），进行时钟的初始化、时间设置、读取和更新等操作，学习 I²C 总线的通信时序、设备地址分配、数据读写格式以及日历时钟芯片的寄存器配置等知识，使学生能够熟练运用 I²C 总线技术对相关芯片进行控制和数据交互。

• 看门狗实验 ：研究看门狗芯片（如 MAX813L）的工作原理和作用，配置看门狗定时器参数，并编写程序在系统出现异常时通过看门狗复位功能使系统恢复正常运行，掌握看门狗的初始化设置、喂狗操作以及复位后的处理流程，提高学生设计高可靠性嵌入式系统的能力。

• PWM 实验 ：学习 PWM（脉宽调制）技术的基本原理和应用场景，如电机调速、LED 调光等，通过单片机产生不同占空比的 PWM 信号，控制外部设备的工作状态，并掌握 PWM 信号的频率设置、占空比计算和调节方法，以及相关的驱动电路设计，培养学生的模拟控制和信号调节能力。

• 射极跟随器实验 ：搭建射极跟随器电路，研究其电压跟随、电流放大和阻抗匹配等特性，了解射极跟随器在信号传输和放大电路中的应用，通过实验测量和分析其性能指标，如输入输出电阻、电压增益等，加深学生对模拟电子电路的理解和实践能力。

• EDA 扩展卡（isp1032/ep1k30 等）相关实验 ：利用 EDA 扩展卡，开展如数字电路设计、逻辑电路仿真、硬件描述语言编程等实验项目，掌握 EDA 技术的基本概念、开发流程和工具使用方法，使学生能够在电子设计自动化领域进行创新设计和开发，提高其数字系统设计和验证的能力。

C8051F020 单片机主要特点

JD-C8051F 嵌入式仿真系统是专为 C8051F 单片机（SOC）开发的。C8051F 单片机与 MCS-51 指令系统完全兼容，利用该平台，既可以开展传统的 MCS-51 单片机教学，涵盖指令系统、中断系统、I/O 口接口实验、外围逻辑和通信实验等内容，又能讲授片上系统（SOC）的概念、体系结构、设计方法和系统应用等知识，让学生在掌握 C8051F 系列片上系统单片机开发方法的同时，深刻体会到片上系统单片机在设计方法上的创新和高效解决问题的能力。

• 模拟外设丰富 ：

• 逐次逼近型（SAR）12 位 ADC（ADC0） ：具备可编程转换速率，最大可达 100ksps；支持多达 8 个外部输入，可编程为单端输入或差分输入；可编程放大器增益有 16、8、4、2、1、0.5 可选；还配备数据相关窗口中断发生器以及内置温度传感器（±3°C）。

• 8 位 ADC（ADC1） ：可编程转换速率最高为 500ksps，拥有 8 个外部输入，可编程放大器增益包括 4、2、1、0.5。

• 两个 12 位 DAC ：可以同步输出，用于产生无抖动波形。

• 两个模拟比较器 ：具有 16 个可编程回差电压值，可用于产生中断或复位。

• 电压基准 ：提供内部基准（2.4V）和外部基准输入。

• 精确的 VDD 监视器和欠压检测器 ：可通过 MONEN 引脚允许或禁止。

• 片内 JTAG 调试和边界扫描 ：片内调试电路支持全速、非侵入式的在系统调试，具备断点、单步、观察点、堆栈监视器等功能，可观察 / 修改存储器和寄存器，且符合 IEEE1149.1 边界扫描标准。

• 高速 8051 微控制器内核 ：采用流水线指令结构，70% 的指令执行时间为一个或两个系统时钟周期，速度可达 25MIPS（时钟频率为 25MHz 时），拥有 22 个矢量中断源。

• 存储器容量大 ：内部数据 RAM 为 4352 字节（4K + 256），FLASH 存储器为 64K 字节，可在系统编程，扇区大小为 512 字节，外部还具备 64K 字节数据存储器接口，可编程为复用方式或非复用方式。

• 数字外设齐全 ：8 个字节宽的端口 I/O（C8051F020），所有口线均耐 5V 电压；可同时使用的硬件 SMBus（I2CTM 兼容）、SPITM 及两个 UART 串口；可编程的 16 位计数器 / 定时器阵列，配备 5 个捕捉 / 比较模块；5 个通用 16 位计数器 / 定时器；还有专用的看门狗（WDT）定时器。

• 时钟源多样 ：内部可编程振荡器频率范围为 2-16MHz；外部振荡器支持晶体、RC、C 或外部时钟；具备实时时钟（RTC）方式（用定时器 3 或 PCA）。

• 供电与节电性能佳 ：供电电压为（2.7V - 3.6V），典型工作电流为 10mA @ 20MHz，且拥有多种节电休眠和停机方式。