微机原理接口实验系统实验箱_微机原理试验箱

SHKC-M5型多种CPU单片机实验箱

一、概述

基于Keil C单片机系列的新型教学平台，专注于单片机的核心功能应用，全面展现单片机的独特优势。基础功能实验电路采取一体化设计，而创新拓展型实验电路则采用独立模块设计，按需接入主板。这样的设计不仅满足了演示验证性实验的需求，更考虑到了综合设计和创新研究性实验的要求。主板自带CPU编程下载接口，集编程、下载、调试于一体，展现出了极高的灵活性。这款教学平台适合各层次学生深入探索单片机的原理与应用，开展创新实践活动。

二、主要技术亮点

1、国内首款将MCGS工业组态软件应用于单片机控制领域的平台，能够直观、生动地展现实际的自动控制工业场景，使学习更具实践性和直观性。

2、实验主机底板兼容性强，可支持51、AVR、PIC、MSP430、ARM、STM32等多种CPU核心板，实现了对各种CPU芯片的广泛支持，满足了不同用户的需求。出厂时标配STC89C52核心板，方便用户快速上手。

3、功能模块设计独特，各模块之间完全独立，互不干扰。这大大降低了初学者在编程过程中的误区，提高了学习效率。同时，板载的实验硬件资源和接口丰富多样，I/O口全部对外开放，用户既可以使用短路帽进行默认的资源连接，也可以使用杜邦线连接单片机的任意I/O口线，实现电路的灵活搭建。

4、结合本公司精心编写的C语言实验例程，用户能够迅速掌握单片机的原理及其接口技术。同时，这些实验例程也有助于初学者加深对主板硬件电路的理解，提升对硬件电路的熟悉程度。由于各功能模块均为独立设计，因此可以直接使用各种单片机，无需额外投资。

5、在单片机实验中，有些实验需要观察输出信号的波形。为此，本实验箱特别配备了双通道虚拟示波器（实验室如有独立示波器可不用），能够测量各种模拟信号，并保存波形文件和图片文件，方便用户将其插入教学课件中，提升教学效果。

6、硬件配置全面而集成，所有硬件均集成在一个主板上，稳定可靠，操作便捷。这样的设计不仅方便了用户的使用，也方便了实验室的管理和维护。

三、详尽硬件配置解析

1. 实验箱底板配置

（1）单色流水灯组件：配置有8颗高亮绿色LED灯，专为流水灯实验而设，以展现视觉效果的流畅变换。

（2）双色流水灯组合：包含6颗高亮直插LED灯，红黄绿三色可选，适用于模拟交通灯变化情况的实验。

（3）双色LED灯单元：采用红绿双色直插LED灯，适用于简易逻辑笔设计，便于观察逻辑状态变化。

（4）8位数码管模块：配备2个四位一体共阳极数码管及2个74HC595驱动芯片，用于时钟显示实验，实现时间的精确显示。

（5）单位数码管模块：包含1个8段共阳极数码管，尺寸为0.56英寸，用于初步认识数码管的结构与工作原理。

（6）红绿双色点阵显示模块：集成3个74HC595驱动芯片和红绿双色点阵显示屏，用于展示字符和中文的LED显示效果。

（7）LCD1602液晶显示模块：采用标准LCD1602液晶屏接口，配备带背光的LCD1602液晶屏，适用于字符液晶显示实验。

（8）LCD12864液晶显示模块：拥有标准LCD12864液晶屏接口，支持串行和并行液晶屏，用于图像和中文的清晰显示。

（9）OLED显示模块：采用0.96寸OLED液晶屏，分辨率为128*64，适用于学习新型显示器OLED液晶屏的应用。

（10）TFT彩屏模块：支持8位和16位TFT接口，配备触摸屏控制功能，附带背光开关。搭载2.8寸彩屏，具备触屏功能，色彩丰富，适用于多媒体应用。

（11）独立按键组件：配置8个独立按键，带有上拉电阻，便于进行输入控制实验。

（12）4X4矩阵键盘模块：由4行4列组成的矩阵键盘，共16个按键，带有上拉电阻，适用于复杂输入控制场景。

（13）五向摇杆模块：配有一个五向摇杆，支持上、下、左、右、中五个方向的操控，适用于游戏或导航类实验。

（14）蜂鸣器模块：配置无源蜂鸣器，用于发出声音提示或音频实验。

（15）DS1302时钟模块：搭载DS1302芯片，配备后背电池座，实现精确的实时时钟功能。

2. 传感器模块概览

（1）双路DS18B20温度传感模块：配置两路DS18B20温度传感器接口，用于精确测量环境温度。

（2）光敏传感模块：集成LM393比较器，配备可调基准电压、模拟与数字量输出接口，以及LED指示，适用于光敏器件的测试与实验。

（3）火焰传感模块：同样集成LM393比较器，支持火焰传感器的检测，适用于火焰识别与报警等应用实验。

（4）霍尔传感模块：集成LM393比较器，适用于霍尔传感器的检测实验，常用于磁场感应或电机转速测量等场景。

3. 电器控制模块概述

（1）直流电机接口：配备ULN2003驱动芯片，支持一路可调速、可调向的直流电机控制，满足不同动力需求。

（2）步进电机接口：同样采用ULN2003驱动芯片，支持标准5线4相步进电机控制，实现精确的位置与速度控制。

（3）继电器模块：配置两个5V继电器及接线端子，通过ULN2003驱动芯片控制，适用于电路开关或负载控制实验。

4. 数据传输与存储模块介绍

（1）串口通信模块：采用SP3232芯片，支持2路串口通信，具备公母头串口座及状态指示灯，便于与外部设备连接与数据传输。

（2）AT24C02存储模块：搭载AT24C02芯片，实现非易失性数据存储功能，适用于数据保存与读取实验。

（3）模拟量输入模块：提供0V-5V可调输入范围及0R-10K可调电阻值，适用于模拟信号采集与处理实验。

（4）串转并/并转串模块：分别采用74HC164和74HC165芯片，实现串行与并行数据之间的转换，适用于不同数据接口之间的连接与通信。

（5）SD卡模块：配备标准SD卡卡槽，支持SPI控制及4-bit传输模式，便于大容量数据存储与

5. 电源模块部分：

（1）3V3电源电路的核心组件是LM1117-3V3稳压芯片，它确保了电源的稳定输出。

（2）LM1117-1V8稳压芯片则负责1V8电源模块的稳定工作，为设备提供所需的电压。

（3）电源引出部分，我们提供了GND/5V/3V3/1V8四组电源，每组均有6路引出，以满足不同设备的电源需求。

（4）安全保护方面，我们配置了自恢复保险丝，当电流超过300ma时，保险丝会自动断开，保护电路安全。

（5）模块接口方面，我们选用了USB接口，具体为mini USB,A型母头，包含D+和D-两个接口，方便与外部设备连接。

6. 标配的51CPU模块：

（1）我们配置了在线下载的CPU芯片STC89系列，只需1片，即可满足基本的运算需求。

（2）此外，该模块还自带在线下载电路，方便用户进行程序的下载和更新。

7. 虚拟示波器（可选配件）：

（1）该虚拟示波器支持双通道存储，并可切换为单通道以提高采样率，实现真正的高速测量。

（2）它还具备实时X-Y示波器功能，能够实现自动同步显示。

（3）存储功能也十分强大，可以存储、载入和分析历史波形。

（4）输入模拟电压信号幅值可通过软件进行调整，无需进行硬件开关切换，操作便捷。

（5）该示波器还带有幅频/相频特性专用虚拟示波器功能，并且可以保存波形文件和图片文件，方便用户在教学课件中使用。

8. 机箱部分：

（1）我们采用坚固的铝合金框架和厚实的ABS塑料包角，确保机箱的稳固性和耐用性。参考外形尺寸为460×380×120mm，适合各种场合使用。

（2）机箱内部还设有70mm×350mm的零配件存放区，方便用户存放和管理各种零配件。

9. 软件部分：

（1）我们集成了多种单片机兼容的通用KEIL软件环境，支持汇编和C语言的编程、编译、链接以及源程序级调试和在线下载，满足用户多样化的编程需求。

（2）在线下载软件方面，我们提供了STC_ISP_V479软件，方便用户进行程序的在线下载和更新。

（3）此外，我们还配备了MGCS工业组态软件，为用户提供强大的工业组态功能。

（4）为了满足用户的学习和应用需求，我们还提供了C语言编程单片机应用设计例程和MGCS工业组态软件与单片机接口例程，帮助用户更好地掌握相关知识和技能。

四、丰富的实验项目

1. 基础实验项目

1）探索跑马灯与流水灯实验，领略灯光控制的魅力。

2）设计彩色流水灯与交通灯实验，体验色彩与节奏的融合。

3）展示红、绿两种颜色的显示效果，感受色彩的变幻。

4）实施电子钟显示、数码管多位显示以及74HC595驱动实验，探索数字显示的奥秘。

5）进行1位数码管显示实验，熟悉数字显示的基础。

6）双色点阵屏显示实验，实现滚动、静态显示字符与汉字符号的功能。

7）LCD1602液晶屏显示实验，展示字符与数字的显示能力。

8）LCD12864液晶屏显示实验，呈现汉字、字符与数字的丰富内容。

9）OLED显示实验，实现4行汉字显示与图片展示的功能。

10）TFT彩屏图像与文字显示实验，打造人机交互界面的新体验。

11）按键控制与外部中断实验，探究按键操作的响应机制。

12）矩阵键盘实验，应用于控制与教学实验的多样化需求。

13）游戏控制杆实验，实现独立按键等功能的操作体验。

14）音乐播放与报警提示实验，打造声音控制的趣味应用。

15）电子表与万年历实验，探索时间管理与显示的技巧。

2. 传感器实验项目

1）温度测量实验，感知环境温度的变化。

2）光电开关实验，探索光线感应与控制的应用。

3）火灾报警与火焰检测实验，增强安全监控能力。

4）测速与电磁检测实验，研究速度与电磁感应的原理。

3. 电器控制实验项目

1）直流电机调速与调向驱动实验，掌握电机控制的基本方法。

2）步进电机调速、调向与调角度驱动实验，探索步进电机的精准控制。

3）继电器控制实验，学习继电器在电路控制中的应用。

4. 数据传输与存储模块功能实验

1）串口通信与TTL转RS-232实验，实现数据的串行传输。

2）外部存储与IIC总线学习实验，扩展数据存储与访问能力。

3）串行转并行与并行转串行实验，探索数据转换的灵活应用。

4）SD卡读写与文件系统学习实验，掌握存储介质的操作技巧。

5）配合多组485模块进行485通讯实验，实现多设备间的通信协作。

6）发射不同载波频率的红外信号实验，探索红外通信的原理与应用。

7）红外接收解码实验，解析红外信号的控制指令。

8）AD/DA转换实验，实现模拟信号与数字信号之间的转换。

9）8位数据锁存实验，增强CPU与外围模块的驱动与缓冲能力。

10）IO扩展与译码实验，学习IO资源的扩展与译码技术。

5. 工业组态软件MCGS编程实验

6. 工业组态软件MCGS在单片机控制中的应用实验

1）步进电机控制实验_总线控制，实现步进电机的精确控制。

2）直流电机控制实验_总线控制，掌握直流电机的远程操控。

3）工业顺序控制实验_位控制，模拟工业现场的顺序控制逻辑。

4）数据采集实验_总线控制，通过总线实现数据的采集与传输。

5）数字电压表实验，利用单片机制作简易的数字电压表。

6）液体混合控制实验，模拟液体混合过程的自动化控制。

7）交通灯控制实验，设计智能交通灯控制系统。

7. 工业组态软件和微控制器的接口编程实验

五、实验箱配置表