【MCU-IV模塊組合式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱】
功能/作用介紹
簡介
MCU-IV模塊組合式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱是課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過六年多的教學(xué)積累，總結(jié)和綜合實(shí)驗(yàn)效果，吸納國內(nèi)外眾多知名從教人員的建議與經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合大學(xué)生電子設(shè)計競賽的需要，結(jié)合單片機(jī)類產(chǎn)品的研發(fā)過程而研制的具有輔助教學(xué)、實(shí)驗(yàn)研究、綜合應(yīng)用、項(xiàng)目開發(fā)相結(jié)合的模塊組合式實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
一、設(shè)計實(shí)驗(yàn)箱的總體思路
實(shí)驗(yàn)箱的設(shè)計和應(yīng)用強(qiáng)化了單片機(jī)應(yīng)用的擴(kuò)展模式。所開發(fā)的實(shí)驗(yàn)箱采取子板和母板組合式結(jié)構(gòu)。母板作為平臺，各子板規(guī)格尺寸相同功能各異。一塊母板和若干子板可組成多樣化的雙層結(jié)構(gòu)，各子板間也可多層層疊，形成塔狀結(jié)構(gòu)。
設(shè)計的核心思想是核心模塊加擴(kuò)展模塊靈活組成綜合應(yīng)用系統(tǒng)。核心模塊有8位內(nèi)核的51系列單片機(jī)(包含STC89C52子板，和C8051F020子板各一塊)、16位的MSP430系列單片機(jī)、32位的M3系列單片機(jī)，擴(kuò)展模塊有Pulse-Signal子板、16*16LED子板、Traffic lamp子板、EXP-12864B子板、HD7279子板、8155/8255-164/165子板、8237DMA子板和8251子板、8253TIMER子板和8259INT子板、ADC/DAC-8子板、ADC/DAC-12子板、DC-MOTOR子板、E2PROM-RAM子板、EPM7128SLC84-15子板、EXP-74XX子板、Key-Switch-LED子板、STEP-MOTOR 子板、STEP-MOTOR-C子板等26塊子板?？煞奖愕貥?gòu)建應(yīng)用系統(tǒng)，這一基于單片機(jī)核心板擴(kuò)展系統(tǒng)的思路符合單片機(jī)學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，循序漸進(jìn)引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)單片機(jī)項(xiàng)目開發(fā)，更為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
二、實(shí)驗(yàn)箱的功能
實(shí)驗(yàn)箱能夠完成演示實(shí)驗(yàn)、課程配套基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)，及項(xiàng)目化的訓(xùn)練、電子設(shè)計競賽訓(xùn)練等。
1.演示實(shí)驗(yàn)
基于實(shí)驗(yàn)箱子板的演示實(shí)驗(yàn)多達(dá)20多項(xiàng)。單片機(jī)硬件電路設(shè)計實(shí)驗(yàn)從端口實(shí)驗(yàn)開始，舉一反三，如從單燈閃爍，到流水燈，再到交通燈;然后進(jìn)入中斷實(shí)驗(yàn)，也是由單中斷實(shí)驗(yàn)，到兩中斷嵌套實(shí)驗(yàn);再到串口輸入/輸出、單機(jī)/多級通訊實(shí)驗(yàn)，等等。由在子板上實(shí)現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)貫穿于教學(xué)的全過程。
2.課程配套基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)
課程配套基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)30多項(xiàng)，按照教學(xué)內(nèi)容分類管理。要求學(xué)生在某一類中選擇恰當(dāng)?shù)臄?shù)量，要求學(xué)生利用單片機(jī)核心板及擴(kuò)展板完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生之間能夠達(dá)成相互交流、相互促進(jìn)和提高，也增強(qiáng)師生之間的互動，教學(xué)效果良好。
3.綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)箱提供綜合設(shè)計性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目20多項(xiàng)。
4.項(xiàng)目式的訓(xùn)練
為了提升學(xué)生的工程項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)能力，課程組結(jié)合教師的實(shí)戰(zhàn)項(xiàng)目搭建了訓(xùn)練平臺，學(xué)生可以利用實(shí)驗(yàn)箱上的資源完成項(xiàng)目開發(fā)。
實(shí)驗(yàn)箱提供的8位SOC系統(tǒng)級單片機(jī)和16位、32位單片機(jī)核心板，以及12位的ADC和DAC子板，EPM7128SLC84-15 CPLD器件子板等資源，為學(xué)生提供了項(xiàng)目訓(xùn)練高檔次平臺，能夠滿足更精確控制的需要。
目前，為學(xué)生提供的項(xiàng)目有如超聲波測距儀設(shè)計、水溫恒定控制系統(tǒng)、工業(yè)順序控制實(shí)驗(yàn)、無線溫度測量系統(tǒng)設(shè)計、自動切換量程電壓表、指紋識別系統(tǒng)設(shè)計等近10個項(xiàng)目。課程組教師指導(dǎo)特定項(xiàng)目，實(shí)施取得的效果很好。
5.電子設(shè)計競賽
例選了歷年大學(xué)生電子設(shè)計競賽題目中與單片機(jī)控制相關(guān)的題目20多項(xiàng)作為電子設(shè)計競賽預(yù)賽的備選題目，且動態(tài)更新。
如DDS信號發(fā)生器、壓控直流標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器、懸掛運(yùn)動控制系統(tǒng)、電動車蹺蹺板、積分式直流數(shù)字電壓表、運(yùn)水機(jī)器人、聲音導(dǎo)引系統(tǒng)、LED點(diǎn)陣書寫顯示屏、模擬路燈控制系統(tǒng)、水溫控制系統(tǒng)、自動搬運(yùn)機(jī)器人、基于自由擺的平板控制系統(tǒng)、智能小車、電動消防車、炮臺打靶、四旋翼飛行器、金屬物體探測定位器等題目。
在競賽培訓(xùn)期間，為學(xué)生搭建平臺、提供擴(kuò)展模塊，利用歷年相關(guān)題目訓(xùn)練學(xué)生綜合應(yīng)用單片機(jī)的技能。
三、實(shí)驗(yàn)箱的作用
1.專注應(yīng)用為基礎(chǔ)，強(qiáng)化理論與實(shí)踐的一體化教學(xué)
利用學(xué)生人手一套單片機(jī)核心實(shí)驗(yàn)板，課上、課下均可以練習(xí)。學(xué)生人手一塊的單片機(jī)核心板與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)箱上的核心板是一致的。
由于學(xué)生人手一塊單片機(jī)核心實(shí)驗(yàn)板，實(shí)驗(yàn)室可以將實(shí)驗(yàn)箱上的各種模塊出借給需要的學(xué)生使用，同時推動了實(shí)驗(yàn)室開放工作的有序進(jìn)行。
從第一堂課起，通過單片機(jī)應(yīng)用視頻、圖片，及演示實(shí)驗(yàn)等激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的濃厚興趣。改革教學(xué)方式和方法，在機(jī)房上課，演示實(shí)驗(yàn)、模擬仿真、實(shí)時仿真貫穿于理論教學(xué)全過程。增強(qiáng)了師生互動、生生互動的良好氛圍。
使學(xué)生學(xué)習(xí)變枯燥為生動、變生硬為形象，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，營造理論與實(shí)踐一體化教學(xué)模式。
2.融入項(xiàng)目化考核管理
學(xué)生的應(yīng)用能力以最終獨(dú)立完成的、基于單片機(jī)核心板的綜合項(xiàng)目水平來考核。實(shí)驗(yàn)箱提供了較充足的資源，各模塊可以出借給學(xué)生使用。
3.提高了實(shí)驗(yàn)箱及配套資源的利用率
不局限于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師科研、學(xué)生競賽都在利用實(shí)驗(yàn)箱的資源;課程組2008年籌建校級精品課網(wǎng)站，2013年籌建校級網(wǎng)絡(luò)資源共享課網(wǎng)站，網(wǎng)站資源利用率較高。
4.提供開放式的實(shí)驗(yàn)箱硬件資源
用戶可以根據(jù)需要開發(fā)屬于自己的功能模塊，也可以升級實(shí)驗(yàn)箱提供的功能模塊，形成特定子板融于實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)中，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)箱的功能。
實(shí)驗(yàn)箱的成功開發(fā)促進(jìn)了理論與實(shí)踐一體化的教學(xué)模式的應(yīng)用，也提升了實(shí)驗(yàn)室的開放效果。
作品名稱：MCU-IV模塊組合式單片機(jī)實(shí)驗(yàn)箱
完成單位：大慶師范學(xué)院
