高級微處理器集成技術開發實驗平臺

隨著微電子技術和計算機技術的發展，高級微處理器技術和嵌入式電子產品在各行各業得到了廣泛的應用。傳統單片機的單板級（ASIC）技術已不能適應時代發展的需要，面對社會對掌握高級微處理器集成技術復合人才的大量需求，我們研發了“高級微處理器集成技術開發實驗平臺”。它集MCS-51/ MCS-96單片機、Cygnal C8051F嵌入式單片機、INTEL8088微機、ARM9、CPLD/FPGA、模擬EDA等多種技術于一體，提供了優化的軟件和硬件集成資源，適合“單片機原理及接口技術”、“單片機數據通信技術”、“微機原理及其接口技術”、“EDA原理及其應用技術”、“32位嵌入式系統原理與應用”教學實驗大綱的要求，配有豐富的外圍接口電路，提供完善的實驗例程，是各高等院校開展微處理器教學、課程設計、電子設計競賽及科研開發的理想設備。

一、系統特點
    1. MCS-51/MCS-96單片機、INTEL8088微機三合一系統
    三種MCU共用一個仿真系統，均可與PC機通過串行通信連接，實現獨立運行，其中實驗主板包含MC-S51單片機和INTEL8088仿真實驗系統，并可插接MCS-96CPU板來完成MCS-96芯片16位單片機實驗。采用專業仿真機內核，配套友好的菜單窗口化調試軟件，在該調試環境下，具有編輯、匯編、反匯編、連接、單步跟蹤、設置斷點、全速運行等選項。
    2. 單片機網絡接口應用系統
    集成了眾多網絡接口電路，這些網絡接口電路涵蓋了MCU的各個應用領域，并能夠提供用戶領先的應用和設計的方法。使用功能強大的Keil uVision2 集成調試軟件，使用ISP下載編程和仿真。
    3. Cygnal C8051F單片機系統
    為Cygnal公司的高速、高性能混合信號處理C8051F系列單片機，核心模塊選用C8051F020芯片，此芯片為C8051F系列單片機中功能*為齊全的一款。核心模塊采用可插拔結構（可更換其它類型的MCU），所有的引腳用長針、雙排“D”型插座及螺絲孔引出，方便功能擴展。配有專業仿真適配器，配套功能強大的集成調試軟件，具有編輯、編譯、下載、單步、跟蹤、斷點、運行等多種功能。
    4. 數字/模擬EDA系統
    數字EDA系統配有Altera公司（ACEX 1K100低電壓系列）芯片下載板，同時可兼容Lattice、Xilinx兩家公司芯片下載板，適用范圍廣泛。ACEX 1K100內含4992個宏邏輯單元，相當于10萬門，內含嵌入式RAM塊12個，每個RAM塊容量為4Kbit，管腳數達208腳。配套專用下載軟件，可使用原理圖輸入及AHDL、VHDL、Verilog-HDL等硬件描述語言。
模擬EDA系統配有Lattice公司的ispPAC系列器件（共有ispPAC10、ispPAC20、ispPAC80三種）。
配套專用編程下載軟件。
    5. ARM9微處理器系統
    采用三星的S3C2410 ARM9內核芯片，它與ARM7相比，主頻更高，架構更合理，運行各種嵌入式操作系統更加流暢。配套“THUFZ-1型ARM實時在線仿真器”，ARM通過JTAG邊界掃描口來與仿真器連接，不占用任何目標存儲器和目標端口。仿真器支持程序運行、停止、單步、設置斷點；支持讀寫寄存器、存儲器和系統端口；支持復位目標系統并將代碼下載到目標ARM板。
    6. 實驗平臺提供了豐富的硬件接口電路和功能模塊，并提供各種接口電路的應用范例和測試程序以及詳細的應用說明，幫助用戶快速地掌握這些接口的應用方法。
二、技術性能
    1. 輸入電源：單相三線220V±10% 50Hz
    2. 工作環境：溫度-10℃～+40℃ 相對濕度＜85%(25℃) 海拔＜4000m
    3. 絕緣電阻：大于3MΩ
    4. 裝置容量：＜0.8kVA
    5. 外形尺寸：1620mm×805mm×1420mm
    6. 漏電保護：漏電動作電流不大于30mA,動作時間不大于0.1秒
三、系統組成及配置
    實驗裝置由控制屏、實驗桌組成(鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，鋁質面板)。
    （一）控制屏
    1. 直流穩壓電源：+5V（5A）/-5V（1A）/+12V（1A）/-12V（1A）各一組。
    2. 直流數字電壓表：200mV、2V、20V三檔量程，直鍵開關切換，三位半數碼管顯示, 輸入阻抗10MΩ,精度0.5級。
    3. 直流數字毫安表：2mA、20mA、200mA三檔量程，直鍵開關切換，三位半數顯，精度0.5級。
    4. 函數信號發生器：本信號發生器是由單片集成函數信號發生器及外圍電路，數字電壓指示及功率放大電路等組合而成。其輸出頻率范圍為2Hz～2MHz，輸出幅度峰峰值為0～16VP-P。有開關控制。可輸出正弦波、方波、三角波共三種波形，由琴鍵開關切換選擇，輸出頻率分七個頻段選擇，還設有三位LED數碼管顯示其輸出幅度(峰一峰值)。輸出衰減分0dB、20dB、40dB、60dB四檔，由兩個“衰減”按鍵選擇。
    5. 數字頻率計：本頻率計的測量范圍為1Hz至10MHz，六位數碼管顯示，閘門時基1S，靈敏度35mV(1-500kHz)/100mV(500kHz-10MHz)；測頻精度為萬分之二(10MHz)。將頻率計處開關（內測/外測）置于“內測”，即可測量“函數信號發生器”本身的信號輸出頻率。將開關置于“外測”，則頻率計顯示由“輸入”插口輸入的被測信號的頻率。
    6. 實驗平臺由左右兩塊實驗板和各種核心板組成，具體配置如下表

MCU核心板	80C196 CPU板	常用接口芯片電路	擴展輸入74LS244接口
	C8051F CPU板		擴展輸出74LS273接口
	FPGA下載板（Altera ACEX 1K100）		8279與陣列式鍵盤
	模擬EDA下載板PAC10		8255并行擴展接口
	模擬EDA下載板PAC20		8251串行擴展接口
	模擬EDA下載板PAC80		8253計數器擴展接口
	ARM9核心板		8259中斷擴展接口
輸入接口	單脈沖發生		8237DMA
	頻率發生器		日歷時鐘（掉電不丟失）
	多圈電位器分壓（0～5V）		語音芯片（含麥克風，有錄放功能）
	八位邏輯電平輸出（開關）		7279與陣列式鍵盤
輸出接口	八位邏輯電平顯示（LED）	存儲器接口芯片	串行EEPROM（24C0x）接口
	雙色發光二極管顯示（4只）		SRAM62256
	4 位數碼管（串行）靜態顯示		Flash Memory29C040
	8 位數碼管動態顯示		IC卡接口
	8×16雙色LED點陣顯示	常用外設	打印機接口（配有微型打印機）
	128×64點陣圖文液晶顯示		直流電機及驅動（實物、閉環控制）
	繼電器驅動		步進電機及驅動（實物）
	揚聲器驅動		紅外信號收發
數據轉換	并行A/D轉換（ADC0809）接口		溫度傳感器及溫度控制（實物）
	并行D/A轉換（DAC0832）接口	ARM9專用模塊	直流電機與步進電機模塊
	串行A/D轉換（TLC549）接口		3.5英寸TFT真彩液晶（320×240）
	串行D/A轉換（LTC1446）接口		觸摸屏（與液晶屏配套）
	V/F轉換		SD卡接口（SD卡用戶自配）
	F/V轉換		GPRS模塊（選配）
網絡接口模塊	RS-232通信接口		雙聲道音頻輸出
	RS-485通信接口		USB主、從接口
	LIN 總線通信		音頻輸入、麥克風接口
	CAN總線通信		以太網接口
	USB 1.1接口	EDA專用模塊	16位邏輯電平輸入/輸出、數碼管
	USB 2.0接口	EDA專用模塊	PS/2，VGA接口板
	以太網通信接口	仿真器	C8051F單片機仿真適配器
		仿真器	ARM9實時在線仿真器

（二）實驗桌
實驗桌為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，桌面為防火、防水、耐磨高密度板；設有一個大抽屜（帶鎖），用于放置工具及資料，電腦桌聯體設計，造型美觀大方。
四、實驗項目
    (一)MCS-51單片機實驗
    1. I/O口輸入/輸出實驗
    2. 擴展輸入/輸出實驗
    3. 擴展存儲器讀寫實驗
    4. FlashMemory讀寫實驗
    5. 定時/計數器實驗
    6. 8253定時/計數器實驗
    7. 外部中斷實驗
    8. 串轉并與并轉串實驗
    9. 串行靜態數碼顯示實驗
    10. 8255輸入/輸出實驗
    11. 8255控制鍵盤與顯示實驗
    12. 8279控制鍵盤與顯示實驗
    13. 音頻驅動實驗
    14. LED點陣顯示實驗
    15. LCD顯示實驗
    16. 電子鐘實驗
    17. 電子琴實驗
    18. 交通燈控制實驗
    19. 單片機串行口與PC機通信實驗
    20. 8251可編程串行口與PC機通信實驗
    21. 并行A/D轉換實驗
    22. 并行D/A轉換實驗
    23. 串行A/D轉換實驗
    24. 串行D/A轉換實驗
    25. 并行打印機實驗
    26. I2C串行EEPROM讀寫實驗
    27. IC卡讀寫實驗
    28. V/F轉換與F/V轉換實驗
    29. 語音芯片控制實驗
    30. 日歷時鐘芯片控制實驗
    31. 直流電機測速與控制實驗
    32. 步進電機控制實驗
    33. 溫度傳感器與溫度控制實驗
    34. 紅外數據發送與接收實驗
    35. 485通信實驗
    (二)INTEL-8088微機接口實驗
    1. I/O口輸入/輸出實驗
    2. 擴展存儲器讀寫實驗
    3. FlashMemory讀寫實驗
    4. 8255輸入/輸出實驗
    5. 8253定時/計數器實驗
    6. 音頻驅動實驗
    7. 串轉并與并轉串實驗
    8. 串行靜態數碼顯示實驗
    9. 8255控制鍵盤與顯示實驗
    10. 8279控制鍵盤與顯示實驗
    11. 8259A硬件中斷實驗
    12. 8251可編程串行口與PC機通信實驗
    13. 8237A DMA控制實驗
    14. LED點陣顯示實驗
    15. 交通燈控制實驗
    16. 并行打印機實驗
    17. 并行A/D轉換實驗
    18. 并行D/A轉換實驗
    19. 串行A/D轉換實驗
    20. 串行D/A轉換實驗
    21. 語音芯片控制實驗
    22. PWM控制直流電機實驗
    23. 步進電機控制實驗
    24. 溫度傳感器與控制實驗
    (三)MCS-96單片機實驗
    1. I/O口輸入/輸出實驗
    2. 擴展輸入/輸出實驗
    3. 擴展存儲器讀寫實驗
    4. 定時器實驗
    5. 8253定時/計數器實驗
    6. 外部中斷實驗
    7. 音頻驅動實驗
    8. 串行靜態數碼顯示實驗
    9. HSI 測脈沖周期、脈寬實驗
    10. HSO 輸出脈沖實驗
    11. 片內脈沖寬度調制器輸出PWM實驗
    12. 8255輸入、輸出實驗
    13. 8255控制鍵盤與顯示實驗
    14. 8279控制鍵盤與顯示實驗
    15. LED點陣顯示實驗
    16. LCD顯示實驗
    17. 電子鐘實驗
    18. 交通燈控制實驗
    19. 單片機串行口與PC機通信實驗
    20. 并行A/D轉換實驗
    21. 并行D/A轉換實驗
    22. 串行A/D轉換實驗
    23. 串行D/A轉換實驗
    24. 單片機內部A/D轉換實驗
    25. 語音芯片控制實驗
    26. 并行打印機實驗
    27. PWM控制直流電機實驗
    28. 步進電機控制實驗
    29. 溫度傳感器與控制實驗
    (四)C8051F嵌入式單片機實驗
    1. I/O口輸入/輸出實驗
    2. 定時器實驗
    3. 音頻控制實驗
    4. 7279鍵盤顯示實驗
    5. 獨立式鍵盤實驗
    6. LED雙色點陣顯示實驗
    7. 液晶顯示實驗
    8. RS232通信實驗
    9. RS485通信實驗
    10. SRAM外部數據存儲器擴展實驗
    11. SPI串行Flash存儲器數據讀寫實驗
    12. SMbus串行EEPROM數據讀寫實驗
    13. 外部中斷實驗
    14. AD轉換實驗
    15. 片內ADC實驗
    16. DA轉換實驗
    17. 片內DAC實驗
    18. 步進電機驅動實驗
    19. 語音芯片控制實驗
    20. USB從模式和PC機通信實驗
   21. 以太網測控實驗
22. µC/OS-Ⅱ實時操作系統移植實驗
    (五)網絡接口實驗
    1. Keil C51軟件使用
    2. 7279顯示實驗
    3. LIN 總線通信實驗
    4. CAN總線通信
    5. USB 1.1接口實驗
    6. USB 2.0接口實驗
    7. 以太網通信
    (六)數字EDA實驗(FPGA)
    1. 簡單邏輯電路設計與仿真
    2. 譯碼與寄存器電路設計與仿真
    3. 全加器設計、仿真與下載
    4. 分頻電路與12歸1電路設計
    5. 利用硬件描述語言進行數字鐘設計
    6. 動態掃描顯示電路設計
    7. 復雜數字鐘設計與掃描顯示
    8. BCD碼轉換電路設計
    9. 數據采集與顯示電路設計
    10. 八位除法器設計
    11. Moore型狀態機的設計
    12. 4×4陣列式鍵盤掃描顯示設計
    13. LPM使用及8×8乘法器的設計
    14. 利用FPGA實現函數波形發生器
    15. FPGA與計算機雙工通信實驗
    16. FPGA與計算機并行口通信實驗
    17. 樂曲演奏電路設計實驗
    18. 樂曲編輯綜合實驗
    19. VGA顯示設計
    20. 點陣顯示設計與實驗
    21. 液晶顯示設計實驗
    22. PS2接口設計實驗
    23. 信號發生器設計實驗
    24. 任意波形發生器設計實驗
    25. 數字頻率計設計實驗
    (七)模擬EDA實驗
    1. ispPAC10的增益調整方法
    2. ispPAC10在接口及應用
    3. ispPAC10雙二階濾波器的實驗
    4. ispPAC10高精度階梯濾波器的設計
    5. 利用ispPAC10完成電橋測量
    6. 利用ispPAC10實現溫度測量
    7. 利用ispPAC20完成電壓監測
    8. ispPAC20實現信號放大與比較
    9. 利用ispPAC20完成溫度監控
    10. ispPAC80可編程的濾波器設計方法
    11. ispPAC80可編程的低通濾波器設計
    (八)ARM9實驗
    1. AD接口實驗
    2. DA接口實驗
    3. 鍵盤/LED接口實驗
    4. IRDA紅外接口實驗
    5. GSM/GPRS通訊實驗
    6. 嵌入式Linux的開發
    7. 串行接口程序設計
    8. 內核模塊的驅動設計實驗
    9. LCD驅動實驗
    10. 觸摸屏驅動實驗
    11. SD卡讀寫實驗
    12. IIS音頻驅動實驗
    13. USB驅動實驗
    14. BootLoader 編譯及燒錄實驗
    15. Linux內核的移植與編譯實驗
    16. WinCE系統開發實驗

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高級微處理器集成技術開發實驗平臺