YUYJCS-114高級測控系統(tǒng)綜合實驗平臺
一、系統(tǒng)概述
1．本實驗平臺是將計算機技術(shù)、單片機技術(shù)、控制技術(shù)和通信技術(shù)應(yīng)用于傳感器原理和應(yīng)用性實驗的綜合性實驗系統(tǒng)。主要用于各大、中專院校及職業(yè)院校開設(shè)的：傳感器原理與技術(shù)、自動化檢測技術(shù)、非電量檢測技術(shù)、工業(yè)自動化儀表、單片機接口技術(shù)等課程的實驗教學(xué)，也可以作為相關(guān)科研人員的實驗開發(fā)平臺。
實驗系統(tǒng)還適用于大學(xué)生課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、和電子競賽的開發(fā)平臺，體現(xiàn)了靈
活、開放、創(chuàng)新、綜合、跨領(lǐng)域、跨專業(yè)的設(shè)計理念。其功能擴展模塊覆蓋了我個專業(yè)多門課程，適合電子類、通信類、自動化類、計算機類、機電類、測控儀器類等專業(yè)的學(xué)生進行綜合、創(chuàng)新設(shè)計。
系統(tǒng)能完成傳感器與檢測技術(shù)相關(guān)課程實驗的教學(xué)，通過實驗?zāi)苷莆諅鞲衅髟?、信號調(diào)理、信號檢測及對象控制的方法。
二、特點
模塊化設(shè)計：采用標(biāo)準(zhǔn)的模塊化設(shè)計，增強系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性；
產(chǎn)品上部設(shè)計圖,增加了液晶電腦與示波器工具放置位置，便于實驗室的管理與使用。
接近工程：系統(tǒng)上采用了部分工業(yè)型傳感器，即可以用來完成傳感器原理、結(jié)構(gòu)與調(diào)理電路的教學(xué)，也可以用來解決工業(yè)工程和過程中的實際問題；
持續(xù)發(fā)展：結(jié)合MCS-51單片機、嵌入式單片機知識可以將檢測及監(jiān)控系統(tǒng)提高到更高層次。
開放式設(shè)計：系統(tǒng)中的軟、硬件及系統(tǒng)均按照全開發(fā)的思想進行設(shè)計，以便于學(xué)生開展研究型和創(chuàng)新型的實驗，也可以作為二次開發(fā)的實驗平臺。
最小知識單元：每個模塊均可拆分到該知識層次的最小知識單元。
三、技術(shù)性能
輸入電源：單相三線220V±10% 50HZ
工作環(huán)境：溫度-10℃~+50℃ 相對濕度<85%（25℃）海拔<4000m
絕緣電阻：大于3MΩ
裝機容量：小于0.5Kva
外形尺寸：155cm×60cm×140cm，以產(chǎn)品實物為準(zhǔn)
四、裝置的配備
（一）電源系統(tǒng)
1、供電及安全體系：單相三線220V電源輸入，由漏電保護器的控制電源開關(guān)。
2、直流穩(wěn)壓電源：①±5V/1A、±12V/1A、±15V/1A直流穩(wěn)壓電源，均具有短路軟截止自動恢復(fù)保護功能；②0~30V/1A連續(xù)可調(diào)電源，均具有短路軟截止自動恢復(fù)保護功能，帶數(shù)顯電壓表指示；③0~1000mA連續(xù)可調(diào)恒流源、具有開路保護功能，帶數(shù)顯指示功能。
3、功率函數(shù)信號發(fā)生器
頻率范圍：0.2HZ~2MHZ，分七檔
輸出波形：正弦波、三角波、方波、脈沖波、斜波
占空比調(diào)節(jié)：20%~80%
掃頻速率：10MS~5S
輸出電壓幅度：20V
P-P（負(fù)載1 MΩ）、10V
P-P（負(fù)載50Ω）
輸出保護：短路保護，抗輸入電壓±35V（1分鐘）
頻率計：六位LED顯示
外測范圍：0.1HZ~50MHZ
外測靈敏度：100MV
幅度顯示：三位LED
（二）常規(guī)儀表：
1、直流數(shù)字電壓表：范圍0~300V，三位半數(shù)顯，精度0.5級。
2、直流數(shù)字電流表：范圍0~500mA，三位半數(shù)顯，精度0.5級。
3、虛擬示波器：具有數(shù)字存儲示波器（2通道輸入，具有常規(guī)波形測量、非線性測量、頻率特性分析等功能）。
4、低頻函數(shù)信號發(fā)生器：提供正弦波、三角波、方波、拋物波、斜波，輸出頻率范圍0.1HZ~1.5HZ，峰值0~15V可調(diào)。
5、四位數(shù)顯頻率計：測量范圍1~300KHZ。
溫度控制器，加熱源：提供一只XMTD3000溫度控制器，可以顯示設(shè)定溫度和當(dāng)前溫度。
MF500型萬用表
測量范圍：
直流電壓：DCV 2.5/10/50/250/500/2500V
直流電流：DCA 50uA/1/10/100/500mA
交流電壓：ACV 10/50/250/500/2500V
電阻：ΩR×1R×10R×100R×1KR×10KΩ
數(shù)據(jù)采集卡，用于電信號的采集、處理、顯示。
（三）控制器單元掛箱(MCS-51單片機+C8051F020單片機)
掛箱主要用于插接不同的CPU模塊。掛箱上包含了CPU模塊的接口插座和基本實驗電路及系統(tǒng)擴展電路，可單獨完成大部分的基本實驗，掛箱上有三個(40P、40P、20P)扁平電纜接口槽用于和其他掛箱連接。掛箱上的資源如下：
(1)8155接口模塊
(2)8255接口模塊
(3)8279鍵盤顯示接口模塊
(4)8253可編程定時器模塊
(5)MAX813硬件看門狗模塊
(6)I
2C EEROM模塊
(7)8250模塊
(8)8251模塊
(9)AT24C02存儲器模塊
(10)PCF8563日歷時鐘模塊
(11)單次脈沖模塊
(12)93C46串行EEPROM模塊
(13)紅外線收發(fā)模塊
(14)DS18B20數(shù)字溫度傳感器模塊
(15)開關(guān)量輸入模塊
(16)關(guān)量輸出模塊
控制器單元掛箱支持CPU模塊和譯碼模塊：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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51系列CPU模塊（配YUY-3000仿真器） |
支持80C31、80C51，含32K SRAM、64K ROM組成數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 |
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Cygnal51CPU模塊（配YUY-EC5仿真器） |
采用美國Cygnal公司的嵌入式單片機C8051F020芯片，含32K SRAM，組成數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線 |
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譯碼模塊 |
采用LATTICE公司的ispLSI1016E完成整個系統(tǒng)的譯碼工作 |
（四）YUY-100信號轉(zhuǎn)換單元掛箱
掛箱上有三個（40P、40P、20P）扁平電纜接口槽用于和控制器單元掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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8位并行AD模塊 |
由AD0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成8路8位AD。 |
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8位并行DA模塊 |
由兩只DA0832數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成2路8位DA。 |
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12位并行AD模塊 |
由AD574模數(shù)轉(zhuǎn)換電路組成12位AD。 |
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12位并行DA模塊 |
由TLV5613數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成12位DA。 |
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I/O 擴展模塊 |
由兩塊74LS244芯片擴展成16路并行輸入電路。
由兩塊74LS273芯片擴展成16路并行輸出電路。
用74LS164芯片組成串轉(zhuǎn)并輸出電路。
用74LS165芯片組成并轉(zhuǎn)串輸入電路。 |
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轉(zhuǎn)換模塊 |
用LM311實現(xiàn)V/F電路和F/V電路
用TLC549芯片組成串行AD轉(zhuǎn)換電路。
用TLC5615芯片組成串行DA轉(zhuǎn)換電路。 |
（五）YUY-400對象掛箱(一) ：掛箱上有三個（40P、40P、20P）扁平電纜接口槽用于和其他掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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繼電器模塊 |
由兩個5V繼電器、2個12V繼電器和2個24V繼電器組成。 |
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光耦隔離模塊 |
由3個TLP521-4芯片組成12入12出。 |
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LED顯示模塊 |
用16個LED燈組成邏輯電平測試電路 |
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開關(guān)量模塊 |
用16個按鍵組成高低電平輸出電路 |
（六）、YUY-500對象掛箱(二) ：掛箱上有三個（40P、40P、20P）扁平電纜接口槽用于和其他掛箱信號連接。
掛箱支持的模塊：
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模塊名稱 |
功能指標(biāo) |
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IC卡讀寫模塊 |
I2C總線實現(xiàn)IC卡的讀寫及識別 |
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直流電機 |
帶驅(qū)動小直流電機，測速部分由1個霍爾傳感器組成 |
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步進電機 |
采用四相步進電機，帶驅(qū)動電路 |
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交通燈模塊 |
采用16個LED燈和四位數(shù)碼管組成。 |
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語音處理模塊 |
采用1730專用語音芯片組成 |
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PWM調(diào)制模塊 |
由324運放芯片組成,用于小直流電機調(diào)速 |
（七）開閉環(huán)創(chuàng)新實驗單元
USB接口，配套上位機軟件，可完成4層電梯控制，郵件分揀，數(shù)字邏輯分揀，機器人自動掃雷等15個開閉環(huán)控制實驗項目。
（八）ARM單元掛箱
（1）CPU模塊：（三星S3C2410微處理器，ARM9內(nèi)核，可穩(wěn)定運行多種嵌入式實時操作系統(tǒng)。）
內(nèi)存SDRAM：64M。
Flash：8M
標(biāo)準(zhǔn)RS232接口：采用MAX3232專用電平轉(zhuǎn)換芯片。
以太網(wǎng)接口：采用專用的網(wǎng)絡(luò)芯片DM9000和帶有網(wǎng)絡(luò)變壓器的網(wǎng)絡(luò)接口，支持100M以太網(wǎng)。
聲卡：AC97標(biāo)準(zhǔn)UDA1341、音頻輸入、雙聲道m(xù)ic輸出
USB從接口：采用S3C2410自帶的控制器。
USB從接口：采用S3C2410自帶的控制器。
（2）面板包括資源（標(biāo)準(zhǔn)配置）
直流電機、步進電機、LED、8*8LED點陣，4位8段數(shù)碼管，鍵盤單元、A/D轉(zhuǎn)換單元（板載電位器電壓輸入）、D/A轉(zhuǎn)換單元、通用SD卡和SMC卡接口單元、IIS接口、4.3寸 TFT真彩液晶屏，分辨率480*272，帶4線電阻式觸摸屏；JTAG接口（20針標(biāo)準(zhǔn)ARM仿真接口），3個RS232串口，485通信接口，CAN通信接口（帶光電隔離），數(shù)字溫度傳感器LM75，I2C EEPROM 24C16 。
（九）DSP CPU掛箱
（1）主CPU（DICE-5416EVM）模塊：采用TI公司TMS320C5416DSP芯片，該模塊上的資源有。4mbit flash 256k*16bit SRAM 2500 gate CPLD 5416模塊上留有JTAG插口，用戶可以通過仿真器和CCS下載程序和進行實驗；
（2）圖象、語音AD/DA模塊：語音模塊采用TLC320AD50芯片，最高抽樣率為22.05k，圖象采用高速AD（TLC5510）和高速的DA（TLC5602）；同時TLC5510和TLC5602又可做普通的AD、DA
（3）通訊模塊：本系統(tǒng)可做串口、并口實驗，串口實驗：采用熱門器件（MAX3111ECWI）來完成跟計算機的異步通訊，其傳輸速率達230Kbps；并口實驗：利用并口與DSP的HPI直接實現(xiàn)跟計算機數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率達2Mbps；
（4）溫度、 電機控制模塊：電機控制模塊自帶一個閉環(huán)直流電機（12V）和一個步進電機（12V），利用電機控制模塊可做直流電機和步進電機控制方面的實驗，溫度傳感采用流行熱門器件一線集成溫度傳感器（DS18B20），測溫范圍為－55℃－100℃ 精度為9位、12位。
（5）信號源模塊：本模塊提供兩路（1Hz－60KHz）信號源，且正弦波的頻率、幅度均可調(diào)節(jié) ，其中還提供兩路信號的混頻電路，為實時的濾波算法提供了混頻輸入信號；
（6）鍵盤顯示模塊：本模塊有：1、128*64的圖形點陣液晶屏，利用LCD顯示模塊可做各種圖形、實時波形顯示方面的實驗；2、八位數(shù)碼管；3、八個指示燈；4、八個按鍵輸入；為實驗儀提供了基本的輸入、輸出設(shè)備。為二次開發(fā)提供了豐富的人機界面資源；
（7）二次開發(fā)模塊：可擴展雙CPU板（包括2000系列板或5000系列板）ARM板，軟件無線電板，MP3、以太網(wǎng)板等。（選配）
（十）新型傳感器系列配置
光纖壓力傳感器：傳輸型。
扭矩傳感器：靜態(tài)扭矩測量傳感器。
超聲位移傳感器：測量范圍0.10m~4.00m，測量精度1cm.
PSD位移傳感器：PSD位置傳感器
CCD電荷耦合傳感器：線陣CCD傳感器
圓光柵傳感器：增量式光電編碼。
長光柵傳感器：1024線長光柵傳感器。
液位傳感器：擴散硅壓力傳感器液位測量。
流量傳感器：渦輪式流量傳感器。
（十一）運動控制卡
基于PCI總線運動控制卡 , 配套56步進電機與驅(qū)動器
（十二） EDA/FPGA掛箱
該系統(tǒng)采用“主板（基本實驗系統(tǒng)）+適配板（下載板）”的雙板式結(jié)構(gòu)，配置靈活，適配板可選配Altera、Lattice、Xilinx等多家國際著名的PLD公司大部分ISP或現(xiàn)場配置的CPLD/FPGA進行編程下載，包括可對不同工作電壓CPLD/FPGA的編程，且在編程中無須做任何跳線切換即能自動識別主系統(tǒng)上的芯片，安全可靠，適合學(xué)生高密度的實驗操作
五、實驗桌：
鋁木結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，電腦桌連體設(shè)計，造型美觀大方。采用特制模具制作的優(yōu)質(zhì)鋁合金做框架，鋁合金表面經(jīng)氧化處理，經(jīng)久耐用，美觀大方，符合現(xiàn)代審美觀，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，桌子下部配置儲存柜及電腦主機柜。
六、實驗項目
新型傳感器綜合實驗項目：
光纖壓力傳感器壓力測量實驗
靜態(tài)扭矩測量實驗
超聲位移測量實驗
PSD位移傳感器測量實驗
CCD傳感器測徑實驗
圓光柵角位移測量實驗
長光柵線位移測量實驗
開關(guān)量檢測實驗
水箱液位測量實驗
計算機控制實驗
（二）MCS-51單片機實驗項目
軟件部分實驗：
1．清零程序田
2．拆字程序
3．拼字程序
4．?dāng)?shù)據(jù)區(qū)傳送子程序
5．?dāng)?shù)據(jù)排序?qū)嶒?br />
6．查找相同數(shù)據(jù)個數(shù)
7．無符號雙字節(jié)快速乘法子程序
8．多分支程序
9．多分支程序
10．電腦時鐘實驗
硬件部分實驗：
1.P1口亮燈實
2.P1口轉(zhuǎn)彎燈實驗
3.P3.3口輸入，P1口輸出實驗
4.工業(yè)順序控制實驗
5.8255 A、B、C口輸出方波實驗
6.8255 PA口控制PB口
7.8255控制交通燈
8.簡單I/O擴展實驗
9.并行ADC 0809轉(zhuǎn)換實驗
10.并行DAC 0832轉(zhuǎn)換實驗
11.8279鍵盤顯示實驗
12.8253方波實驗
13.DS18B20單總線溫度測量實驗
14.紅外線遙控收發(fā)實驗
15.串行A/D TLC549轉(zhuǎn)換實驗
16.串行10位D/A TLC5615轉(zhuǎn)換實驗
17.PCF8563 I²C日歷時鐘實驗
18.MAX813看門狗實驗
19.AT24C02 I2C總線存儲器讀寫實驗
20.串行存儲芯片93C46讀寫實驗
21.LM331 F/V轉(zhuǎn)換實驗
22.LM331 V/F轉(zhuǎn)換實驗
23.AD574 12位并行模數(shù)轉(zhuǎn)換實驗
24.TLV5613 12位并行數(shù)模轉(zhuǎn)換實驗
（三）嵌入式單片機(C8051F020)實驗
1.數(shù)字I／O口交叉開關(guān)設(shè)置實驗
2.UART串能通訊實驗
3.配置內(nèi)部和外部振蕩器實驗
4.片內(nèi)模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)實驗
5.I／O輸入、輸出實驗
6.片內(nèi)數(shù)模轉(zhuǎn)換(DAC)實驗
7.定時器實驗
8.SRAM外部數(shù)據(jù)存儲器擴展實驗
9.外部中斷實驗
10.SPI串行Flash存儲器數(shù)據(jù)讀寫實驗
11.計數(shù)器實驗
(四)單片機開閉環(huán)創(chuàng)新實驗
1 交通信號燈的自動控制
2 機器人自動掃地雷
3 加工中心刀庫捷徑方向選擇控制
4 驅(qū)動步進電機的控制
5 舞臺藝術(shù)燈飾的控制
6 四層電梯的控制
7 LED數(shù)碼管顯示控制實驗
8 交流電機Y/Δ形起動的控制 |
9 液體混合裝置的自動控制
10 水塔水位自動控制
11 四級傳送帶的模擬運行
12 郵件分揀系統(tǒng)的模擬運行
13 數(shù)字邏輯分析儀實驗
14 溫度壓力實驗
15 連線自動撿測系統(tǒng) |
ARM9實驗項目
基礎(chǔ)實驗：
（1）安裝WINCE并建立開發(fā)環(huán)境
（2）建立并編譯WIN CE平臺
（3）WINDOWS CE的燒寫
（4）定制SDK并建立EVC下的開發(fā)環(huán)境
（5）定制增強型內(nèi)核
（6）建立宿主機與實驗箱的連接
（7）繼電器實驗
（8）蜂鳴器實驗
（9）DIP實驗
（10）IIC總線—溫度實驗
（11）IIC總線—EEPROM實驗
（12）IIC總線—DA實驗
（13）EXTKEY中斷程序
（14）GPIO LED實驗
（15）LED點陣實驗
（16）EVC下的HELLO WORLD實驗
（17）液晶屏壞點測試程序
（18）錄音機測試程序
（19）簡單聊天室程序（CE版）
（20）視頻點播VOD實驗
（21）CEPLAYER播放器實驗
（22）串口通訊測試程序（對話框版）
DSP實驗
A、驗證性實驗
（1）CCS操作實驗
（2）存儲器實驗
（3）跑馬燈實驗
（4）數(shù)碼顯示實驗
（5）硬件中斷實驗
（6）定時器實驗
（7）步進電機控制實驗
（8）DSP同步串口與計算機的串口（RS232）通訊
（9）DSP的HPI與計算機的并口（EPP）通訊
（10）向量相加、減實驗
（11）矩陣相乘
（12）浮點數(shù)到Q15、Q15到浮點數(shù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
（13）FIR濾波器實驗
（14）IIR濾波器實驗
（15）黑白圖像采集實驗
B、綜合性實驗：
（16）液晶顯示實驗
（17）簡單數(shù)字存儲示波器實驗
（18）同步串口（16位AD、DA）實驗
（19）HPI接口實驗
（20）自適應(yīng)濾波器（DLMS）實驗
（21）卷積（convole）算法實驗
（22）自相關(guān)算法
（23）互相關(guān)算法
（24）語音錄、放實驗
（25）實時IIR濾波器實驗
（26）圖像處理之圖像取反
（27）圖像處理之灰度閾值變換
C、設(shè)計性實驗
（28）直流伺服電機測速控制實驗
（29）溫度傳感器、液晶顯示實驗
（30）HPI接口BOOTLOAD實驗
（31）在線FLASH燒寫及16或8位并行自舉
（32）快速傅立葉變換（FFT）算法實驗
（33）信號采集、存儲、傳輸（PC機與DSP）實驗
（34）溫度、速度雙閉環(huán)控制電機
（35）鍵盤輸入液晶顯示實驗
（36）語音FIR濾波（低通、高通、帶通、帶阻）實驗
（37）實時LMS濾波器實驗
（38）FFT實驗
D、創(chuàng)新性實驗
（39）聲控電機實驗
（40）語音G711編碼、解碼實驗
（41）語音G723編碼、解碼實驗
（42）圖像處理之灰度窗口變換
（43）圖像處理之對比度增強
（44）YUV彩色圖象處理之圖象取反實驗
（七）FPGA/EDA實驗項目
A、基本實驗：
（1）七人表決器；
（2）四位加法器；
（3）BCD碼加法器；
（4）格雷碼變換器；
（5）四位并行乘法器；
（6）觸發(fā)器；
（7）用ABEL語言設(shè)計74LS160功能模塊計數(shù)器；
（8）多模加減計數(shù)器； |
（9）可控脈沖發(fā)生器；
（10）簡易數(shù)碼鎖；
（11）英語字母顯示實驗；
（12）八位乘法器；
（13）序列檢測器；
（14）可變模16位加法計數(shù)器；
（15）正負(fù)脈沖數(shù)控調(diào)制發(fā)生器；
（16）秒表等等。 |
B、模塊實驗：
（1）A/D 0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器實驗；
（2）D/A 0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器實驗；
（3）步進電機控制實驗；
（4）直流電機轉(zhuǎn)速控制
（5）16*16 LED點陣顯示實驗；
（6）VGA接口彩條信號實驗；
（7）4*4鍵盤擴展實驗；
（8）128*64 LCD液晶顯示實驗；
（9）電子音樂演奏實驗； |
（10）RS232串口發(fā)送實驗（SEND）；
（11）RS232串口接收實驗（RECEIVE）；
（12）PS/2鍵盤接口邏輯設(shè)計；
（13）單片機總線接口實驗；
（14）異步串口通訊（UART）；
（15）串行A/D轉(zhuǎn)換實驗TLC549；
（16）串行D/A轉(zhuǎn)換實驗TLC5620；
（17）波形發(fā)生器實驗；
（18）存儲器讀寫實驗等等； |
C、模擬可編程實驗：
（1）IspPAC10增益的設(shè)定與調(diào)整；
（2）IspPAC10增益的放大與衰減；
（3）IspPAC10二階濾波器的實現(xiàn)； |
（4）IspPAC10電橋測量實驗；
（5）ISPPAC20設(shè)計數(shù)/模轉(zhuǎn)換實驗；等十多個實驗； |
D、 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計：
（1）數(shù)字鐘；
（2）頻率計；
（3）交通燈；
（4）數(shù)字鎖； |
（5）出租車計費器；
（6）搶答器；
（7）自動電梯；
（8）彩燈控制器等 |
（八）測控綜合實驗
步進電機速度調(diào)節(jié)和方向控制
步進電機位置測控實驗
直流電機速度調(diào)節(jié)和方向控制
水箱液位測控系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)整
（九）基于MATLAB的仿真實驗(MATLAB軟件自備)
（十）智能儀器設(shè)計與調(diào)試
配套虛擬示波器電路板，相關(guān)元器件，芯片整套，相關(guān)上位機軟件，學(xué)生自己動手制作與調(diào)試，完成虛擬示波器的設(shè)計與調(diào)試實驗。
（十一）儀器儀表綜合實驗
畢業(yè)設(shè)計
（十二）科技創(chuàng)新設(shè)計與調(diào)試
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