基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)及方法，包括：虛擬仿真部分和實驗箱實訓(xùn)部分；虛擬仿真部分包括：與實驗箱各實驗?zāi)K相匹配的若干個獨立的虛擬仿真實驗電路；與實驗箱相匹配的不同實驗?zāi)K組合的整體虛擬仿真實驗電路；實驗箱實訓(xùn)部分包括：IC鎖緊插座，在所述IC鎖緊插座上分別設(shè)置單片機最小系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘模塊以及自主開發(fā)模塊。本發(fā)明有益效果：使用軟件的虛擬仿真，不必在實際硬件電路上反復(fù)下載調(diào)試程序，節(jié)約了時間，避免設(shè)備的損耗，延長設(shè)備使用時間。
【專利說明】
基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及單片機學(xué)習(xí)使用的虛擬仿真與實驗實訓(xùn)相結(jié)合的實驗學(xué)習(xí)系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于虛擬仿真平臺與實驗箱實訓(xùn)平臺相結(jié)合的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單片機原理與應(yīng)用是一門實踐性很強的課程，其所涉及的理論知識抽象難以理解。課程的學(xué)習(xí)目標是，通過理論學(xué)習(xí)，實驗操作，最終可以達到自主設(shè)計研究開發(fā)。
[0003]目前，一方面，在學(xué)習(xí)理論的過程中，抽象的理論學(xué)習(xí)內(nèi)容難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;另一方面，本課程如果沒有實驗以及進一步的設(shè)計操作，也就無法達到本課程的開設(shè)學(xué)習(xí)的目的。因此單片機原理與應(yīng)用課程理論學(xué)習(xí)、實驗教學(xué)、自主設(shè)計開發(fā)環(huán)節(jié)也必須調(diào)整與更新。通過多年的教學(xué)和研究發(fā)現(xiàn)，目前高校單片機課程各學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)還存在不足，無法達到開設(shè)本課程的最終目的。主要存在以下問題:
[0004](I)實驗教學(xué)效果不良。當前的單片機實驗教學(xué)主要是利用實驗箱進行的驗證性的實驗項目，采用的方法一般是:學(xué)生使用串口線把實驗箱與PC機相連，把驗證程序?qū)懞煤?，點擊按鈕把程序下載到實驗箱看結(jié)果。大多數(shù)的學(xué)生，在這個過程中不知道下載的原理是什么，通過哪些具體的電路，哪些具體的芯片引腳把程序下載到單片機;也不知道所驗證的實驗的電路是什么。由于沒有直觀的實驗電路，編寫程序時不知所措，學(xué)生邁不出自主設(shè)計的第一步，也就達不到課程的培養(yǎng)目標。
[0005](2)現(xiàn)有的單片機實驗箱實驗項目固定，初學(xué)者只能進行實驗項目的驗證，難于用于工程實訓(xùn)、進行創(chuàng)新性的綜合項目開發(fā)，達不到理想的學(xué)習(xí)效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決上述難題，提供了一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括虛擬仿真平臺與實驗箱實訓(xùn)平臺兩部分，虛擬仿真平臺包括:與實驗箱電路結(jié)構(gòu)完全相同的整體虛擬仿真電路，以及若干個獨立模塊實驗項目虛擬仿真電路;實驗箱實訓(xùn)平臺采用模塊化設(shè)計，每個模塊可以通過撥碼開關(guān)獨立使用，也可以組合使用；每個模塊都配備相應(yīng)的虛擬仿真電路圖，使用者在使用實驗箱實訓(xùn)平臺操作時，可先用虛擬仿真電路，仿真將要在實驗箱上要進行的實驗項目，調(diào)試實驗程序，熟悉實際電路。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0008]—種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，包括:虛擬仿真部分和實驗箱實訓(xùn)部分；
[0009]所述虛擬仿真部分包括:與實驗箱各實驗?zāi)K相匹配的若干個獨立的虛擬仿真實驗電路;與實驗箱相匹配的不同實驗?zāi)K組合的整體虛擬仿真實驗電路；
[0010]通過所述獨立的虛擬仿真實驗電路或者整體虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗;或者通過各獨立的虛擬仿真實驗電路搭建所需要的虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗；
[0011]所述實驗箱實訓(xùn)部分包括:IC鎖緊插座，在所述IC鎖緊插座上分別設(shè)置單片機最小系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘模塊以及自主開發(fā)模塊;多個雙排排針經(jīng)撥碼開關(guān)引出單片機的所有引腳，所述數(shù)碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和時鐘模塊分別通過撥碼開關(guān)與單片機相應(yīng)引腳連接；對每一個模塊分別配備相應(yīng)模塊的電路圖以及模塊使用時撥碼開關(guān)的狀態(tài)；
[0012]所述單片機最小系統(tǒng)模塊的每一個I/O口分別連接撥碼開關(guān)，通過選擇撥碼開關(guān)引出相應(yīng)的I/O 口線，通過改變撥碼開關(guān)的接線策略，實現(xiàn)不同的模塊組合；
[0013]在所述自主開發(fā)模塊上搭建自主設(shè)計的實驗電路，通過選擇撥碼開關(guān)，將所述實驗電路與單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O 口線連接，使得所述實驗電路使能。
[0014]進一步地，還包括:五線四相步進電機模塊、四線雙極性步進電機模塊、RS-485通信模塊，繼電器模塊、點陣模塊、矩陣鍵盤模塊、獨立按鍵模塊、蜂鳴器模塊、138譯碼電路模塊、光敏模塊、熱敏模塊、紅外模塊、溫度傳感器模塊、IXDl 602模塊、TFT彩屏模塊以及交通燈模塊;上述模塊分別通過撥碼開關(guān)與單片機最小系統(tǒng)模塊連接;每一個模塊使能時，模塊指不燈殼。
[0015]進一步地，所述實驗箱實訓(xùn)部分的USB下載模塊和串口下載模塊分別通過4線3檔撥碼開關(guān)與單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O 口線連接，通過選擇4線3檔撥碼開關(guān)的接通狀態(tài)，分別實現(xiàn)USB下載模式、串口下載模式以及正常使用I/O 口模式。
[0016]進一步地，所述數(shù)碼管顯示模塊包括動態(tài)數(shù)碼管顯示單元和靜態(tài)數(shù)碼管顯示單元;所述動態(tài)數(shù)碼管顯示單元包括:
[0017]鎖存器的輸入端經(jīng)撥碼開關(guān)Sleds2Pl與單片機最小系統(tǒng)模塊的Pl口相連，鎖存器的輸出端與7段碼顯示器的段選相連，同時經(jīng)撥碼開關(guān)Sled與8個LED指示燈相連;所述7段碼顯示器的位選經(jīng)過撥碼開關(guān)SledbitPO與單片機最小系統(tǒng)模塊的PO 口相連;鎖存器的使能端經(jīng)撥碼開關(guān)SLE與電源模塊相連；
[0018]撥碼開關(guān)SLE、Sleds2Pl和SledbitPO接通時，完成7段碼顯示器的使用；撥碼開關(guān)SLE、SI eds 2P1、SI ed接通時，完成跑馬燈的練習(xí)。
[0019]進一步地，所述自主開發(fā)模塊將單片機最小系統(tǒng)模塊的?0、？1、？2、？3四個1/0口分別經(jīng)4個8位撥碼開關(guān)引出4組8位信號線連接至4組8位雙排排針上;所述自主開發(fā)模塊上提供自主設(shè)計的實驗電路的電源以及接地端。
[0020]進一步地，所述自主開發(fā)模塊具有若干組結(jié)構(gòu)相同的排座，每一排座具有若干橫排條，每一個橫排條包括5個排座孔，所述每一個橫排條上的排座孔在電氣上相互連通，若干橫排條之間相互隔離。
[0021 ]進一步地，進行實驗實訓(xùn)學(xué)習(xí)時，先通過虛擬仿真部分選擇或者搭建虛擬仿真實驗電路進行仿真實驗，調(diào)試成功后，根據(jù)虛擬仿真實驗電路在實驗箱實訓(xùn)部分上搭建實際電路;利用仿真實驗電路驅(qū)動程序?qū)嶋H電路進行驅(qū)動，驗證實驗效果;如若達不到預(yù)期的仿真效果，檢查實際電路是否與虛擬仿真實驗電路一致，檢查所用元器件參數(shù)是否準確。
[0022]—種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法，包括:
[0023](I)通過虛擬仿真部分選擇或者搭建虛擬仿真實驗電路，編寫實驗電路驅(qū)動程序，生成HEX文件，進行仿真實驗；
[0024](2)虛擬仿真實驗電路調(diào)試成功后，根據(jù)虛擬仿真實驗電路在實驗箱實訓(xùn)部分上搭建實際電路;確定每一個實驗?zāi)K所需要連接的I/O口，采用撥碼開關(guān)為每一個實驗?zāi)K分配I/O 口；
[0025](3)通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)，選擇串口下載模式或者USB下載模式;進行實驗電路驅(qū)動程序下載；
[0026](4)在實驗實訓(xùn)平臺上波動撥碼開關(guān)使相應(yīng)的實驗?zāi)K處于使能狀態(tài)；
[0027](5)驗證實驗效果;如若達不到預(yù)期的仿真效果，檢查實際電路是否與虛擬仿真實驗電路一致，檢查所用元器件參數(shù)是否準確以及實際電路驅(qū)動程序是否準確。
[0028]進一步地，進行自主設(shè)計試驗時，確定實驗所需的實驗?zāi)K，為每一個實驗?zāi)K分配需要連接的I/O 口；
[0029]對于實驗實訓(xùn)平臺上已有的實驗?zāi)K，通過撥碼開關(guān)連接至相應(yīng)的I/O口，撥動撥碼開關(guān)使得上述模塊使能；
[0030]對于自主設(shè)計的實驗?zāi)K，分別使用杜邦線將自主設(shè)計模塊的電源線和接地線與自主開發(fā)模塊的電源和接地排針連接，將自主設(shè)計模塊的中間模擬數(shù)據(jù)輸出線通過撥碼開關(guān)與自主開發(fā)模塊的I/O 口線連接;撥動撥碼開關(guān)使上述I/O 口處于連通狀態(tài)。
[0031]本發(fā)明的有益效果:
[0032](I)在實驗箱開展獨立模塊實驗之前，先使用虛擬仿真平臺調(diào)出虛擬仿真電路圖，可以直觀的看到實驗電路圖，編寫完成驅(qū)動程序，在虛擬仿真上實現(xiàn)實驗效果。在PC機上方便直觀的看到實驗電路，方便了驅(qū)動程序的編寫;使用軟件的虛擬仿真，不必在實際硬件電路上反復(fù)下載調(diào)試程序，節(jié)約了時間，避免設(shè)備的損耗，延長設(shè)備使用時間。
[0033](2)在開展綜合實驗之前，第一步，根據(jù)設(shè)定的功能效果，使用實驗箱相匹配的各個實驗?zāi)K組合的虛擬仿真電路，在相關(guān)虛擬仿真模塊電路間簡單的連線及撥動虛擬撥碼開關(guān)，編寫軟件程序，模擬出實際功能，然后通過其分析改進，從而實現(xiàn)電路的優(yōu)化設(shè)計。第二步，依據(jù)優(yōu)化好的電路在實驗箱上實現(xiàn)。此過程，節(jié)約開發(fā)設(shè)計時間，直觀易懂。
[0034](3)在實驗箱實訓(xùn)平臺中使用撥碼開關(guān)，①避免由于傳統(tǒng)跳線使得實驗箱連線雜亂，②避免跳線的接頭接觸不良，影響實驗效果。
[0035](4)基于虛擬仿真平臺與實驗箱實訓(xùn)平臺相結(jié)合的單片機實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，各實驗?zāi)K能夠獨立使用，也可以通過采用不同的撥碼開關(guān)連線策略，改變硬件組合形式;預(yù)留自主開發(fā)模塊，使用者能夠在現(xiàn)有實驗?zāi)K的基礎(chǔ)上，通過自主搭建硬件電路進行工程實訓(xùn)，實現(xiàn)自主創(chuàng)新性實驗。
[0036](5)為每一個實驗?zāi)K配備相應(yīng)的電路結(jié)構(gòu)圖，在需要的時候進行調(diào)用，能夠使使用者充分了解每一個模塊的電路結(jié)構(gòu)，以便于在進行設(shè)計時，合理設(shè)計連接引腳。
【附圖說明】
[0037]圖1為本發(fā)明的平臺基本框架圖；
[0038]圖2為本發(fā)明的單片機最小系統(tǒng)核心模塊電路圖；
[0039]圖3(a)為本發(fā)明的串口下載電路圖；
[0040]圖3(b)為本發(fā)明的USB下載電路圖；
[0041 ]圖4為本發(fā)明8位動態(tài)數(shù)碼管顯示模塊電路圖；
[0042]圖5為本發(fā)明的32k的外擴數(shù)據(jù)存儲區(qū)模塊電路圖；
[0043]圖6為本發(fā)明自主設(shè)計模塊示意圖。
【具體實施方式】
:
[0044]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明:
[0045]—種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，包括:虛擬仿真部分和實驗箱實訓(xùn)部分；
[0046]虛擬仿真部分包括:與實驗箱各實驗?zāi)K相匹配的若干個獨立的虛擬仿真實驗電路;與實驗箱相匹配的不同實驗?zāi)K組合的整體虛擬仿真實驗電路;通過獨立的虛擬仿真實驗電路或者整體虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗;或者通過各獨立的虛擬仿真實驗電路搭建所需要的虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗。使用者在使用實驗箱實訓(xùn)平臺操作時，可先用虛擬仿真電路，在虛擬仿真的CPU加載程序，仿真將要在實驗箱上要進行的實驗項目，調(diào)試實驗程序，了解實際電路原理。
[0047]實驗箱實訓(xùn)部分如圖1所示，包括:1C鎖緊插座，易于更換不同型號的單片機，多個雙線排針經(jīng)撥碼開關(guān)引出單片機的所有引腳;使用者自主搭建電路模塊、單片機最小系統(tǒng)核心模塊、5v電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊，五線四相步進電機模塊、四線雙極性步進電機模塊、RS-485通信模塊，繼電器模塊、16*16點陣模塊、4*4矩陣鍵盤模塊、8個獨立按鍵模塊、蜂鳴器模塊、138譯碼電路模塊、8位動態(tài)數(shù)碼管顯示模塊、2位靜態(tài)數(shù)碼管模塊、32k的外擴數(shù)據(jù)存儲區(qū)模塊、AD/DA/光敏、熱敏模塊、紅外模塊、溫度傳感器模塊、實時時鐘模塊、IXDl 602模塊、TFT彩屏模塊、交通燈模塊、8位數(shù)碼管顯示模塊以及外電源模塊，各個模塊在被選擇使用時，均有LED指示燈指示。
[0048]上述模塊分別通過撥碼開關(guān)與單片機相應(yīng)引腳連接;對每一個模塊分別配備相應(yīng)模塊的電路圖以及該模塊使用時撥碼開關(guān)的狀態(tài)。
[0049]單片機最小系統(tǒng)模塊的每一個I/O口分別連接撥碼開關(guān)，通過選擇撥碼開關(guān)引出相應(yīng)的I/O 口線，通過改變撥碼開關(guān)的接線策略，實現(xiàn)不同的模塊組合;在自主開發(fā)模塊上搭建自主設(shè)計的實驗電路，通過選擇撥碼開關(guān)，將實驗電路與單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O 口線連接，使得所述實驗電路使能。
[0050]本發(fā)明的單片機最小系統(tǒng)核心模塊電路圖。如圖2所示。
[0051]本模塊包括復(fù)位電路、振蕩電路、為增加I/O驅(qū)動能力而增添的電路。晶振不直接焊接在PCB板上，晶振位置焊接晶振插座，可方便根據(jù)需要更換晶振;復(fù)位電路，可以上電復(fù)位，也可按下復(fù)位鍵復(fù)位;各個I/O為增加驅(qū)動能力均加1K上拉電阻。
[0052]本發(fā)明的USB下載模塊電路和串口下載模塊電路圖如圖3(a)和圖3(b)所示。
[0053]USB下載模塊與從USB取電，利用USB線從pc機取+5v電，經(jīng)濾波再經(jīng)USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340G輸出給單片機供電。USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340G輸出的RXD-U、TXD-U信號連接圖3(a)中的3檔4線撥碼開關(guān)的RXD-U、TXD-U端，當選用USB下載時，撥碼開關(guān)撥至此端。在本模塊，自鎖按鍵為整個系統(tǒng)的總開關(guān)。
[0054]本發(fā)明的串口下載模塊使用MAX232A芯片加外圍電路，進行CMOS電平到TTL電平轉(zhuǎn)化，MAX232A為DIP-8，在實際PCB板上焊接底座，方便MAX232A芯片更換。
[0055]在本發(fā)明中可用串口下載，也可用USB下載，所以使用4線3檔撥碼開關(guān)，4線3檔撥碼開關(guān)撥至TXD-R和RXD-R端為串口下載;4線3檔撥碼開關(guān)撥至TXD-U和RXD-U端為為USB自動下載;4線3檔撥碼開關(guān)中間檔為正常使用I/O 口。
[0056]本發(fā)明8位動態(tài)數(shù)碼管及8位LED模塊電路圖如圖4所示:
[0057]鎖存器輸入端M74HC573B1R加1K下拉電阻，經(jīng)撥碼開關(guān)Sleds2Pl與Pl 口相連，輸出端與7段碼顯示器的段選相連，同時經(jīng)撥碼開關(guān)與8個LED相連；PO 口 8根線徑撥碼開關(guān)SledbitPO與7段碼顯示器的位選選相連;鎖存器M74HC573B1R使能端經(jīng)撥碼開關(guān)SLE與電源相連，當連接使能端時，模塊指示燈亮。
[0058]本模塊選擇不同的撥碼開關(guān)組合可以完成不同的實驗，SLE、SledS2Pl、SledbitP0組合可完成7段碼顯示器的使用;SLE、Sleds2Pl、Sled組合可完成跑馬燈的練習(xí)。
[0059]圖5為本發(fā)明的4k的外擴數(shù)據(jù)存儲區(qū)以及并行I/O接口擴展模塊電路圖。
[0060]MCS-51單片機內(nèi)部只有128B數(shù)據(jù)RAM,當應(yīng)用中需要更多的RAM時，只能在外部擴展。本發(fā)明實驗實訓(xùn)平臺外擴了4K的RAM，，MCS-51單片機內(nèi)部共有4個8位并行的I/O口，擴展外部存儲器后只有Pl 口和P3口的6位可用，因此須擴展I/O接口。本平臺在工程實訓(xùn)中如需使用擴展I/O 口其引線可以從排針BUSA1、BUA2、BUSC、BUSAD分別引出地址線、控制線、數(shù)據(jù)線。外部數(shù)據(jù)RAM地址范圍為0000H——0FFFH，I/O地址為1000H-FFFFH范圍內(nèi)。本模塊只是在擴展內(nèi)存及I/O時，由程序選定，74LS373的使能由地址鎖存信號ALE控制。在不使用擴展的情況下，其他模塊的使用不會讓該模塊使能，所以本模塊無需用撥碼開關(guān)。
[0061 ] 本發(fā)明實驗實訓(xùn)平臺的電源模塊可提供+5￥、-5￥、+12￥、-12￥、+3.3￥、-3.3￥，6種電壓，本實驗實訓(xùn)平臺為+5V供電，在使用者自搭擴展電路時可根據(jù)實際需要選擇電源，在每種電源上經(jīng)濾波后焊接排針方便向外供電。實驗實訓(xùn)平臺也可3.3V供電，只需要把3線2檔撥碼開關(guān)撥至3.3V端。
[0062]所有模塊可以獨立使用完成基本實驗，也可以綜合使用完成創(chuàng)新設(shè)計實驗。單片機可控的模塊很多，不可能在一個實驗板上都能涉及到。為有一定單片機基礎(chǔ)的使用者以及工程實訓(xùn)開設(shè)創(chuàng)新實驗設(shè)計的要求，本發(fā)明設(shè)計自主開發(fā)模塊，供使用者自主搭建電路，結(jié)合實驗實訓(xùn)平臺已有的資源，開展創(chuàng)新性設(shè)計。
[0063]自主開發(fā)模塊電路如圖6所示，本模塊把?0、？112、？3四個1/0口全部經(jīng)4個8位撥碼開關(guān)引出至四個雙排排針上。本模塊提供了搭建電路所需要的6種電源和接地端。本模塊經(jīng)撥碼開關(guān)從核心模塊引出已加上拉電阻的？0少1，？2，？34組1/0口線，分別引至4組8*2的排針，供自組模塊時使用。排針間距為標準的直插式芯片的引腳間距2.5mm。本模塊還提供6組3*2的排針，分別提供+5V，-5v，+12v,-12V，以及接地點位。本模塊提供13cm*lIcm的區(qū)域，如圖:該區(qū)域有5組功能結(jié)構(gòu)相同的排座，每組之間的距離為2.54_*3。在每一組里面，每一個橫排條里的5個排座在電氣上相互連通，橫排條之間相互隔離。每個排座孔距為2.54mm。這種設(shè)計方便引腳間距為2.54mm的單列或雙列直插式的芯片直接插入使用。
[0064]下面對基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法介紹如下:
[0065]1.獨立實驗項目驗證性實驗使用方法步驟。
[0066]①在虛擬仿真平臺上，調(diào)取該模塊的仿真電路圖，確定實驗?zāi)K所需要連接的仿真I/O口，使用虛擬電子器件撥碼開關(guān)為實驗?zāi)K分配仿真I/O口，配置好虛擬仿真電路圖；
[0067]②編寫調(diào)試實驗驅(qū)動程序，生成HEX文件，給虛擬仿真的CPU加載程序；
[0068]③觀察實驗結(jié)果，沒有達到虛擬實驗效果，回到步驟②，達到實驗效果進行下一步；
[0069]④配置實驗箱實訓(xùn)平臺:對照配置好的虛擬仿真電路圖，撥動撥碼開關(guān)配置好實驗箱的實驗實訓(xùn)項目連接；
[0070]⑤通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)選擇串口下載模式或者USB下載模式，控制程序下載到實驗箱；
[0071]⑥觀察是否達到實驗效果。如沒有達到預(yù)期效果，回到步驟④檢查;直到出現(xiàn)理想實驗效果。
[0072]⑦實驗完成后，整理實驗箱實驗實訓(xùn)平臺，斷開所有的撥碼開關(guān)。
[0073]需要注意的是，在實驗實訓(xùn)過程中，避免選擇使用RXD/P3.0TXD/P3.1兩個端口，因為下載用到這兩個口。如不能避免，下載程序時，可將要用到的模塊RXD/P3.0TXD/P3.1 口處于非使能狀態(tài)，程序下載完成，再把該模塊的RXD/P3.0TXD/P3.1 口處于使能狀態(tài)。
[0074]2.使用已有的電路模塊進行綜合性、創(chuàng)新性試驗項目使用方法步驟。本系統(tǒng)可用幾個模塊聯(lián)合使用，開發(fā)綜合性實驗。舉例:使用DSl 8B20模塊，LCD的顯示模塊，鍵盤模塊，聲音模塊。綜合實驗，IXD可以顯示DS18B20的實時溫度，鍵盤可以設(shè)定一個溫度上限或下限，當實時溫度超過設(shè)定范圍，可以使用聲音模塊出現(xiàn)報警或提示音。
[0075]①在虛擬仿真平臺上，調(diào)取與實驗箱電路結(jié)構(gòu)完全相同的整體虛擬仿真電路，確定綜合創(chuàng)新性實驗所需的實驗?zāi)K，使用虛擬電子元件撥碼開關(guān)選擇使用的仿真模塊，配置好虛擬仿真電路圖；
[0076]②在第三方提供的軟件上編寫程序(如keil，IAR)，生成HEX文件，給虛擬仿真的(PU加載程序；
[0077]③觀察實驗結(jié)果，沒有達到虛擬實驗效果，回到步驟①，重新檢查是硬件配置問題，還是程序問；達到實驗效果進行下一步；
[0078]④配置實驗箱實訓(xùn)平臺:對照配置好的虛擬仿真電路圖，在實驗實訓(xùn)平臺上分配LCD1602的控制端、DS18B20、蜂鳴器供選擇的I/0 口為P2 口，因此，利用撥碼開關(guān)給LCD1602分配?25，？26，？27;0318820分配為?20;蜂鳴器分配為?21;^:01602的8條數(shù)據(jù)端口用撥碼開關(guān)用PO口，矩陣鍵盤選用Pl 口。使各模塊處于使能狀態(tài)。
[0079]⑤通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)選擇串口下載模式或者USB下載模式，控制程序下載到實驗箱；
[0080]⑥觀察是否達到實驗效果。如沒有達到預(yù)期效果，回到步驟④檢查;若在虛擬仿真平臺上達不到理想效果，則程序有錯誤，回到步驟②修改程序，直到虛擬仿真出現(xiàn)理想效果O
[0081]⑦實驗完成后，整理實驗箱實驗實訓(xùn)平臺，斷開所有的撥碼開關(guān)。
[0082]3.使用自主開發(fā)模塊，搭建本系統(tǒng)沒有的實驗項目的使用方法步驟。
[0083]虛擬仿真實驗平臺是個開放的平臺，在此平臺上很容易搭建系統(tǒng)沒有的實驗?zāi)K。
[0084]①虛擬仿真平臺上，搭建實驗項目虛擬仿真電路圖，
[0085]②編寫調(diào)試實驗驅(qū)動程序，生成HEX文件，給虛擬仿真的CPU加載程序；
[0086]③觀察實驗結(jié)果，沒有達到虛擬實驗效果，回到步驟②，重新檢查是硬件配置問題，還是程序問題，達到實驗效果進行下一步；
[0087]④在實驗箱實訓(xùn)平臺上搭建實際的實驗項目電路圖；
[0088]⑤通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)選擇串口下載模式或者USB下載模式，控制程序下載到實驗箱；
[0089]⑥觀察是否達到實驗效果。如沒有達到預(yù)期效果，回到步驟③檢查;直到出現(xiàn)理想效果。
[0090]4.使用自主開發(fā)模塊，增添實驗系統(tǒng)沒有的模塊開設(shè)創(chuàng)新性項目。
[0091]①虛擬仿真平臺上，調(diào)取與實驗箱電路結(jié)構(gòu)完全相同的整體虛擬仿真電路，確定自主開發(fā)項目要使用的已有模塊，及需要增設(shè)的模塊；
[0092]②在虛擬仿真平臺上自主設(shè)計增設(shè)的模塊；
[0093]③使用撥碼開關(guān)選擇使用的模塊，配置好虛擬仿真電路圖；
[0094]④編寫調(diào)試實驗驅(qū)動程序，生成HEX文件，給虛擬仿真的CPU加載程序；
[0095]觀察實驗結(jié)果，沒有達到虛擬實驗效果，回到步驟②，重新檢查是硬件配置問題，還是程序程序問題，達到實驗效果進行下一步；
[0096]⑤配置實驗箱實訓(xùn)平臺:對照配置好的虛擬仿真電路圖，撥動撥碼開關(guān)配置好實驗箱的已有模塊，在自主開發(fā)的模塊上搭建增設(shè)的模塊；
[0097]⑥通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)選擇串口下載模式或者USB下載模式；
[0098]⑦控制程序下載到實驗箱；
[0099]⑧觀察是否達到實驗效果。如沒有達到預(yù)期效果，回到步驟⑤檢查;直到出現(xiàn)理想效果。
[0100]下面通過具體實施例對平臺愛使用方法進行說明。
[0101]1.通過使用者自主搭建模塊可以獨立完成一個實驗。
[0102]插8個發(fā)光二極管，插8個440歐姆限流電阻，限流電阻使用杜邦線另一端接一個I/O 口，發(fā)光二極管公共端接地，按獨立模塊使用說明方法，可完成跑馬燈的實驗。
[0103]2.結(jié)合實驗箱實訓(xùn)板上的資源，加上在本模塊搭建的電路完成創(chuàng)新的實訓(xùn)任務(wù)。
[0104]舉例如下，使用紅外測距模塊，測量被測物體，使用實驗實訓(xùn)板上已有的資源七段碼LED顯示器，顯示被測物體的與傳感器的距離，當被測物體與傳感器的距離小于設(shè)定值時報警。
[0105]實驗實訓(xùn)平臺已有顯示與聲音模塊。需在使用者自主設(shè)計的模塊中連接上紅外測距模塊。經(jīng)研究顯示模塊電路圖，顯示模塊可經(jīng)撥碼開關(guān)使用P0，P1 口，撥動該模塊的使能開關(guān)，使顯示模塊處于使能狀態(tài)。聲音模塊經(jīng)撥碼開關(guān)選擇P2 口的任意一根口線，如選擇P21;紅外測距模塊有3根連線，一根地線，一根電源線使用杜邦線分別連至使用者自主搭建模塊區(qū)域的+5v和GND接線排針上。中間模擬數(shù)據(jù)輸出線使用杜邦線連接至本模塊的排針座的P22上，撥動撥碼開關(guān)使P22處于連通狀態(tài)。
[0106]其他步驟按獨立模塊使用說明方法的實驗步驟，可完成本實驗實訓(xùn)實驗。
[0107]在本例中，如果使用的單片機沒有集成AD轉(zhuǎn)換模塊。可以調(diào)取分析本實驗實訓(xùn)平臺提供的A/D轉(zhuǎn)換電路圖，把紅外測距模塊的模擬輸出端接該模塊的一個模擬量輸入端即可。
[0108]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，包括:虛擬仿真部分和實驗箱實訓(xùn)部分； 所述虛擬仿真部分包括:與實驗箱各實驗?zāi)K相匹配的若干個獨立的虛擬仿真實驗電路;與實驗箱相匹配的不同實驗?zāi)K組合的整體虛擬仿真實驗電路； 通過所述獨立的虛擬仿真實驗電路或者整體虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗;或者通過各獨立的虛擬仿真實驗電路搭建所需要的虛擬仿真實驗電路進行虛擬仿真實驗； 所述實驗箱實訓(xùn)部分包括:IC鎖緊插座，在所述IC鎖緊插座上分別設(shè)置單片機最小系統(tǒng)模塊、數(shù)碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊、時鐘模塊以及自主開發(fā)模塊;多個雙排排針經(jīng)撥碼開關(guān)引出單片機的所有引腳，所述數(shù)碼管顯示模塊、LED指示燈模塊、電源模塊、USB下載模塊、串口下載模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊和時鐘模塊分別通過撥碼開關(guān)與單片機相應(yīng)引腳連接;對每一個模塊分別配備相應(yīng)模塊的電路圖以及模塊使用時撥碼開關(guān)的狀態(tài)； 所述單片機最小系統(tǒng)模塊的每一個I/O 口分別連接撥碼開關(guān)，通過選擇撥碼開關(guān)引出相應(yīng)的I/O 口線，通過改變撥碼開關(guān)的接線策略，實現(xiàn)不同的模塊組合； 在所述自主開發(fā)模塊上搭建自主設(shè)計的實驗電路，通過選擇撥碼開關(guān)，將所述實驗電路與單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O 口線連接，使得所述實驗電路使能。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，還包括:五線四相步進電機模塊、四線雙極性步進電機模塊、RS-485通信模塊，繼電器模塊、點陣模塊、矩陣鍵盤模塊、獨立按鍵模塊、蜂鳴器模塊、138譯碼電路模塊、光敏模塊、熱敏模塊、紅外模塊、溫度傳感器模塊、IXD1602模塊、TFT彩屏模塊以及交通燈模塊;上述模塊分別通過撥碼開關(guān)與單片機最小系統(tǒng)模塊連接;每一個模塊使能時，模塊指示燈亮。3.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述實驗箱實訓(xùn)部分的USB下載模塊和串口下載模塊分別通過4線3檔撥碼開關(guān)與單片機最小系統(tǒng)模塊的I/O口線連接，通過選擇4線3檔撥碼開關(guān)的接通狀態(tài)，分別實現(xiàn)USB下載模式、串口下載模式以及正常使用I/O 口模式。4.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述數(shù)碼管顯示模塊包括動態(tài)數(shù)碼管顯示單元和靜態(tài)數(shù)碼管顯示單元;所述動態(tài)數(shù)碼管顯示單元包括: 鎖存器的輸入端經(jīng)撥碼開關(guān)Sleds2Pl與單片機最小系統(tǒng)模塊的Pl 口相連，鎖存器的輸出端與7段碼顯示器的段選相連，同時經(jīng)撥碼開關(guān)Sled與8個LED指示燈相連;所述7段碼顯示器的位選經(jīng)過撥碼開關(guān)SledbitPO與單片機最小系統(tǒng)模塊的PO 口相連;鎖存器的使能端經(jīng)撥碼開關(guān)SLE與電源模塊相連； 撥碼開關(guān)SLE、Sleds2Pl和SledbitPO接通時，完成7段碼顯示器的使用；撥碼開關(guān)SLE、SIeds2P1、SIed接通時，完成跑馬燈的練習(xí)。5.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述自主開發(fā)模塊將單片機最小系統(tǒng)模塊的ΡΟ、Ρ1、P2、P3四個I/O 口分別經(jīng)4個8位撥碼開關(guān)引出4組8位信號線連接至4組8位雙排排針上;所述自主開發(fā)模塊上提供自主設(shè)計的實驗電路的電源以及接地端。6.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，所述自主開發(fā)模塊具有若干組結(jié)構(gòu)相同的排座，每一排座具有若干橫排條，每一個橫排條包括5個排座孔，所述每一個橫排條上的排座孔在電氣上相互連通，若干橫排條之間相互隔離。7.如權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征是，進行實驗實訓(xùn)學(xué)習(xí)時，先通過虛擬仿真部分選擇或者搭建虛擬仿真實驗電路進行仿真實驗，調(diào)試成功后，根據(jù)虛擬仿真實驗電路在實驗箱實訓(xùn)部分上搭建實際電路;利用仿真實驗電路驅(qū)動程序?qū)嶋H電路進行驅(qū)動，驗證實驗效果;如若達不到預(yù)期的仿真效果，檢查實際電路是否與虛擬仿真實驗電路一致，檢查所用元器件參數(shù)是否準確。8.—種如權(quán)利要求1所述的基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法，其特征是，包括: (1)通過虛擬仿真部分選擇或者搭建虛擬仿真實驗電路，編寫實驗電路驅(qū)動程序，生成HEX文件，進行仿真實驗； (2)虛擬仿真實驗電路調(diào)試成功后，根據(jù)虛擬仿真實驗電路在實驗箱實訓(xùn)部分上搭建實際電路;確定每一個實驗?zāi)K所需要連接的I/O口，采用撥碼開關(guān)為每一個實驗?zāi)K分配I/O 口； (3)通過選擇撥碼開關(guān)的連接狀態(tài)，選擇串口下載模式或者USB下載模式;進行實驗電路驅(qū)動程序下載； (4)在實驗實訓(xùn)平臺上波動撥碼開關(guān)使相應(yīng)的實驗?zāi)K處于使能狀態(tài)； (5)驗證實驗效果;如若達不到預(yù)期的仿真效果，檢查實際電路是否與虛擬仿真實驗電路一致，檢查所用元器件參數(shù)是否準確以及實際電路驅(qū)動程序是否準確。9.如權(quán)利要求8所述的一種基于虛擬仿真平臺的單片機模塊化實驗實訓(xùn)系統(tǒng)的使用方法，其特征是，進行自主設(shè)計試驗時，確定實驗所需的實驗?zāi)K，為每一個實驗?zāi)K分配需要連接的I/O 口； 對于實驗實訓(xùn)平臺上已有的實驗?zāi)K，通過撥碼開關(guān)連接至相應(yīng)的I/O口，撥動撥碼開關(guān)使得上述模塊使能； 對于自主設(shè)計的實驗?zāi)K，分別使用杜邦線將自主設(shè)計模塊的電源線和接地線與自主開發(fā)模塊的電源和接地排針連接，將自主設(shè)計模塊的中間模擬數(shù)據(jù)輸出線通過撥碼開關(guān)與自主開發(fā)模塊的I/O 口線連接;撥動撥碼開關(guān)使上述I/O 口處于連通狀態(tài)。
【文檔編號】G09B23/18GK105913739SQ201610428222
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】周茂霞
【申請人】山東師范大學(xué)