电子系统设计 工程实训任务指导书
二〇一〇年二月前 言
电子设计工程实训任务指导书是为EDP-MCU-2000实验平台编写的实训配套参考书之一。本任务书编写的目的在于为采用EDP-MCU-2000实验平台开展实践教学或进行电子设计工程师认证培训的有关院校提供一个参考的教学及培训思路。
本实训任务指导书的定位为电子系统设计类实践课程的教学，紧密结合EDP-MCU-2000实验箱的资源，以一个个独立又相互关联的系统或者准系统设计任务为内容，将相关知识点融合起来，达到电子工程实训的目的。实训任务指导书按照对实验箱的使用情况分为三个部分。第一部分的实训可以完全在EDP-MCU-2000实验箱上完成，第二部分是需要利用EDP实验平台的扩展模块才能完成的实验任务，第三部分则是需要学生自己设计制作扩展模块才能完成的任务。各部分的任务相互独立，由易到难进行编排，尽量覆盖当前电子设计中所遇到的主要知识点。由于时间原因，先期编写第一部分的任务，后续再陆续给出第二部分和第三部分的参考任务。
第一部分包括9个实训任务，计划参考培训学时40学时，每个培训实验4-6学时。依据具体情况，可以集中在一周内完成，也可以分散在半个学期甚至一个学期内完成。每个实验任务的选题既考虑到侧重的知识点，也同时突出实训任务的完整性与综合性，因此需要相关的先修课程如模拟电路、数字电路、单片机原理、C语言等做铺垫。在开发工具选择问题上，本任务书中的首选工具是Keil和Proteus，不同院系亦可依据自己的实际情况酌情选用。
由于时间紧迫，任务书中出现的不妥之处，敬请读者批评指正。
电子设计工程师认证项目办公室
二〇一〇年二月
目 录
任务一 EDP电子工程实训的硬件开发 1
任务二 EDP电子工程实训的软件开发 3
任务三 字符型LCD接口电路设计及应用 5
任务四 简易数字钟设计 6
任务五 简易数字电压表设计 8
任务六 简易温度监控器设计 10
任务七 简易正弦信号发生器设计 12
任务八 简易红外数据传输系统设计 14
任务九 简易数据采集与传送系统设计 15
任务一 EDP电子工程实训的硬件开发
1. 任务目的
(1) 熟悉EDP-MCU-2000实验箱的结构与使用方法；
(2) 掌握线性直流稳压电源的设计方法；
(3) 熟悉Proteus软件的基本使用方法；
(4) 熟悉电子工程实训硬件开发流程与方法。
2. 实验内容
(1) 下载并运行实验箱测试程序，认知实验箱的主要硬件模块及其功能；
(2) 按照实验箱接口要求，设计直流稳压电源电路。采用Proteus软件绘制并仿真其功能；
(3) 测试电源模块的功能与指标。
3. 实训要求
(1) 掌握MCU代码的下载过程，了解实验箱电源模块、MCU模块、通信及下载模块、815扩展模块、LCD显示模块、键盘模块、AD/DA模块、红外模块、IIC模块、信号调理模块等十个基本模块的功能及其它们之间的连接关系。
(2) 直流稳压电源设计参数，输入220V交流市电，输出+5V、+12V和-12V三路直流电压。要求输出纹波电压不大于10mV，稳压系数小于0.5%，输出内阻小于0.1欧。这一部分可在Proteus下完成。
(3) 实际测试电源模块的上述3点参数，并记录测试结果。
(4) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 按照实验箱母版接口标准，自己设计电源模块PCB板并焊接好电路，替换原有模块。
(2) 增加一路0~+10V连续可调的直流稳压电源电路。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在一次连续的时间单元内完成。
(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务二 EDP电子工程实训的软件开发
1. 任务目的
(1) 熟悉Keil uVision3集成开发环境的使用方法；
(2) 熟悉8051最小系统的构成；
(3) 掌握Keil C51开发流程；
(4) 熟悉Keil与Proteus的联合调试方法。
2. 实验内容
(1) 采用Proteus绘制单片机最小系统；
(2) 编写一个简单的C51程序，控制P2.1端口的输出电平，在Keil中完成编译链接后，在Keil中仿真运行并查看其结果；
(3) 采用Keil和Proteus联合调试的方法开展调试，逐步查看调试过程及其结果；
(4) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，用万用表测量P2.1口的输出电平。
3. 实训要求
(1) 掌握8051时钟电路与复位电路的设计，熟悉8051最小系统的构成，在Proteus中完成最小系统的绘制；
(2) 掌握在Keil集成开发环境下开发C51程序的一般方法，编写的简单程序能够在Keil中成功编译、链接及模拟仿真与调试；
(3) 完成Keil与Proteus的联合调试，记录实验过程；
(4) 下载代码到EDP实验箱上，测试实际运行结果，并与前两种仿真结果进行对比；
(5) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 请思考如何开展8051单片机的系统仿真调试功能；
(2) 了解其它C51的开发环境与开发工具，并比较各自的异同；
(3) 为单片机的复位电路增加看门狗功能，提高系统的稳定性。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在一次连续的时间单元内完成。
(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务三 字符型LCD接口电路设计及应用
1. 任务目的
(1) 掌握8155并行I/O口的扩展方法及其使用；
(2) 掌握字符型LCD的.使用；
2. 实验内容
(1) 显示子系统电路的绘制。采用Proteus绘制8051的I/O扩展电路，并通过8155驱动字符型LCD；
(2) 编写C51程序，在LCD上显示字符串“Hello,World！”；
(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；
(4) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。
3. 实训要求
(1) 依照EDP实验箱的接口设计，在Proteus中完成8051显示子系统电路模块的绘制，可以仿真EDP实验箱的相应硬件模块；
(2) 编写代码能够在LCD上显示特定字符串；
(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；
(4) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 增加LCD字符的现实效果；
(2) 如果采用串行通信方式，如何实现MCU与字符型LCD接口；
(3) 编制显示子程序函数库（二进制），供后续实验程序调用。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在一次连续的时间单元内完成。
(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务四 简易数字钟设计
1. 任务目的
(1) 掌握Keil C51中断服务程序的编写方法；
(2) 掌握8051单片机中断及定时器的使用方法；
(3) 掌握矩阵键盘的扩展及使用方法；
(4) 掌握数字钟的设计方法。
2. 实验内容
(1) 在任务三电路图的基础上，通过8155扩展一块4×4矩阵键盘；
(2) 用C51编写代码，实现一个数字钟的基本功能；
(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；
(4) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。
3. 实训要求
(1) 依照EDP实验箱的接口设计，在任务三的基础上补充键盘电路模块的绘制，可以仿真EDP实验箱的相应硬件模块；
(2) 准确计数，以数字形式在LCD上显示时、分、秒的时间。小时计时要求为“24翻1”，分和秒的计时要求为60进位；
(3) 具备校时功能，时、分、秒可以独立校对，校时时计数停止；
(4) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；
(5) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 为数字钟增加年月日数字显示功能；
(2) 为数字钟增加星期的显示功能；
(3) 增加农历的显示功能；
(4) 在Proteus中将自己画的4×4矩阵键盘封装成一个独立的仿真模块，直接使用。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在一次连续的时间单元内完成。
(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务五 简易数字电压表设计
1. 任务目的
(1) 熟悉SPI接口协议；
(2) 掌握TLC1543 A/D转换器的工作原理及使用方法；
(3) 熟悉掌握TL431基准电压源的工作原理；
(4) 掌握直流电压表的工作原理与实现方法。
2. 实验内容
(1) 参考EDP实验箱AD模块电路，在Proteus中采用TLC1543和TL431设计一个AD采样电路；
(2) 用C51编写代码，实现一个数字式直流电压测量表，将测量到的直流电压值在LCD上显示；
(3) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；
(4) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。
3. 实训要求
(1) 依照EDP实验箱的接口设计，在任务三、四的基础上补充AD采集电路的绘制，可以仿真EDP实验箱的相应硬件模块；
(2) 直流电压测量范围为0-5V，测量结果在LCD上用3位数码显示，显示分辨率为0.01V，测量误差不大于5%+1字；
(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；
(4) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 增加低频交流电压的测量功能，能在EDP实验箱上实现；
(2) 增加电流测量功能，在Proteus中仿真实现。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在一次连续的时间单元内完成。
(3) 分散教学时，要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务六 简易温度监控器设计
1. 任务目的
(1) 熟悉IIC接口协议；
(2) 掌握典型IIC接口芯片AT24CXX、PCF8574的使用；
(3) 掌握PTC热敏电阻测温的工作原理；
(4) 掌握温度信号采集及调理电路的设计方法。
2. 实验内容
(1) 参考EDP实验箱，在Proteus中设计一个模拟温度采集电路，温度采集的模拟量可以通过任务五的AD采集电路模数转换；
(2) 参考EDP实验箱，在Proteus中设计基于IIC接口的EEPROM存储电路和并行扩展LED指示灯电路，用于保存及指示温度等相关信息；
(3) 针对EDP实验平台，编写C51程序，实现环境温度的实时监控；
(4) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；
(5) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。
3. 实训要求
(1) Proteus下的硬件设计可以参考EDP实验箱电路，要求能与之兼容；
(2) 实时温度监控要求，每一秒钟采用一次实时温度，温度的监控范围为0-50℃，监控结果在LCD上显示，显示分辨率为0.1℃，测量误差不大于0.5℃。监控器可以预置监控报警温度，报警温度要求也在LCD屏上同时显示。温度升高达到报警温度后，系统点亮LED灯报警，同时将本次超温报警过程的最高温度在EEPROM中保存。LCD上能同时显示最近3次高温的记录值。
(3) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；
(4) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 如果采用数字温度传感器，如何设计扩展电路及应用编程；
(2) 完成一个闭环水温控制系统的设计，如何改进电路及编程应用。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 6个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在1~2个实验单元时间内完成。
(3) 分散教学时，完成实验后要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务七 简易正弦信号发生器设计
1. 任务目的
(1) 掌握DAC的工作原理及使用方法；
(2) 掌握滤波器的计算机辅助设计方法；
(3) 掌握DDS的工作原理；
2. 实验内容
(1) 参考EDP实验箱，在Proteus中扩展TLC5615 DAC转换电路；
(2) 采用滤波器辅助设计软件，设计一低通滤波器，滤除DAC输出的高频分量；
(3) 采用DDS技术，输出常用信号波形；
(4) 采用Keil和Proteus联合调试代码，查看仿真结果；
(5) 将编程代码通过STC-ISP程序下载到MCU Flash中运行，并观察运行结果。
3. 实训要求
(1) Proteus下的硬件设计可以参考EDP实验箱电路，要求能与之兼容；
(2) 低通滤波器只需要在Proteus中实现；
(3) 采用DDS技术，输出1Hz~1kHz正弦波信号，频率分辨率为1Hz。输出频率误差小于1%，频率稳定度小于0.001；
(4) 程序可以在Proteus仿真硬件上和EDP实验箱上正常运行；
(5) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 实现三角波与方波的输出；
(2) 实现任意波形的输出；
(3) 提高频率分辨率；
(4) 提高频率稳定度。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在1个实验单元时间内完成。
(3) 分散教学时，完成实验后要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务八 简易红外数据传输系统设计
1. 任务目的
(1) 熟悉红外通信的工作原理；
(2) 掌握红外收发器件的使用方法；
2. 实验内容
(1) 两台EDP实验箱构成一组，一台发射，一台接收，熟悉相应的红外收发电路模块；
(2) 设计简单的通信协议；
(3) 编写相应的收发代码，实现数据的红外传输；
(4) 将收发代码分别下载到相应的EDP实验箱中运行，观察运行结果。
3. 实训要求
(1) 自定的红外通信协议应简单可靠；
(2) 发射机通过键盘输入欲发送的字符串，并在LCD上显示；
(3) 接收机将接收到的字符串在LCD屏上显示；
(4) 测试时，依据实际情况，收发实验箱应保持一定的距离；
(5) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 实现两台实验箱的全双工红外通信；
(2) 提高通信的传输码率；
(3) 利用EDP红外模块，设计一个自学习型万能遥控器。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 4个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在1个实验单元时间内完成。
(3) 分散教学时，完成实验后要求写出实验报告，在下次实验时上交。
任务九 简易数据采集与传送系统设计
1. 任务目的
(1) 掌握LM75数字温度传感器的使用；
(2) 熟悉RS232C串口通信协议标准；
(3) 掌握8051串行接口的使用方法。
2. 实验内容
(1) 熟悉EDP实验箱的LM75数字温度采集电路；
(2) 编写C51程序，将LM75采集到的温度在LCD上显示；
(3) 编写C51程序，将采集到的温度数据通过RS232C串口传至上位机(PC机)显示；
(4) 将编程代码分别下载到相应的EDP实验箱中运行，观察运行结果。
3. 实训要求
(1) 温度采集周期为每秒钟1次；
(2) 上位机一般采用PC机，显示终端可以直接用超级终端等软件查看显示结果；
(3) 撰写实验报告。
4. 发挥部分
(1) 采用RS-485协议通信，以提高通信的传输距离；
(2) 自己编写上位机接收与显示程序；
(3) 利用Labview进行串口编程，设计一个温度监控窗口，以监视单片机采集到的实时温度。
5. 训练过程
(1) 课前学生依照任务书自行预习。
(2) 6个课内计划教学学时，先简要讲解并演示，后由学生验证与测试。可以安排在1~2个实验单元时间内完成。
(3) 分散教学时，完成实验后一周内要求写好实验报告并上交。
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