创新型计算机控制实验教学系统的研制浅说及实现

时间:2021-03-19 18:08:49 论文范文 我要投稿

创新型计算机控制实验教学系统的研制浅说及实现

  摘 要:介绍了一个自行研制开发的计算机控制实验教学系统,该系统结合多年来积累的计算机及相关学科实践教学的特点,吸纳当前计算机应用领域几项较为先进实用的技术,打破传统的实验箱式实验手段,采用开放、独立、直观的实验板结构的设计理念,取得了良好的教学效果。该实验教学系统具有设计先进、种类齐全、结构紧凑、使用方便、直观效果好等特点,体现了重视培养学生创新思想的理念,能够有效地提高学生工程实践的能力。详细阐述了实验系统的构成、功能、特点,完成的实验项目,并给出典型实例。

创新型计算机控制实验教学系统的研制浅说及实现

  关键词:实验教学;计算机;控制

  高校实验室是培育高素质创新型人才的重要基地,是传承文化、创新知识的重要场所,在建设创新型国家的进程中,负有重要的历史使命” 。为了加快培养创新型科技人才,以培养学生创新实践能力和社会需求为重点,结合多年来积累的实践教学经验和计算机及相关学科本、专科学生实践教学的特点,以及当前计算机应用领域较为先进、实用的几项技术,打破了传统的实验箱的实验方法和手段,采用了开放、独立、灵活、直观、学生可自选实验项目的实验板结构和设计理念,在国内率先研制开发了一套先进、完整、实用的实验教学系统。年初已经通过学校验收,并交付计算机专业07级500多名学生“计算机控制”实验课使用,受到广大同学重视,探索求知与动手实践的积极性高涨,实验教学效果显著。

  1、系统的构成及功能

  实验教学内容须具有科学性和先进性 ,本套实验教学系统由基础实验平台(LED显示和段码液晶显示2种)、创新实验平台(图形液晶显示)和音频量化与还原、超声波测距与温度控制、光照度与日历时钟应用、多机通信、LED点阵显示、步进电机控制与直流电机调控、重量测量与精度分析实验板等多种外围实验板及通信电缆和应用软件构成,其功能具体如下:

  (1)基础实验平台 基础实验平台包括LED主板和段码液晶 主板。这是一个功能完整的单片机开发平台实验板,包含3个数码管显示单元和2个输入开关,还有8个LED灯用来显示内部信号状态以利于调试。该实验板使用专用电缆与Pc机通信,具有程序下载调试功能,并且具有标准接口,能够支持简单的外围设备。

  (2)创新实验平台(图形液晶显示)。创新实验平台除具有基础实验开发平台的功能外,还包括一个液晶点阵显示屏,可以显示复杂的图形和文字 。创新实验平台的CPU具有64 KB存储单元,外部接口功能全面,可以支持各种复杂功能的外围设备。

  (3)音频量化 与还原实验板。该实验板与基础和创新实验平台结合,能够进行音频信号的转化、量化、存储和还原等操作,能够存储不超过10 S的音频信号,还可以完成声音多媒体等相关实验。

  (4)步进电机控制和直流电机调速实验板。该实验板安装有适合实验使用的小功率步进电机 和直流电机。它不仅能够以单相、双相、单双相等多种方式驱动步进电机,而且能够以PWM 方式驱动直流电机 。

  (5)超声波测距与温度控制实验板。该实验板能够发送和接收一定频率的超声波,完成超声波测距等实验 。同时,由于它包括一个由热电阻和集成温度传感器构成的温度控制系统,所以还可以进行温度控制,I c总线传输,闭环温度控制等实验。

  (6)光照度与日历时钟实验板。该实验板具有独特的光照度传感器单元和基于I C总线的Et历时钟芯片,能够完成光照度测量 等实验,并可与其他实验内容相结合,增加定时、闹钟等功能。

  (7)LED点阵实验板 。该实验板具有l6×16的LED点阵显示单元,能够以扫描方式显示各种图形和文字。

  (8)多机通信实验板。该实验板能够将多个开发平台连接在一起,完成多机协作、上下级处理等任务川 。

  2、系统的先进性及特点

  该实验教学系统的设计理念是突出学生创新能力的培养,除保留必要的基础性实验,增加综合性、设计性和创新性实验;实验教学与科研相融合,把我们在工业过程控制领域中取得的各种科研成果,及先进的控制算法引入实验研究内容,将科研成果转化成教学实验设备;由模块化实验板组成的实验教学系统灵活、直观、易组合扩展,实用性强,属国内独创,具有鲜明的特点。该实验教学系统使用先进的具有ISP功能的STC(51系列)单片机作为主CPU,通过1条专用电缆线与Pc机USB口相连,通过RS一232接口把Pc机上编译好的目标代码以ISP方式下载到该系统中,在Keil开发环境中进行程序仿真、调试及ISP下载。

  (1)单片机的选择。STC系列单片机具有速度快、功能强、低功耗、价格低Flash存储器从4~64 KB任选,并具有ISP、IAP、内部E PROM功能等优点;

  (2)USB接口供电。从USB接口窃电(PC机USB接口可提供电源:+5V/O.5A)整体设备耗电低,节约环保,同时对学生的错误操作具有保护性,避免了短路造成的设备损毁;

  (3)RS一232接口。设计统一的'接口,可以兼容不同的外围设备需求;

  (4)ISP方式下载。方便、快捷,省去了常规的台式直流稳压电源及编程器等设备;

  (5)Keil编译软件。该软件提供了很强的软件仿真功能,支持汇编和c语言;

  (6)单片机主系统集成两种显示单元,能够完成若干实验。

  创新开发平台除具有基础实验开发平台功能外,包含图形液晶显示等较为复杂的显示单元。能够支持较为复杂的显示需求,基础实验平台和创新实验平台,在满足常规教学需要的同时还可以进行课程设计、创新实验等。

  3、系统完成的实验项目及实例

  实验系统开出的实验项目内容新颖,实验平台先进,实用性强,属国内独创并率先使用,具有鲜明的特点。该实验系统完全能够满足计算机技术与应用、网络与信息安全、计算机软硬件、电子科学与技术、通信工程、自动化、仪器科学与电气工程等专业本、专科学生实验课教学。利用本系统,可以开设并完成多个单片机控制相关实验项目。

  3.1 典型实验项目

  3.2 实例—— 超声波测距实验

  超声波测距实验属国内首创。其设计思想体现了多年在工业过程控制领域中取得的成果。主要应用于倒车提醒、建筑工地、工业现场等距离测量,目前测距量程上可达百m,测量精度一般能达到厘米数量级。这对于促进专业实验的改革,将高水平的科研成果转化为高水平的教学实验是一种有益的尝试。