单片机EDA微机原理计算机组成实训台,电子系统实训台
2024-04-04 09:278~32位嵌入式单片机、EDA设计系统、微机原理和接口、计算机组成原理，这四个主题在电子工程和计算机科学领域中都具有非常重要的地位。以下是对这四个主题的详细解释：
8~32位嵌入式单片机
嵌入式单片机是计算机硬件中的核心组成部分，广泛应用于各种电子设备中。8位和32位单片机的主要区别在于其数据处理的位数和运算能力。8位单片机一次能处理8位数据，而32位单片机则能处理32位数据。这意味着32位单片机在处理大数据和复杂运算时具有更高的效率和速度。此外，32位单片机的寻址空间远大于8位单片机，可以支持更丰富的外设和更复杂的功能。
EDA设计系统
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）设计系统是一种利用计算机辅助设计软件完成超大规模集成电路芯片功能设计、综合、验证和物理设计的工具。EDA被誉为“芯片之母”，是电子设计的基石产业。在芯片技术领域，EDA软件的设计对于打破垄断、实现技术自主具有重大意义。
微机原理和接口
微机原理主要研究计算机的基本组成、工作原理以及各部分之间的相互关系。它涉及到数据的表示与运算、指令系统与指令流水线、存储器与存储器层次结构、输入输出系统以及中央处理器等方面。微机接口则主要研究CPU与外部设备之间的数据交换，包括I/O接口电路的结构、输入输出指令以及I/O端口的编址方式等。
计算机组成原理
计算机组成原理是计算机科学中的一个基础领域，它主要研究计算机系统的内部结构和功能。这包括中央处理器（CPU）的设计和工作原理、存储器的层次结构、输入输出系统的工作原理，以及总线系统等。通过对计算机组成原理的学习，可以更好地理解计算机的工作过程，为后续的软件开发和系统优化提供基础。
一、主要技术指标
1、输入电源：二相三线，交流220V±10%，50HZ
2、输出电源：
1）二相三线交流220V±10%/50HZ 4组，用于其它测量仪器的供电。
2）±5V直流电压源，输出电流2A； ±12V直流电压源 ， 输出电流0.7A；
3、装置容量：≦1.5KVA
4、外型尺寸：参考值1500×700×1300
5、工作环境：温度-10°C ～ +40°C,相对湿度85%（25C）
6、安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜30mA），过载保护
二、基本配置
1、实验桌
2、实验操作屏
三、实验桌
1、电子系统设计实验开发平台实验桌为铝合金台架结构，绝缘面板，桌面为防火、防水、耐 磨高密度板，结构坚固，造型美观大方。台体下部设有电脑主机托架，另设有一个抽屉，用于放置配件、工具及资料等。
四、实验操作屏
部件一：STM32F407开发实验模板
1、核心系统配置
1.1标配STM32F407核心板，可以根据客户要求扩展其它CPU核心板，所有核心板同一接口、同一尺寸。比如扩展DSP28335核心板+DSP仿真器、MSP430核心板+仿真器、51单片机核心板等。
1.2 一批设备里配一套DSP28335核心板+DSP仿真器。
1.3 一批设备里配一套STC8H8核心板,自带USB仿真下载器。
2、模板底板配置（以下内容全部集成在一个底板上，方便实验器材管理）
2.1 人机接口配置
2.1.1单色流水灯模块：8 个高亮绿色LED 灯
2.1.2 双色流水灯模块：6 个高亮LED灯，红黄绿三种颜色
2.1.3 双色LED灯模块：红绿双色LED 灯
2.1.4 8 位数码管模块：2 个四位一体共阳极数码管，2个74HC595 驱动芯片
2.1.5 1 位数码管模块：1 个 8 段数码管，共阳极，0.56 英寸
2.1.6 红绿双色点阵模块：3 个74HC595 驱动芯片，一个红绿双色点阵显示屏
2.1.7 LCD1602 液晶屏模块：标准 LCD1602 液晶屏接口，1 个带背光的 LCD1602 液晶屏
4.1.8 LCD12864 液晶屏模块：标准LCD12864 液晶屏接口，支持串行、并行液晶屏
4.1.9 OLED 显示模块：0.96 寸 OLED 液晶屏，128*64 显示(选配）
2.1.10 TFT 彩屏模块：彩屏采用串行通信方式 ，支持触摸屏控制，带背光开关配套2.8 寸彩屏，带触屏功能，262K 色。
2.1.11 8 个独立按键：8 个独立按键，带上拉电阻
2.1.12 4X4 矩阵键盘：4行4列矩阵键盘，带上拉电阻
2.1.13 五向摇杆：一个五向摇杆，具有上、下、左、右、中五个方向
2.1.14 蜂鸣器模块：无源蜂鸣器
2.1.15 DS1302 时钟模块：DS1302 芯片，模块带后背电池座
2.2 传感器模块
2.2.1 两路DS18B20 模块：两路 DS18B20 温度传感器接口
2.2.2 光敏传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED灯，支持光敏二极管、光敏电阻等光电开关器件
2.2.3 火焰传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED 灯，支持火焰传感器
2.2.4霍尔传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED 灯，支持霍尔传感器
2.3 电器控制模块
2.3.1路直流电机接口：ULN2003 驱动芯片。一路可调速直流电机接口； 一路可调速、可调向双功能电机接口
2.3.2 2路步进电机接口：2 个ULN2003驱动芯片。两个标准5线4相步进电机接口
2.3.3 2路继电器：ULN2003 驱动芯片，两个5V 继电器，两个3P 接线端子
2.4 数据传输、存储模块
2.4.1 2路串口：SP3232 芯片，SOP16 封装，+3.0v-+5V 工作电压，公头串口座一个，母头串口座一个，状态指示灯4 个
2.4.2 AT24C02 存储模块：AT24C02 芯片，SOP8 封装
2.4.3 模拟量输入模块：0V-5V 输入可调，0R-10K 电阻值可调
2.4.4 串转并模块：74HC164 芯片，SOP14 封装
2.4.5 并转串模块：74HC165 芯片,SOP16 封装
2.4.6 SD 卡模块：标准SD卡卡槽，SPI 控制，4-bit 传输模式
2.4.7 MAX485 模块：MAX485 芯片，1 组 2P 接线端子输出，1 组插针输出。
2.4.8 红外发射模块：红外发射二极管
2.4.9 红外接收模块：HX838 红外一体化接收头
2.4.10 PCF8591 AD/DA 模块：PCF8591 芯片，4路模拟量输入，1 路模拟量输出，IIC通信。
2.4.11 锁存器模块：74HC573 锁存芯片，兼容标准CMOS
2.4.12 三八译码器：74LS138 芯片，TTL 电平
2.4.13 核心板扩展接口：接口插座29P 两排，IO 扩展插针 28P 两排
2.5 电源模块
2.5.1 3V3 电源电路：LM1117-3V3 稳压芯片
2.5.2 1V8 电源模块：LM1117-1V8 稳压芯片
2.5.3 电源引出：GND/5V/3V3/1V8 电源各一组，每组 6 路引出
2.5.4 模块名称：USB 接口，mini USB,A 型母头，D+ ，D-
2.5.5 自恢复保险丝：断开电流300ma
3、软件
3.1、集成多种单片机兼容的通用 KEIL 软件环境，支持汇编和 C 语言的编程、编译、链接和源程序级调试和在线下载。
3.2、在线下载软件：STC_ISP_V479
3.3、MGCS 工业组态软件
3.4、C 语言编程单片机应用设计例程
3.5、MGCS 工业组态软件与单片机接口例程
部件二：EDA/SOPC系统综合开发模板
详细硬件资源
1、 EP4CE30 FPGA核心板
1.1核心板采用6层高精度PCB设计，系统运行更加稳定、可靠。
1.2主芯片采用Altera公司的CycloneIV系列级FPGA EP4CE30F19A7，门电路高达300万门。
1.3 FPGA配置芯片采用EPCS16，容量高达16M BIT，擦写次数高达上万次。
1.4提供JTAG编程模式。
1.5提供USB-BLASTER下载编程电缆。
1.6一路50M高速、稳定的时钟源。
1.7一路系统复位电路。
1.8系统电源管理模块能够提供+5V、+3.3V、+2.5V、1.2V等多种不同电压的电源输出供系统使用，每路均带过流、过压保护。
1.9一路16M*16BIT SDRAM。
1.10系统提供四位LED灯和四位复位按键。
1.11核心板提供与核心板其它资源不复用的130个以上的IO供用户二次开发使用。
2、EDA/SOPC系统板
2.1标配854*480 24位 TFT彩色串行LCD显示。用户可更换不同规格的显示屏。与屏配套标配电容触摸屏。
2.2 1个模拟信号发生器模块，可提供频率、幅度均可调的正弦波、三角波、方波等信号波形。
2.3 1个数字时钟输出模块，可提供24M至1HZ的数字脉冲信号。
2.4 1个8位高速并行ADC电路模块，速度高达40 Msps。
2.5 1个8位高速并行DAC电路模块速度高达33 Msps。
2.6 1个12位串行A/D转换电路。
2.61个12位串行D/A转换电路。
2.7 1个VGA接口模块。
2.8 1个HDMI视频输出模块。
2.9 1个USB转串口设备接口。
2.10 1个Ethernet10M/100M高速接口模块。
2.11 2个PS2接口模块，可以接键盘或鼠标。
2.12 1个I2C接口的E2PROM，型号为AT24C08N。
2.13 1个音频CODEC模块（喇叭、蜂鸣器可选择，音量可调节）。
2.14 1个RTC实时时钟芯片，具有时钟掉电保护、电池在线式充电功能。
2.15 12个拨动开关和12个按键开关输入。
2.16 12个发光LED显示。
2.17 1个八位七段码管显示模块。
2.18 16x16矩阵led点阵显示模块。
2.19 4X4矩阵键输入模块
2.20 1个电压控制的直流电机和1个四相的步进电机模块。
2.21 1个数字温度传感和1个霍尔传感器模块。
2.22 LH—EXT高速接口模块。
五、可以开展的实验项目
5.1 STM32嵌入式基础实验：流水灯实验、彩灯、交通灯实验；电子钟显示、 双色点阵屏滚动、静态显示字符、汉字等；LCD1602 液晶屏、LCD12864 液晶屏和OLED 屏以及TFT 彩屏图像显示实验等；矩阵键盘控制、游戏控制杆、音乐播放、报警提示等 。
5.2 传感器实验：温度测量、光电开关实验、火灾报警、火焰检测、测速、电磁检测等实验。
5.3 电器控制实验：直流电机调速、调向的驱动实验、步进电机调速、调向、调角度的驱动实验、继电器控制实验。
5.4 数据传输、存储实验：串口232和485通信实验、外部存储器读写、各种数据转换、红外无线收发实验等
5.5 工业组态软件MCGS编程实验：工业组态软件MCGS在单片机控制中的应用实验，包括1）步进电机控制实验_总线控制2）直流电机控制实验_总线控制3）工业顺序控制实验_位控制4）数据采集实验_总线控制5）数字电压表实验6交通灯控制实验等。
5.6工业组态软件和微控制器的接口编程实验
5.7 EDA实验与电子设计竞赛实验内容：1）简单的QUARTUSII实例设计2）格雷码编码器的设计3）含异步清零和使能的加法计数器4）八位七段数码管显示电路的设计5）数控分频器的设计6）图形和语言混合输入电路设计7）步长可变的加减计数器的设计8）乘法器、全加器、脉冲发生器、触发器、矩阵键盘显示、点阵显示、直流电机的测速、步进电机控制、DDS信号发生器9）PLL锁相环IP设计、数字秒表的设计、出租车计费器的设计
5.8 Qsys 32位处理器示例实验：简单Qsys系统设计、PIO IP核设计、SDRAM IP核设计、 SPI Flash编程实验、PIO IP核-中断设计、 基于Timer IP核的定时器的设计、UART串口通迅实验、串行AD/DA-SPI核设计、信号发生器-SPI核设计、1602液晶显示实验、点阵字符显示实验、SDRAM读写操作实验、1-WIRE数字温度计的设计等。
8~32位嵌入式单片机
嵌入式单片机是计算机硬件中的核心组成部分，广泛应用于各种电子设备中。8位和32位单片机的主要区别在于其数据处理的位数和运算能力。8位单片机一次能处理8位数据，而32位单片机则能处理32位数据。这意味着32位单片机在处理大数据和复杂运算时具有更高的效率和速度。此外，32位单片机的寻址空间远大于8位单片机，可以支持更丰富的外设和更复杂的功能。
EDA设计系统
EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）设计系统是一种利用计算机辅助设计软件完成超大规模集成电路芯片功能设计、综合、验证和物理设计的工具。EDA被誉为“芯片之母”，是电子设计的基石产业。在芯片技术领域，EDA软件的设计对于打破垄断、实现技术自主具有重大意义。
微机原理和接口
微机原理主要研究计算机的基本组成、工作原理以及各部分之间的相互关系。它涉及到数据的表示与运算、指令系统与指令流水线、存储器与存储器层次结构、输入输出系统以及中央处理器等方面。微机接口则主要研究CPU与外部设备之间的数据交换，包括I/O接口电路的结构、输入输出指令以及I/O端口的编址方式等。
计算机组成原理
计算机组成原理是计算机科学中的一个基础领域，它主要研究计算机系统的内部结构和功能。这包括中央处理器（CPU）的设计和工作原理、存储器的层次结构、输入输出系统的工作原理，以及总线系统等。通过对计算机组成原理的学习，可以更好地理解计算机的工作过程，为后续的软件开发和系统优化提供基础。
DB-TH06 电子系统设计实验开发平台
（参考图）
电子系统设计实验开发平台集实验桌、实验开发平台、电脑（选配）、示波器(选配)等于一体，实验开发平台采用固定式(或挂件式)设计，配置灵活，方便安装维护,可无限扩展不同的实验系统，包括8-32位嵌入式单片机、EDA设计系统、微机原理和接口、计算机组成原理等。（参考图）
一、主要技术指标
1、输入电源：二相三线，交流220V±10%，50HZ
2、输出电源：
1）二相三线交流220V±10%/50HZ 4组，用于其它测量仪器的供电。
2）±5V直流电压源，输出电流2A； ±12V直流电压源 ， 输出电流0.7A；
3、装置容量：≦1.5KVA
4、外型尺寸：参考值1500×700×1300
5、工作环境：温度-10°C ～ +40°C,相对湿度85%（25C）
6、安全保护：接地保护，漏电保护（动作电流＜30mA），过载保护
二、基本配置
1、实验桌
2、实验操作屏
三、实验桌
1、电子系统设计实验开发平台实验桌为铝合金台架结构，绝缘面板，桌面为防火、防水、耐 磨高密度板，结构坚固，造型美观大方。台体下部设有电脑主机托架，另设有一个抽屉，用于放置配件、工具及资料等。
四、实验操作屏
部件一：STM32F407开发实验模板
1、核心系统配置
1.1标配STM32F407核心板，可以根据客户要求扩展其它CPU核心板，所有核心板同一接口、同一尺寸。比如扩展DSP28335核心板+DSP仿真器、MSP430核心板+仿真器、51单片机核心板等。
1.2 一批设备里配一套DSP28335核心板+DSP仿真器。
1.3 一批设备里配一套STC8H8核心板,自带USB仿真下载器。
2、模板底板配置（以下内容全部集成在一个底板上，方便实验器材管理）
2.1 人机接口配置
2.1.1单色流水灯模块：8 个高亮绿色LED 灯
2.1.2 双色流水灯模块：6 个高亮LED灯，红黄绿三种颜色
2.1.3 双色LED灯模块：红绿双色LED 灯
2.1.4 8 位数码管模块：2 个四位一体共阳极数码管，2个74HC595 驱动芯片
2.1.5 1 位数码管模块：1 个 8 段数码管，共阳极，0.56 英寸
2.1.6 红绿双色点阵模块：3 个74HC595 驱动芯片，一个红绿双色点阵显示屏
2.1.7 LCD1602 液晶屏模块：标准 LCD1602 液晶屏接口，1 个带背光的 LCD1602 液晶屏
4.1.8 LCD12864 液晶屏模块：标准LCD12864 液晶屏接口，支持串行、并行液晶屏
4.1.9 OLED 显示模块：0.96 寸 OLED 液晶屏，128*64 显示(选配）
2.1.10 TFT 彩屏模块：彩屏采用串行通信方式 ，支持触摸屏控制，带背光开关配套2.8 寸彩屏，带触屏功能，262K 色。
2.1.11 8 个独立按键：8 个独立按键，带上拉电阻
2.1.12 4X4 矩阵键盘：4行4列矩阵键盘，带上拉电阻
2.1.13 五向摇杆：一个五向摇杆，具有上、下、左、右、中五个方向
2.1.14 蜂鸣器模块：无源蜂鸣器
2.1.15 DS1302 时钟模块：DS1302 芯片，模块带后背电池座
2.2 传感器模块
2.2.1 两路DS18B20 模块：两路 DS18B20 温度传感器接口
2.2.2 光敏传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED灯，支持光敏二极管、光敏电阻等光电开关器件
2.2.3 火焰传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED 灯，支持火焰传感器
2.2.4霍尔传感器模块：集成 LM393 比较器，基准电压可调电阻、模拟量输出接口、数字量输出接口、模拟量指示LED 灯，支持霍尔传感器
2.3 电器控制模块
2.3.1路直流电机接口：ULN2003 驱动芯片。一路可调速直流电机接口； 一路可调速、可调向双功能电机接口
2.3.2 2路步进电机接口：2 个ULN2003驱动芯片。两个标准5线4相步进电机接口
2.3.3 2路继电器：ULN2003 驱动芯片，两个5V 继电器，两个3P 接线端子
2.4 数据传输、存储模块
2.4.1 2路串口：SP3232 芯片，SOP16 封装，+3.0v-+5V 工作电压，公头串口座一个，母头串口座一个，状态指示灯4 个
2.4.2 AT24C02 存储模块：AT24C02 芯片，SOP8 封装
2.4.3 模拟量输入模块：0V-5V 输入可调，0R-10K 电阻值可调
2.4.4 串转并模块：74HC164 芯片，SOP14 封装
2.4.5 并转串模块：74HC165 芯片,SOP16 封装
2.4.6 SD 卡模块：标准SD卡卡槽，SPI 控制，4-bit 传输模式
2.4.7 MAX485 模块：MAX485 芯片，1 组 2P 接线端子输出，1 组插针输出。
2.4.8 红外发射模块：红外发射二极管
2.4.9 红外接收模块：HX838 红外一体化接收头
2.4.10 PCF8591 AD/DA 模块：PCF8591 芯片，4路模拟量输入，1 路模拟量输出，IIC通信。
2.4.11 锁存器模块：74HC573 锁存芯片，兼容标准CMOS
2.4.12 三八译码器：74LS138 芯片，TTL 电平
2.4.13 核心板扩展接口：接口插座29P 两排，IO 扩展插针 28P 两排
2.5 电源模块
2.5.1 3V3 电源电路：LM1117-3V3 稳压芯片
2.5.2 1V8 电源模块：LM1117-1V8 稳压芯片
2.5.3 电源引出：GND/5V/3V3/1V8 电源各一组，每组 6 路引出
2.5.4 模块名称：USB 接口，mini USB,A 型母头，D+ ，D-
2.5.5 自恢复保险丝：断开电流300ma
3、软件
3.1、集成多种单片机兼容的通用 KEIL 软件环境，支持汇编和 C 语言的编程、编译、链接和源程序级调试和在线下载。
3.2、在线下载软件：STC_ISP_V479
3.3、MGCS 工业组态软件
3.4、C 语言编程单片机应用设计例程
3.5、MGCS 工业组态软件与单片机接口例程
部件二：EDA/SOPC系统综合开发模板
详细硬件资源
1、 EP4CE30 FPGA核心板
1.1核心板采用6层高精度PCB设计，系统运行更加稳定、可靠。
1.2主芯片采用Altera公司的CycloneIV系列级FPGA EP4CE30F19A7，门电路高达300万门。
1.3 FPGA配置芯片采用EPCS16，容量高达16M BIT，擦写次数高达上万次。
1.4提供JTAG编程模式。
1.5提供USB-BLASTER下载编程电缆。
1.6一路50M高速、稳定的时钟源。
1.7一路系统复位电路。
1.8系统电源管理模块能够提供+5V、+3.3V、+2.5V、1.2V等多种不同电压的电源输出供系统使用，每路均带过流、过压保护。
1.9一路16M*16BIT SDRAM。
1.10系统提供四位LED灯和四位复位按键。
1.11核心板提供与核心板其它资源不复用的130个以上的IO供用户二次开发使用。
2、EDA/SOPC系统板
2.1标配854*480 24位 TFT彩色串行LCD显示。用户可更换不同规格的显示屏。与屏配套标配电容触摸屏。
2.2 1个模拟信号发生器模块，可提供频率、幅度均可调的正弦波、三角波、方波等信号波形。
2.3 1个数字时钟输出模块，可提供24M至1HZ的数字脉冲信号。
2.4 1个8位高速并行ADC电路模块，速度高达40 Msps。
2.5 1个8位高速并行DAC电路模块速度高达33 Msps。
2.6 1个12位串行A/D转换电路。
2.61个12位串行D/A转换电路。
2.7 1个VGA接口模块。
2.8 1个HDMI视频输出模块。
2.9 1个USB转串口设备接口。
2.10 1个Ethernet10M/100M高速接口模块。
2.11 2个PS2接口模块，可以接键盘或鼠标。
2.12 1个I2C接口的E2PROM，型号为AT24C08N。
2.13 1个音频CODEC模块（喇叭、蜂鸣器可选择，音量可调节）。
2.14 1个RTC实时时钟芯片，具有时钟掉电保护、电池在线式充电功能。
2.15 12个拨动开关和12个按键开关输入。
2.16 12个发光LED显示。
2.17 1个八位七段码管显示模块。
2.18 16x16矩阵led点阵显示模块。
2.19 4X4矩阵键输入模块
2.20 1个电压控制的直流电机和1个四相的步进电机模块。
2.21 1个数字温度传感和1个霍尔传感器模块。
2.22 LH—EXT高速接口模块。
五、可以开展的实验项目
5.1 STM32嵌入式基础实验：流水灯实验、彩灯、交通灯实验；电子钟显示、 双色点阵屏滚动、静态显示字符、汉字等；LCD1602 液晶屏、LCD12864 液晶屏和OLED 屏以及TFT 彩屏图像显示实验等；矩阵键盘控制、游戏控制杆、音乐播放、报警提示等 。
5.2 传感器实验：温度测量、光电开关实验、火灾报警、火焰检测、测速、电磁检测等实验。
5.3 电器控制实验：直流电机调速、调向的驱动实验、步进电机调速、调向、调角度的驱动实验、继电器控制实验。
5.4 数据传输、存储实验：串口232和485通信实验、外部存储器读写、各种数据转换、红外无线收发实验等
5.5 工业组态软件MCGS编程实验：工业组态软件MCGS在单片机控制中的应用实验，包括1）步进电机控制实验_总线控制2）直流电机控制实验_总线控制3）工业顺序控制实验_位控制4）数据采集实验_总线控制5）数字电压表实验6交通灯控制实验等。
5.6工业组态软件和微控制器的接口编程实验
5.7 EDA实验与电子设计竞赛实验内容：1）简单的QUARTUSII实例设计2）格雷码编码器的设计3）含异步清零和使能的加法计数器4）八位七段数码管显示电路的设计5）数控分频器的设计6）图形和语言混合输入电路设计7）步长可变的加减计数器的设计8）乘法器、全加器、脉冲发生器、触发器、矩阵键盘显示、点阵显示、直流电机的测速、步进电机控制、DDS信号发生器9）PLL锁相环IP设计、数字秒表的设计、出租车计费器的设计
5.8 Qsys 32位处理器示例实验：简单Qsys系统设计、PIO IP核设计、SDRAM IP核设计、 SPI Flash编程实验、PIO IP核-中断设计、 基于Timer IP核的定时器的设计、UART串口通迅实验、串行AD/DA-SPI核设计、信号发生器-SPI核设计、1602液晶显示实验、点阵字符显示实验、SDRAM读写操作实验、1-WIRE数字温度计的设计等。