(创新管理)传感器与检测
技术群体课程创新实验平
台
实践问题的能力和积累解决实践问题的经验，进而培养其创新精神和创新能力。
二、特点
1．模块化设计：采用标准的模块化设计，增强系统的结构性和互换性。
2．总线标准：建立统一的内总线和接口约定，以实现最灵活的个性化配置、扩展和系统管
理。
3．可更换的核心系统：为适应不同厂家的处理器、不同种类的处理器，通过改变系统核心
卡来实现使用不同家族的单片机或者是不同种类的处理器(如 MCU、DSP、ARM)等来组成系统。
4．快速连接线设计：提供三种连线方式
①采用金质缩紧孔单线接线；
②采用排线集中接线；
③自动免连线模式接线。各模块在设计时均融入三种连线方式于设计过程。
5．一机多用：采用实验现场与实验准备室相结合的设计构思，在实验装置上仅配备最常用
的模块，在实验装置内放置次常用模块，在实验准备室中放置其他模块。由此实现了该实验
装置能够实现一机多用、便于扩展和综合的目标。
6．接近工程实际：实验装置上采用多种工业型传感器，既可以用来完成传感器原理、结构
与调理电路的教学，也可以用解决工业工程和过程中的实际问题。
7．学以致用：构成实验装置中的智能仪器的各模块，在其设计时充分体现实际系统的抗干
扰设计技术和可靠性设计技术，其核心卡可作为实际智能仪器的核心单元。实验装置中信号
转换与信号调理电路采用工业和工程实际中所采用的成熟电路。实验装置中使用的各种数字
信号处理方法，采用典型的也是未来实践系统首选的数字信号处理手段，具有很强的工程实
用特征。
8．持续发展：结合单片机、嵌入式单片、FPGA／CPLD、DSP及 ARM知识可以将检测系统或智
能仪器提高到更高的层次。
9．智能仪器仪表设计：结合工程实际给出了一个将常规仪器实现智能化的实例。
10．虚拟仪器仪表设计：结合数据采集卡设计虚拟仪器仪表。
11．研究与创新能力培养：实验装置中选用的几项综合型实验，是典型的检测仪表或工业应
用系统的微型化，既能够使学习者领略检测技术的典型应用和掌握成熟可靠的检测系统的设
计技术，又是培养和发挥学生创新能力、开展创新实验的实验平台。
l2．开放式设计：实验装置中的软、硬件及系统均按照全开放的思想进行设计，以便于学生
开展研究型和创新型的实验。
13．最小知识单元：为每个模块均可拆分到该知识层次的最小知识单元。
三、适用范围
实验台主要针对高校大学生课程设计、毕业设计和电子设计竞赛的开发平台，体现了灵
活、开放、创新、综合、跨领域、跨专业的设计理念。其功能扩展模块覆盖了多个专业多门
课程，适合电子类、通信类、自动化类、计算机类、机电类、测控仪器类等专业的学生进行
综合、创新设计。
四、结构简介
本装置由控制屏，实验桌、活动挂箱及扩展模块、实验箱组成。实验台美观大方，尺寸
可选；活动挂箱包括 CPU挂箱、接口挂箱、对象挂箱、ARM挂箱、DSP挂箱；其功能扩展模
块覆盖了多个专业多门课程，包含 CPU类、通用接口类、人机界面类、信号变换隔离类、通
信类、执行机构类、传感器类共 40多项。
五、技术指标
1．输入电源：单相三线 220V±10％50Hz
2．工作环境：温度 10℃～+40℃相对湿度<85％(25℃)海拔<4000m
3．绝缘电阻：大于 3MΩ
4．漏电保护：漏电动作电流不大于 30mmA，动作时间不大于 0．1秒
5．装置容量：<200VA
6．外形足寸：1620mm×750mm×1600mm，以实物为准。
六、装置的配备及技术性能
本装置主要由实验控制屏和实验桌两部分组成。
（一）实验控制屏
1电源及保护体系
（1）直流稳压电源，每套功能配置如下：
①±5V／lA和±15V／1A各两路，一路+24V／lA，均具有短路软截止自动恢复保护功能；
②O～3OV／1A连续可调电源一路，具有短路软截止自动恢复保护功能，带数显电压表
切换指示；
（2）实验装置设有漏电保护，控制屏若有漏电现象，漏电流超过一定值，即切断电源，
对人身安全起到一定的保护。
2．仪器仪表
（1）信号发生器：lk～10kHz音频信号；l～30Hz低频信号。
（2）数字式电压表：量程 0～20v，分为 200mv、2V、20V三档，输入阻抗大，精度高
（3）频率／转速表：频率测量范围 l～99991Hz，转速测量范围 1-9999rpm
（4）高精度温度调节仪：多种输入输出规格，人工智能调节以及参数自整定功能，先
进控制算法，温度控制精度±0．5℃
3．传感器由多种传感器和信号调理模块组成
（1）转动源部分：转动源、霍尔传感器、光电传感器；应变片称重传感器；可更换的
传感器：差动变压器传感器、电容传感器、涡流传感器、霍尔位移传感器、磁电式传感器、
光纤位移传感器、湿敏传感器、酒精传感器。
（2）振动源部分：应变片振动台、压电电传感器；
（3）气体压力传感器部分：气压源、两气压计、气体压力传感器。
（4）热敏电阻传感器，热电偶传感器，PTl00铂电阻等。
（5）（选配模块）长光栅位移传感器部分：长光栅位移传感器；圆光栅角位移部分：光
电编码器，配多功能智能计数器、环境噪声传感器、光照传感器、色标传感器、红外反射式
传感器
3．实验挂箱及实验模块，挂件尺寸：468*330mm
（1）控制器单元挂箱：配有 8051单片机模块、C8051嵌入式单片机模块、其他 CPU外围单
元、译码模块、和常用接口模块。
（2）信号转换单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm
配有 8位并行 AD模块、12位并行 AD模块、8位并行 DA模块、12位并行 DA模块、I／O口
扩展模块、转换模块(模块 PCB板尺寸：176*90mm)
（3）通信与打印机单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm
配有 RS232／RS485通信模块、USB通信模块，网络控制器模块、CAN总线模块(模块 PCB板
尺寸：176*90mm>)、打印机放在挂箱底板上
（4）键盘与显示单元挂箱，挂件尺寸：234*330mm
配有显示(静态显示、动态显示、液晶显示)模块、16*16点阵显示模块、4X4键盘模块(模块
PCB板尺寸：176*90mm)
（5）对象控制单元挂箱（一），挂件尺寸：234*330mm
配备有开关量输出模块、开关量输入模块、光耦隔离模块、继电器模块(模块 PCB板尺寸：
176*90mm)
（6）对象控制单元挂箱（二），挂件尺寸：234*330mm
配备有 IC卡读写模块、步进电机模块、直流小电机模块、语音处理模块、交通灯模块、
PWM调制模块(模块 PCB板尺寸：176*90mm)
（7）ARM9单元挂箱，挂件尺寸：468*330mm
配有完成 ARM9实验的基本模块(核心板 ARM9)
（8）信号与系统实验挂箱 468*330mm
（9）自控原理与计算机控制挂箱模块（两块：一、468*330mm；二、234*330mm）
（10）测控电路实验挂箱模块（两块：一、468*330mm；二、234*330mm）
七、实验挂箱具体硬件资源
1．控制器单元挂箱：挂箱主要用于插接不同的 CPU模块。挂箱上包含了 CPU模块的接口插
座和基本实验电路及系统扩展电路，可单独完成大部分的基本实验，挂箱上有三个(40P、
40P、20P)扁平电缆接口槽用于和其他挂箱连接。挂箱上的资源如下：
（1）8155接口模块
（2）8255接口模块
（3）8279键盘显示接口模块
（4）8253可编程定时器模块
（5）硬件看门狗电路模块
（6）I2CEEROM模块
（7）8250模块
（8）8251模块
（9）I2C存储器模块
（10）I2C时钟模块
（11）单次脉冲模块
（12）93C46串行 EEPROM模块
（13）红外线收发模块
（14）DS18B20数字温度传感器模块
（15）开关量输入模块
（16）关量输出模块
控制器单元挂箱支持 CPU模块和译码模块：
模块名称 功能指标
51系列 CPU模块
支持 80C31、80C51，含 32KSRAM、64KROM组成数据总线、地址总
线和控制总线
Cygnal51CPU模块
采用美国 Cygnal公司的嵌入式单片机 C8051F020芯片，含
32KSRAM，组成数据总线、地址总线和控制总线
译码模块 采用 LATTICE公司的 ispLSI1016E完成整个系统的译码工作
2.信号转换单元挂箱：
挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和控制器单元挂箱信号连接。
挂箱支持的模块：
模块名称 功能指标
8位并行 AD模块 由 AD0809模数转换电路组成 8路 8位 AD。
8位并行 DA模块 由两只 DA0832数模转换电路组成 2路 8位 DA。
12位并行 AD模块 由 AD574模数转换电路组成 12位 AD。
12位并行 DA模块 由 TLV5613数模转换电路组成 12位 DA。
I/O扩展模块
由两块 74LS244芯片扩展成 16路并行输入电路。
由两块 74LS273芯片扩展成 16路并行输出电路。
用 74LS164芯片组成串转并输出电路。
用 74LS165芯片组成并转串输入电路。
转换模块
用 LM311实现 V/F电路和 F/V电路
用 TLC549芯片组成串行 AD转换电路。
用 TLC5615芯片组成串行 DA转换电路。
3．通信与打印机单元挂箱：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂
箱信号连接，打印机装在挂箱的底板上。
挂箱支持的模块：
模块名称 功能指标
RS232CAN总线通信模块 由 MAX232 芯片组成 RS232通信电路，MAX485芯片组成 RS485通
信电路。
由 SJA1000芯片和 TJA1050芯片组成 CAN总线电路。
USB通信模块 由 1581芯片组成 通信模块
网络控制器模块 采用 RTL8019AS芯片
4．显示与键盘单元挂箱：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱
信号连接。
挂箱支持的模块：
模块名称 功能指标
静态显示模块 由 74LS164芯片驱动
动态显示模块 采用 8位 8段 LED数码管。
液晶显示模块 提供 128*64点阵的液晶显示屏
CPLD模块 采用 LATTICE公司 1032芯片
4*4行列式键盘 公共键盘
5、对象挂箱(一)：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连
接。
挂箱支持的模块：
模块名称 功能指标
继电器模块 由两个 5V继电器、2个 12V继电器和 2个 24V继电器组成。
光耦隔离模块 由 3个 TLP521-4芯片组成 12入 12出。
LED显示模块 用 16个 LED灯组成逻辑电平测试电路
开关量模块 用 16个按键组成高低电平输出电路
6、对象挂箱(二)：挂箱上有三个（40P、40P、20P）扁平电缆接口槽用于和其他挂箱信号连
接。
挂箱支持的模块：
模块名称 功能指标
IC卡读写模块 I2C总线实现 IC卡的读写及识别
直流电机 带驱动小直流电机，测速部分由 1个霍尔传感器组成
步进电机 采用四相步进电机，带驱动电路
交通灯模块 采用 16个 LED灯和四位数码管组成。
语音处理模块 采用 1730专用语音芯片组成
PWM调制模块 由 324运放芯片组成,用于小直流电机调速
7、ARM9单元挂箱
（1）CPU模块：（三星 S3C2410微处理器，ARM9内核，可稳定运行多种嵌入式实时操作系
统。）
内存 SDRAM：64M。
Flash：8M
标准 RS232接口：采用 MAX3232专用电平转换芯片。
以太网接口：采用专用的网络芯片 DM9000和带有网络变压器的网络接口，支持 100M以
太网。
声卡：AC97标准 UDA1341、音频输入、双声道 mic输出
USB从接口：采用 S3C2410自带的控制器。
USB从接口：采用 S3C2410自带的控制器。
（2）面板包括资源（标准配置）
直流电机、步进电机、LED、8*8LED点阵，4位 8段数码管，键盘单元、A/D转换单元（板
载电位器电压输入）、D/A转换单元、通用 SD卡和 SMC卡接口单元、IIS接口、寸 TFT真
彩液晶屏，分辨率 480*272，带 4线电阻式触摸屏；JTAG接口（20针标准 ARM仿真接口），3
个 RS232串口，485通信接口，CAN通信接口（带光电隔离），数字温度传感器 LM75，
I2CEEPROM24C16。
（4）选配模块单元：
GPRS模块、GSM模块（可以实现收发短信，打电话等功能）。
DSP扩展模块
FPGA扩展模块
射频卡扩展模块
ZIGBEE扩展模块
指纹扩展模块
USB摄像头模块
ARM实时仿真器
8、DSPCPU挂箱:采用 TI公司的 TMS320VC5416芯片。
（1）、主 CPU（DICE-5416EVM）模块：采用 TI公司 TMS320C5416DSP芯片，该模块上的
资源有。4mbitflash256k*16bitSRAM2500gateCPLD5416模块上留有 JTAG插口，用户可以通
过仿真器和 CCS下载程序和进行实验；
（2）、图象、语音 AD/DA模块：语音模块采用 TLC320AD50芯片，最高抽样率为 ，
图象采用高速 AD（TLC5510）和高速的 DA（TLC5602）；同时 TLC5510和 TLC5602又可做普通
的 AD、DA
（ 3）、通讯模块：本系统可做串口、并口实验，串口实验：采用热门器件
（MAX3111ECWI）来完成跟计算机的异步通讯，其传输速率达 230Kbps；并口实验：利用并口
与 DSP的 HPI直接实现跟计算机数据传输，其传输速率达 2Mbps；
（4）、温度、电机控制模块：电机控制模块自带一个闭环直流电机（12V）和一个步进
电机（12V），利用电机控制模块可做直流电机和步进电机控制方面的实验，温度传感采用流
行热门器件一线集成温度传感器（DS18B20），测温范围为－55℃－100℃精度为 9位、12位。
（5）、信号源模块：本模块提供两路（1Hz－60KHz）信号源，且正弦波的频率、幅度均
可调节，其中还提供两路信号的混频电路，为实时的滤波算法提供了混频输入信号；
（6）、键盘显示模块：本模块有：1、128*64的图形点阵液晶屏，利用 LCD显示模块可
做各种图形、实时波形显示方面的实验；2、八位数码管；3、八个指示灯；4、八个按键输
入；为实验仪提供了基本的输入、输出设备。为二次开发提供了丰富的人机界面资源；
（7）、二次开发模块：可扩展双 CPU板（包括 2000系列板或 5000系列板）ARM板，软
件无线电板，MP3、以太网板等。（选配）
八、基本实验项目
(一) 传感器实验项目
(1)金属箔式应变片一单臂电桥性能实验
(2)金属箔式应变片一半桥性能实验
(3)金属箔式应变片一全桥性能实验
(4)直流全桥的应用一电子秤实验
(5)交流全桥的应用一振动测量实验
(6)扩散硅压阻压力传感器差压测量实验
(7)差动变压器的性能实验
(8)激励频率对差动变压器特性的影响实验
(9)差动变压器零点残余电压补偿实验
(10)差动变压器的应用一一振动测量实验
(11)电容式传感器的位移特性实验
(12)电容传感器动态特性实验
(13)直流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
(14)交流激励时霍尔式传感器的位移特性实验
(15)霍尔测速实验
(16)霍尔式传感器振动测量实验
(17)磁电式转速传感器的测速实验
(18)压电式传感器振动实验
(19)电涡流传感器的位移特性实验
(20)被测体材质、面积大小对电涡流传感器的
特性影响实验
(21)光纤传感器的位移特性实验
(22)光电转速传感器的转速测量实验
(23)PTl0温度控制实验
(24)集成温度传感器 AD590的温度特性验
(25)铂电阻温度特性实验
(26)K型热电偶测温实验
(27)E型热电偶测温实验
(28)气敏传感器实验
(29)湿敏传感器实验
(30)转速控制实验
选配模块实验：
（31）光栅尺测量实验
（32）光电编码器实验
（33）环境噪声测量实验
（34）光照强度测量实验
（35）红外反射式传感器物件计数实验
（36）色标传感器颜色识别实验
(二)单片机实验项目
1、MCS-51单片机实验项目：
软件部分实验：
1．清零程序田
2． 2．拆字程序
3．拼字程序
4． 4．数据区传送子程序
5．数据排序实验
6．查找相同数据个数
7．无符号双字节快速乘法子程序
8．多分支程序
9．多分支程序
10．电脑时钟实验
硬件部分实验：
1．P1口亮灯实
2．P1口转弯灯实验
3．口输入，P1口输出实验
4．工业顺序控制实验
5．8255A、B、C口输出方波实验
6．8255PA口控制 PB口
7．8255控制交通灯
8．简单 I/O扩展实验
9．并行 ADC0809转换实验
10．并行 DAC0832转换实验
11．8279键盘显示实验
*12.通用打印机实验
单总线温度测量实验
28.红外线遥控收发实验
29.串行 A/DTLC549转换实验
30.串行 10位 D/ATLC5615转换实验
²C日历时钟实验
看门狗实验
脉宽调制实验
串并转换
并串转换
总线存储器读写实验
38.串行存储芯片 93C46读写实验
13.微型打印机实验
储存卡读写实验
15.语音芯片 ISD173控制实验（录音）
16.语音芯片 ISD1730控制实验（放音）
17.继电器控制实验
18.步进电机控制
方波实验
20.小直流电机调速实验
*16LED点阵显示实验
*64LCD液晶显示实验
可编程异步通讯接口实验
可编程通讯接口实验
25.单片机 RS232/485串行发送实验
26.单片机 RS232/485串行接收实验
39.电子音乐演奏实验
总线通讯接口实验
41.以太网 TCP/IP协议接口实验
通讯接口实验
位并行模数转换实验 位并行
数模转换实验
*4行列式键盘实验
位静态显示器实验
位动态显示器实验
50.光耦隔离模块实验
51.模拟十字路口交通灯实验
2．嵌入式单片机(C8051)实验
(1)数字 I／O口交叉开关设置实验
(2)UART串能通讯实验
(3)配置内部和外部振荡器实验
(4)片内模数转换(ADC)实验
(5)I／O输入、输出实验
(6)片内数模转换(DAC)实验
(7)定时器实验
(8)SRAM外部数据存储器扩展实验
(9)外部中断实验
(10)SPI串行 Flash存储器数据读写实验
(11)计数器实验
3．DSP实验
A、验证性实验
（1）CCS操作实验
（2）存储器实验
（3）跑马灯实验
（4）数码显示实验
（5）硬件中断实验
（6）定时器实验
（7）步进电机控制实验
（8）DSP同步串口与计算机的串口（RS232）通讯
（9）DSP的 HPI与计算机的并口（EPP）通讯
（10）向量相加、减实验
（11）矩阵相乘
（12）浮点数到 Q15、Q15到浮点数数据转换
（13）FIR滤波器实验
（14）IIR滤波器实验
（15）黑白图像采集实验
B、综合性实验：
（16）液晶显示实验
（17）简单数字存储示波器实验
（18）同步串口（16位 AD、DA）实验
（19）HPI接口实验
（20）自适应滤波器（DLMS）实验
（21）卷积（convole）算法实验
（22）自相关算法
（23）互相关算法
（24）语音录、放实验
（25）实时 IIR滤波器实验
（26）图像处理之图像取反
（27）图像处理之灰度阈值变换
C、设计性实验
（28）直流伺服电机测速控制实验
（29）温度传感器、液晶显示实验
（30）HPI接口 BOOTLOAD实验
（31）在线 FLASH烧写及 16或 8位并行自举
（32）快速傅立叶变换（FFT）算法实验
（33）信号采集、存储、传输（PC机与 DSP）实验
（34）温度、速度双闭环控制电机
（35）键盘输入液晶显示实验
（36）语音 FIR滤波（低通、高通、带通、带阻）实验
（37）实时 LMS滤波器实验
（38）FFT实验
D、创新性实验
（39）声控电机实验
（40）语音 G711编码、解码实验
（41）语音 G723编码、解码实验
（42）图像处理之灰度窗口变换
（43）图像处理之对比度增强
（44）YUV彩色图象处理之图象取反实验
4．ARM9实验项目
基础实验：
（1）安装 WINCE并建立开发环境
（2）建立并编译 WINCE平台
（3）WINDOWSCE的烧写
（4）定制 SDK并建立 EVC下的开发环境
（5）定制增强型内核
（6）建立宿主机与实验箱的连接
（7）继电器实验
（8）蜂鸣器实验
（9）DIP实验
（10）IIC总线—温度实验
（11）IIC总线—EEPROM实验
（12）IIC总线—DA实验
（13）EXTKEY中断程序
（14）GPIOLED实验
（15）LED点阵实验
（16）EVC下的 HELLOWORLD实验
（17）液晶屏坏点测试程序
（18）录音机测试程序
（19）简单聊天室程序（CE版）
（20）视频点播 VOD实验
（21）CEPLAYER播放器实验
（22）串口通讯测试程序（对话框版）
扩展实验：
（23）485通讯程序
（24）GPS实验
（25）电机实验
（26）射频卡实验
（27）摄像头图像采集实验
（28）GPRS实验
（29）ZIGBEE实验
（30）指纹实验
（31）CAN总线通讯实验
5．综合类实验
（1）键盘、LED发光管实验
（2）行列式键盘、动态显示实验
（3）单片机控制的 PWM实现 D／A转换
（4）单片机控制 PWM实现 F/V转换
（5）测量电机转速实验
（6）单片机控制电机转速实验(D／A)
（7）单片机控制电机转速实验(PWM)
（8）温度采集实验
（9）IC卡原理实验
（10）考勤机实验
（11）身份认证实验
（12）门禁系统设计
（13）单片机实现 Pc机键盘控制器实验
（14）用单片机实现高精度脉冲测频
（15）单片机实现的线性 V／F转换实验
（16）基于微机控制通信的单片机通用数据
采集系统
（17）基于以太网的远程数据采集系统
（18）IC系统实验
（19）R8485总线实验
（20）简单多任务实时操作系统实验
（21）智能家居远程控制模拟系统设计
（22）单片机以太网实验
（23）远程抄表系统
（24）基于 USB的数据采集卡设计
（25）家庭智能报警系统
6．信号与系统部分
（1）基本运算单元实验
（2）阶跃响应与冲激响应实验
（3）连续时间系统的模拟实验
（4）有源、无源滤波器实验
（5）抽样定理与信号恢复实验
（6）二阶网络状态轨迹的显示实验
（7）一阶电路的暂态响应实验
（8）二阶电路的暂态响应实验
（9）二阶电路传输特性实验
（10）二阶网络函数的模拟实验
（11）矩形脉冲信号的分解实验
（12）矩形脉冲信号的合成实验
（13）谐波幅度对波形合成的影响实验
（14）面包板单元，可自行设计实验电路。
7．自控原理与计算机控制
（1）计算机控制技术实验项目
（1）A/D，D/A转换
（2）采样保持器
（3）数字滤波
（4）积分分离式 PID控制
（5）最小拍有纹波系统实验
（6）最小拍无纹波系统实验
（7）大林算法控制
（8）非线性控制
（9）解耦控制
（10）综合控制实验
（2）自动控制原理实验项目
1.典型环节的模拟研究
2.典型系统瞬态响应和稳定性
3.系统校正
4.控制系统的频率特性
5.典型非线性环节
6.非线性系统（一）
7.非线性系统（二）
8.采样系统分析
9.采样控制系统的校正
l0.状态反馈（极点配置）
（3）控制系统实验项目
1.直流电机闭环调速实验
2.温度闭环控制实验
3.步进电机调速实验
8．测控电路实验
1．差动放大器实验；
2.信号放大器实验；
3.信号运算电路实验；
4.电压比较器实验；
5.电阻链分相细分实验；
6.幅度调制及解调实验
7.调相电桥实验；
8.脉宽调制电路实验；
9.调频及鉴频实验；
11.开关式相乘调制及解调实验；
12.精密整流全检波实验；
13.开关式全波相敏检波实验。
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