ISP系统创新实验平台研制

2014-03-27韩宇光

实验技术与管理 2014年10期

韩宇光

(华东理工大学电子信息实验教学中心，上海 200237)

我国大多数工科院校的实验教学多为验证性实验，偏重实验操作的模仿[1]，不利于培养大学生的创新能力。为了让实验的具体内容具有创新性，让学生能够自主设计，研制并开发出ISP(在系统可编程)系统的创新实验平台。

ISP器件是先进的可编程器件，它的优点是不需要编程器即可直接对安装在目标板上的ISP器件进行编程，而且编程调试都很方便。ISP技术无须改动印刷电路板，并且可在不取下器件的情况下，直接在芯片上对系统设计进行修改和编程[2]。基于ISP开发的项目下载方便，学生可以一键下载，即时快速地看到自己编写程序的结果，以便快速修改程序，极大地提高学生学习的兴趣。

1 实验平台整体结构

整个ISP系统创新实验平台流程如图1所示。

图1 创新平台流程

每个环节都由学生都亲自完成，极大地提高了学生的思维能力和动手能力，提高了学生对于产品研发与生产过程的了解。本实验平台较传统意义的实验箱有所改进，实验箱完成的是每一个已经开发好的模块内容，只是验证性的实验，学生几乎是软件的编写而已。本实验平台的实验概括了整个一个项目开发的全过程，涉及大量的软件和硬件，学生从硬件开发到软件调试每一步都经历其中，这快速提高了学生编写程序和硬件调试的能力。创新平台的项目都是基于实用性开发的，学生设计成功的作品可以应用于生产和生活中，因而极大地增强了课程的实用性和趣味性[3-5]。

2 实验平台设计

2.1 硬件设计

主体芯片是利用ATMEL公司的AT89S51芯片，完全兼容原先的AT89C51芯片，和教材中的芯片无缝对接，这样学生学习的理论知识马上就能应用于实践，学生将理论知识应用于创新实践，利用实践强化和加深对理论知识的理解和掌握，形成很好的良性循环。

开发的ISP创新项目——时钟闹铃系统见图2，其中有机械按键控制液晶屏幕1602显示，以及对于时钟芯片DS1302的使用。利用按键编写调节时钟的程序，利用液晶1602显示时间，包括年月日时分秒和星期。利用DS1302时钟芯片读出时间内容[6]，其中涉及到了芯片的时序的读写，学生真正感受到了实际项目中读写芯片手册的过程，然后也可以设定闹钟时间并自动闹铃。学生可以把完成的作品带回去，并在生活中使用，方便了他们设定起床时间和上课时间。

图2 ISP时钟闹铃系统

开发的ISP创新项目——超声波测距系统见图3，超声波测距仪的测量原理是超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物被返回，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。有：s=v×t/2，s为距离，v为声速，t为超声波往返传播的时间。声音传播的速度为340m/s，这样便可测出距离。该实验涉及到超声波传感器的使用、共阳数码管的使用以及按键选择的功能。该项目很好地应用了51单片机外部中断知识点，利用外部中断开始和结束定时计算出整个发射和接收的时间。该项目使得人们对于一些不方便进入的房间能够进行距离测量，也能对一些不规则空间进行测量，这在实际的生活中也是有很大用处的。

图3 ISP超声波测距系统

开发的ISP创新项目——温度测量系统见图4，利用A/D芯片ADC0809接收温度模拟传感器LM35传来的模拟量，模拟量转化为数字量后接入主控芯片，然后驱动数码管显示当前的室内温度；设定温度上限，温度过限后显示闪烁然后驱动电机进行降温，形成一个带负反馈的控制过程，模拟实际工厂生产中对于温度的测量以及后续的控制[7]。