二维动作控制实验平台
一、基础简介
二维动作控制实验平台是集动作控制卡、
单片机研发控制板、步进
电机及驱动器、开关电源、XY控制平台及动作控制系统于一体的理想教学实验系统。XY控制台是一个应用滚珠丝杠传动的
模型块化十字作业台，可以完成平面内X、Y轴方向的动作控制，用来完成目标轨迹和动作。实验系统系统含有概括基于轴的控制、基于坐标系的控制、命令编辑和运行、
数控代码编辑和运行、复杂动作轨迹控制。
二、技术功能
1.定位精确度：0.4mm
2.X轴有效行程：230mm；Y轴有效行程：230mm；最大动作速度：20mm／s；最大动作加快速度度：1g
3.写入电源：220V±10％(50Hz)
4.作业环境：温度（℃）-10℃～+40℃ 相对湿度<85％(25℃) 海拔<4000m
5.装置容量（KV）：≤1．2kVA
6.外观尺寸：45cm*45cm*75cm
三、系统构造及构成
二维动作控制实验平台主要采用步进电机控制系统和电脑桌两部分构成，构造框图如下图所示：
系统构造框图
1.对象模型块
步进电机二个：应用二个 2 相步进电机，分别为 XY 两个方向布置，X 轴动作行程为 230mm，Y 轴动作行程为 230mm。
2.51 单片机研发控制板
单片机研发控制板，主 CPU 为 AT89S52，带下载连接口（编程电缆，编程系统），全部连接口资源引出，供用户使用。并配备相应控制开关按钮。
3.动作控制卡一块
(1)32 位 PCI 总线，即插即用
(2)全部写入、输出均应用光耦隔离,抗干扰性强
(3)2 轴伺服/步进电机控制，每轴可单单独动作，互不影响
(4)脉冲输出的频率误差小于 0.1% 最大脉冲输出频率为 2MHz
(5)脉冲输出可用单脉冲（脉冲+方向）或双脉冲（脉冲+脉冲）方法梯形加/减慢速度
(6)随意 2 轴直线插补最大插补速度 1MHz
(7)动作中可以就地实时读出逻辑位置、实际位置、驱动速度24 路数字写入，12 路输出
(8)每轴两个限位写入，可设定成无效，作为通用写入使用支持在一个系统中使用多达 16 个控制卡
(9)支持 DOS、WINDOWS95/98/NT/2000/XP/WINCE 等实操系统
4.步进电机驱动器：二个
(1)输出电流（A）：最大电流（A）为 2A
(2)输出方法：光光耦合器?开路集电极输出
5.稳压直线DC电源：一个
(1)输出电流（A）：最大输出电流（A）为 5A 输出电压（V）：24V
(2)输出功率（W）：120w
6.动作控制卡连接口板：一块
为动作控制卡提供连接口端子，可按照自己的需要实行相应的接线，完成接线的灵活及开放性。
7.实验平台信号连接口板：一块
用以完成单片机和动作控制卡与实验平台的信号连接，在同一时刻只能一种控制起作用。
8.计算机数值数值一台(用户自备)
用来装配单片机包括研发环境 KEIL C、编程下载系统，主要完成程序的编写、修改、编译、系统拟真等功能，最后经过编程下载系统装载到单片机内部 FLASH ROM 中运行。还用来运行控制卡上位系统的研发、运行。
硬件配备：基础配备要求 P4 3.OG 以上，内部存储至少为 256M，至少有一个 USB 连接口、一个并行口、一个Rs232 串行口和一个空闲 PCI 插槽。实操系统：Windows系统。
9.单片机技术应用系统：
系统配备 2000/xp/win7/win10 等实操平台的单片机技术应用系统，支持汇编、C51 语言编译、调节测试；单片机在线下载系统等。
10.
实验室智能电源安全管理系统：
(1)设备可以使用手机wifi/4G/3G/2G 全球化远程控制。
(2)可设定定时，分享，状态反馈，场景联动，分享等功能，千里之外均可以控制，完成设备智能化电源、互联网化管理；
(3)支持权限管理功能，应用主账户管理机制，安全，便利。
(4)手机系统支持安卓，苹果IOS；
(5)支持无互联网状态下现场手动控制；
(6)可远程控制单台或多台设备的开启与关闭；
(7)可远程监控单台或多台设备的运行状态；
(8)可远程定时预约单台或多台设备实行实验。
四、单片机创新模型块资源
(1)用户CPU（51单片机最小系统），40芯锁紧插头座，I/O口资源全部引出。配备STC90C516RD+单片机。支持USB取电。
(2)RS232串行通讯口（用来RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(3)USB转串通讯口（用来RS232通讯实验或给STC系列单片机在线编程）
(4)8组单单独按钮开关模型块
(5)8组LED发光二极管模型块
(6)可调电压（V）模型块（0~3.3V或0~5V可调）
(7)射极跟随器实验模型块
(8)蜂鸣器模型块
(9)TLC549串行A/D变换模型块
(10)LCD16*02液晶连接口（背光可调）
(11)LCD128*64液晶连接口（背光可调）
(12)DC5V直线DC电源写入连接口（内正外负），带开关控制，加0.5A保险丝过流保护
(13)DC5V/3.3V转连接口（大金孔，小金孔，多组插针，便利各种电源连接口连接）
(14)ISP下载连接口，用来ATMEL公司AT89S5X系列单片机芯片在线编程，需配备专用ISP下载线。
(15)创新模型块拓展连接口
五、创新实验模型块（选配）
(1)倾斜检验测试
传感器模型块
(2)触摸检验测试传感器模型块
(3)紫外检验测试传感器模型块
(4)振动检验测试传感器模型块
(5)数字光强度测量试验仪设计
(6)人体红外感应模型块
(7)凝露检验测试传感器模型块
(8)火焰检验测试传感器模型块
(9)气体检验测试传感器模型块
(10)超声波测距模型块
(11)无线数值通讯模型块
(12)尘埃灰尘粉尘检验测试传感器模型块
六、教学课件资源
(1)178组实验例程(C语言源代码及实验对应的Proeus ISIS拟真
电子回路)
(2)16组上百个PPT课件
(3)30+参考图纸文档实验指导书
(4)1000+毕业设计及设备设计图纸文档实验指导书
(5)200个模型块PCB及原理图PROTEL源文件
(6)阻抗，波特率，电感量，定时器，振荡电子回路计算，反激变压器设计，LED数码管段码发生器，取模多项辅助系统。
七、提供单片机数字孪生拟真系统
单片机数字孪生拟真系统遵循"虚实集合、精准映射、互为检验" 的原则，借助于数字孪生过程产生孪生数值，完成单片机物理实体实验和单片机数字虚拟实验的虚实集合。虚拟拟真实验教学极大地增强了学生对单片机学习掌控把握的热情和积极性， 提升了课程的教学效果。 同时虚拟拟真大幅度降低了对实验场地的需求，系统设定有实验功能平稳、 实验内容丰富、 实验地点灵活、 实验时间自由、 实验方法多样化等特别点。
(1)单片机微控制操作面板功能：用户可以访问全部8051单片机内部的寄存器和数值存储器。可以编辑部分寄存器设定和修改存储数值。可以设定单片机的作业时钟频率，可以设定拟真系统的刷新频率。
(2)代码实操操作面板功能：可以新建、修改、存档、调入源代码文件;可以编译、设定断点、单步运行、全速运行、暂停、复位程序。调节测试过程中，可以在微控制操作面板上就地实时监控和查看各寄存器和存储器的数值改变。
(3)外围设备操作面板功能：提供多组外设模型块，提供一张全部外设和单片机的动态连接图，用户可以使能单个模型块或多个模型块同时与单片机的连接，用户还可以设定和改变外设模型块与单片机不一样的引脚连接。
(4)提供以下外设模型块
（1）ADC模数变换器模型块；
(2)DAC数模变换器模型块；
（3）对比器模型块；
（4）4位7段LED数码管显露模型块；
（5）1602液晶显露模型块；
（6）RS232串行口实验模型块；
（7）矩阵键盘模型块（含三种作业模式）；
（8）8位LED流水灯模型块；
（9）8位拨码开关模型块；
（10）双向直线DC电机模型块（带测速反馈传感器）；
（11）示波器显露模型块。
(5)提供积木式代码编辑器，经过搭积木的方法来实行逻辑组装，降低初学编程的同学使用键盘来实操的门槛，但又保持了内在的逻辑性，支持全中文界面。
(6)支持将积木式代码自动生成C语言代码，并编译生成HEX文件，可以装载到数字虚拟拟真模型中运行，也可直接下载到单片机物理芯片中实际运行，真正完成了虚实集合、互为检验的功能 。
(7)数字虚拟拟真模型提供拟真单片机；提供电阻，电容，电感，二级管、三极管等模仿器件；提供多种74系列TTL数字逻辑芯片；提供AD,DA,串转并，并转串，运算放大器等功能芯片；提供LED发光二极管，开关，蜂鸣器，七段LED数码管，LCD液晶屏等外设模型块；提供电压（V）表，频率计，示波器等仪表器具仪表。
(8)数字虚拟拟真模型支持器件用鼠标拖动到随意位置，支持手动连线和器件搭建，完全拟真实物器件的实验连线。电子回路搭建后之后，可以将HEX文件装载到拟真单片机中运行拟真，并能直观、生动地查看到实验运行动作和成果。
八、实验项目
（一）基础实验
(1)单片机的认识和实操实验
(2)单片机包括研发环境KEIL C 的认识实验
(3)单片机在线编程系统的认识与使用
(4)单片机基础编程练习实验
（二）基于 51 单片机控制的系统性实验
(1)6、基于 51 单片机控制的单轴实验
(2)7、基于 51 单片机控制的两轴联动控制实验
(3)8、基于 51 单片机控制的随意路线物料搬运实验
（三）基于动作控制卡控制的系统性实验
(1)基于动作控制卡控制的单轴实验
(2)1基于动作控制卡控制的两轴联动实验
(3)基于动作控制卡控制的随意路线物料搬运
（四）动作控制卡可用以下研发工量具
(1)CBuilderBorland C++Bulider
(2)DephiBorland Dephi 6
(3)VbMicrosoft Visual basic 工量具研发的基础库函数示例程序及源代码
(4)VCMicrosoft Visual C++工量具研发的基础库函数示例程序及源代码
