摘 要：介紹了一個自行研製開發的計算機控制實驗教學系統，該系統結合多年來積累的計算機及相關學科實踐教學的特點，吸納當前計算機應用領域幾項較爲先進實用的技術，打破傳統的實驗箱式實驗手段，採用開放、獨立、直觀的實驗板結構的設計理念，取得了良好的教學效果。該實驗教學系統具有設計先進、種類齊全、結構緊湊、使用方便、直觀效果好等特點，體現了重視培養學生創新思想的理念，能夠有效地提高學生工程實踐的能力。詳細闡述了實驗系統的構成、功能、特點，完成的實驗項目，並給出典型實例。
關鍵詞：實驗教學;計算機;控制
高校實驗室是培育高素質創新型人才的重要基地，是傳承文化、創新知識的重要場所，在建設創新型國家的進程中，負有重要的歷史使命” 。爲了加快培養創新型科技人才，以培養學生創新實踐能力和社會需求爲重點，結合多年來積累的實踐教學經驗和計算機及相關學科本、專科學生實踐教學的特點，以及當前計算機應用領域較爲先進、實用的幾項技術，打破了傳統的實驗箱的實驗方法和手段，採用了開放、獨立、靈活、直觀、學生可自選實驗項目的實驗板結構和設計理念，在國內率先研製開發了一套先進、完整、實用的實驗教學系統。年初已經透過學校驗收，並交付計算機專業07級500多名學生“計算機控制”實驗課使用，受到廣大同學重視，探索求知與動手實踐的積極性高漲，實驗教學效果顯著。
1、系統的構成及功能
實驗教學內容須具有科學性和先進性 ，本套實驗教學系統由基礎實驗平臺(LED顯示和段碼液晶顯示2種)、創新實驗平臺(圖形液晶顯示)和音頻量化與還原、超聲波測距與溫度控制、光照度與日曆時鐘應用、多機通信、LED點陣顯示、步進電機控制與直流電機調控、重量測量與精度分析實驗板等多種外圍實驗板及通信電纜和應用軟件構成，其功能具體如下：
(1)基礎實驗平臺 基礎實驗平臺包括LED主板和段碼液晶 主板。這是一個功能完整的單片機開發平臺實驗板，包含3個數碼管顯示單元和2個輸入開關，還有8個LED燈用來顯示內部信號狀態以利於調試。該實驗板使用專用電纜與Pc機通信，具有程序下載調試功能，並且具有標準接口，能夠支援簡單的外圍設備。
(2)創新實驗平臺(圖形液晶顯示)。創新實驗平臺除具有基礎實驗開發平臺的功能外，還包括一個液晶點陣顯示屏，可以顯示覆雜的圖形和文字 。創新實驗平臺的CPU具有64 KB存儲單元，外部接口功能全面，可以支援各種複雜功能的外圍設備。
(3)音頻量化 與還原實驗板。該實驗板與基礎和創新實驗平臺結合，能夠進行音頻信號的轉化、量化、存儲和還原等操作，能夠存儲不超過10 S的音頻信號，還可以完成聲音多媒體等相關實驗。
(4)步進電機控制和直流電機調速實驗板。該實驗板安裝有適合實驗使用的小功率步進電機 和直流電機。它不僅能夠以單相、雙相、單雙相等多種方式驅動步進電機，而且能夠以PWM 方式驅動直流電機 。
(5)超聲波測距與溫度控制實驗板。該實驗板能夠發送和接收一定頻率的超聲波，完成超聲波測距等實驗 。同時，由於它包括一個由熱電阻和集成溫度傳感器構成的溫度控制系統，所以還可以進行溫度控制，I c總線傳輸，閉環溫度控制等實驗。
(6)光照度與日曆時鐘實驗板。該實驗板具有獨特的光照度傳感器單元和基於I C總線的Et歷時鍾芯片，能夠完成光照度測量 等實驗，並可與其他實驗內容相結合，增加定時、鬧鐘等功能。
(7)LED點陣實驗板 。該實驗板具有l6×16的LED點陣顯示單元，能夠以掃描方式顯示各種圖形和文字。
(8)多機通信實驗板。該實驗板能夠將多個開發平臺連接在一起，完成多機協作、上下級處理等任務川 。
2、系統的先進性及特點
該實驗教學系統的設計理念是突出學生創新能力的培養，除保留必要的基礎性實驗，增加綜合性、設計性和創新性實驗;實驗教學與科研相融合，把我們在工業過程控制領域中取得的各種科研成果，及先進的控制算法引入實驗研究內容，將科研成果轉化成教學實驗設備;由模組化實驗板組成的實驗教學系統靈活、直觀、易組合擴展，實用性強，屬國內獨創，具有鮮明的特點。該實驗教學系統使用先進的具有ISP功能的STC(51系列)單片機作爲主CPU，透過1條專用電纜線與Pc機USB口相連，透過RS一232接口把Pc機上編譯好的目標代碼以ISP方式下載到該系統中，在Keil開發環境中進行程序仿真、調試及ISP下載。
(1)單片機的選擇。STC系列單片機具有速度快、功能強、低功耗、價格低Flash存儲器從4～64 KB任選，並具有ISP、IAP、內部E PROM功能等優點;
(2)USB接口供電。從USB接口竊電(PC機USB接口可提供電源：+5V/O.5A)整體設備耗電低，節約環保，同時對學生的錯誤操作具有保護性，避免了短路造成的設備損毀;
(3)RS一232接口。設計統一的接口，可以相容不同的外圍設備需求;
(4)ISP方式下載。方便、快捷，省去了常規的臺式直流穩壓電源及編程器等設備;
(5)Keil編譯軟件。該軟件提供了很強的軟件仿真功能，支援彙編和c語言;
(6)單片機主系統集成兩種顯示單元，能夠完成若干實驗。
創新開發平臺除具有基礎實驗開發平臺功能外，包含圖形液晶顯示等較爲複雜的顯示單元。能夠支援較爲複雜的.顯示需求，基礎實驗平臺和創新實驗平臺，在滿足常規教學需要的同時還可以進行課程設計、創新實驗等。
3、系統完成的實驗項目及實例
實驗系統開出的實驗項目內容新穎，實驗平臺先進，實用性強，屬國內獨創並率先使用，具有鮮明的特點。該實驗系統完全能夠滿足計算機技術與應用、網絡與資訊安全、計算機軟硬件、電子科學與技術、通信工程、自動化、儀器科學與電氣工程等專業本、專科學生實驗課教學。利用本系統，可以開設並完成多個單片機控制相關實驗項目。
3.1 典型實驗項目
3.2 實例—— 超聲波測距實驗
超聲波測距實驗屬國內首創。其設計思想體現了多年在工業過程控制領域中取得的成果。主要應用於倒車提醒、建築工地、工業現場等距離測量，目前測距量程上可達百m，測量精度一般能達到釐米數量級。這對於促進專業實驗的改革，將高水平的科研成果轉化爲高水平的教學實驗是一種有益的嘗試。