本文關鍵詞：教學實驗室實時實驗數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：摘要：實驗教學是高校教學的一個重要組成部分,本文建立在對傳統(tǒng)課堂實驗教學研究的基礎上,總結其弊端,并結合現(xiàn)今成熟的科學技術,在教學實驗室里設計出一套實時實驗數(shù)據(jù)無線收發(fā)的系統(tǒng)方案,旨在通過提高課堂內實驗教師與學生間的實時互動性,均衡實驗教師對每位學生的實驗指導,取得更好的教學效果。 系統(tǒng)的設計包括以下部分：研究課堂實驗教學流程,組建系統(tǒng)功能和硬件結構,設計數(shù)據(jù)在系統(tǒng)上位機或下位機內的傳遞,設計數(shù)據(jù)在系統(tǒng)上位機和下位機之間的傳輸,定制無線通信協(xié)議,處理實驗數(shù)據(jù)的格式,設計PC機端控制界面。其中數(shù)據(jù)的實時收發(fā)和控制界面的設計是系統(tǒng)得以實現(xiàn)其功能的核心。 系統(tǒng)利用RF4432無線射頻模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線收發(fā),選用AVRMega16作為數(shù)據(jù)無線收發(fā)的微控制器。上位機是系統(tǒng)的控制部分,由主機AVR、射頻模塊和控制界面構成,在課堂實驗教學流程的各個階段,實現(xiàn)與下位機的數(shù)據(jù)無線交換；下位機可供學生實驗,輔助學生錄入學號、獲取并保存實驗數(shù)據(jù)以及將這些數(shù)據(jù)返回給上位機,由從機AVR、射頻模塊、PS/2鍵盤和相關實驗設備組成。系統(tǒng)重點設計了數(shù)據(jù)在級內和級間的傳輸：建立統(tǒng)一的接口和電平轉換電路,實現(xiàn)PC機與主機AVR的數(shù)據(jù)傳遞；用SPI總線實現(xiàn)AVR單片機與RF4432射頻模塊問的數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)對射頻模塊的控制；結合課堂實驗教學,將十進制的實驗數(shù)據(jù)轉化成十六進制,并定制 套簡單、穩(wěn)定和高效的無線通信協(xié)議,實現(xiàn)上位機和下位機點對點的數(shù)據(jù)無線通信；設計時分通信,讓上位機輪流與對應的下位機建立通信連接,實現(xiàn)點對多的數(shù)據(jù)無線通信。結合課堂實驗教學的實際情況,系統(tǒng)對控制界面進行了簡單化和直觀化的設計,以滿足實驗教師在課堂實驗教學流程中的基本需求。 將系統(tǒng)運用于密立根油滴實驗,模擬多個學生同時做實驗的真實實驗課堂,對系統(tǒng)進行整體調試,并在調試過程中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,不斷改進系統(tǒng)的設計。 最終的運行結果表明,系統(tǒng)節(jié)省了實驗教師的有限精力,大大提高了其教學效率和課堂內的師生互動,取得很好的教學效果。
【關鍵詞】：教學實驗室 無線通信 控制界面 AVR單片機 RF4432射頻模塊 時分通信
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：G647;TN92
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-10
• 1 緒論10-14
• 1.1 教學實驗室數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的研究背景10-11
• 1.2 教學實驗室數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的研究意義11
• 1.3 教學實驗室數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的研究內容11-12
• 1.4 教學實驗室數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的研究方法12-14
• 2 系統(tǒng)的各部分組成14-32
• 2.1 系統(tǒng)組成各部分簡述14
• 2.2 系統(tǒng)無線部分所選的微控制器14-18
• 2.2.1 內部存儲器15
• 2.2.2 端口及其應用15-16
• 2.2.3 串行外圍接口SPI16-17
• 2.2.4 USART及其相關的中斷17-18
• 2.3 RF4432無線收發(fā)模塊18-21
• 2.3.1 無線收發(fā)模塊的介紹18-19
• 2.3.2 FIFOs工作模式及相關的寄存器19-20
• 2.3.3 FIFOs模式下數(shù)據(jù)包的處理20-21
• 2.4 系統(tǒng)上位機的設計21-28
• 2.4.1 PC機和Mega16的數(shù)據(jù)通信21-25
• 2.4.2 主機AVR與無線收發(fā)模塊的數(shù)據(jù)通信25-28
• 2.5 系統(tǒng)下位機的設計28-31
• 2.5.1 密立根油滴實驗儀28-29
• 2.5.2 學號錄入與保存29-31
• 2.5.3 實驗數(shù)據(jù)獲取與保存31
• 2.5.4 LCD提示界面31
• 2.6 本章小結31-32
• 3 系統(tǒng)的實驗對象、實驗流程和控制界面32-39
• 3.1 密立根油滴實驗內容32-34
• 3.1.1 實驗目的32
• 3.1.2 實驗原理32-34
• 3.1.3 實驗內容34
• 3.1.4 實驗數(shù)據(jù)處理34
• 3.2 實驗教學流程34-36
• 3.3 PC機控制界面36-38
• 3.3.1 實驗教師登陸頁面36-37
• 3.3.2 主控頁面37-38
• 3.3.3 實驗詳細情況頁面38
• 3.4 本章小結38-39
• 4 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和無線通信設計39-55
• 4.1 學號和實驗數(shù)據(jù)的進制轉化處理39-40
• 4.2 系統(tǒng)無線通信數(shù)據(jù)幀結構的設計40-42
• 4.2.1 半雙工通信和數(shù)據(jù)方向40-41
• 4.2.2 操作命令41
• 4.2.3 系統(tǒng)下位機的編號41
• 4.2.4 數(shù)據(jù)在無線傳輸中的處理41-42
• 4.2.5 結束符42
• 4.3 主要的點對點無線通信42-44
• 4.3.1 一對一點名42-44
• 4.3.2 一對一獲取實時實驗數(shù)據(jù)44
• 4.4 系統(tǒng)的點對多時分通信44-49
• 4.4.1 星形結構45
• 4.4.2 時分通信45-49
• 4.5 實驗流程中控制界面及主機/從機AVR的數(shù)據(jù)處理49-54
• 4.5.1 點名過程49-50
• 4.5.2 實時進度監(jiān)測過程50-52
• 4.5.3 獲取某一下位機實時實驗數(shù)據(jù)過程52
• 4.5.4 換機和獲取最終實驗數(shù)據(jù)過程52-53
• 4.5.5 無線通信中主機和從機AVR的工作流程53-54
• 4.6 本章小結54-55
• 5 系統(tǒng)調試與運行結果55-63
• 5.1 系統(tǒng)下位機工作調試55-57
• 5.1.1 學號錄入調試55
• 5.1.2 獲取實驗數(shù)據(jù)調試55-57
• 5.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信調試57-62
• 5.2.1 PC機與主機AVR的串口調試57
• 5.2.2 控制界面應用于實驗教學課堂的調試57-62
• 5.3 本章小結62-63
• 6 總結與展望63-65
• 6.1 總結63
• 6.2 展望63-65
• 參考文獻65-69
• 附錄A69-73
• 攻讀學位期間主要的研究成果73-74
• 致謝74

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  本文關鍵詞：教學實驗室實時實驗數(shù)據(jù)無線收發(fā)系統(tǒng)的設計，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：365668