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基于STC12C5A60S2多功能通信开发板设计

发布时间:2018-10-10 02:15:02 文章来源:工具之家    

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黄超 刘婷 谢印庆

摘 要: 为了帮助通信专业学生更好地掌握无线通信产品的开发,自行设计了基于STC12C5A60S2的通信开发板。主要有以下功能模块:SIM900无线网络模块、nRF905短距离无线收发模块、LCD12864显示模块、矩阵按键模块、外围扩展接口电路等。通过给定具体的项目实践,提高学生的硬件设计能力及软件编程能力,为就业打下良好的基础。

关键词: 多功能通信开发板; STC12C5A60S2芯片; GPRS模块; nRF905; LCD12864显示模块

中图分类号: TN911.7?34; TP368 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0152?04

0 引 言

随着通信技术日新月异,无线通信应用领域越来越广泛,如无线远程家庭防盗系统、无线车载终端智能防盗系统、无线温度采集系统、短距离无线蓝牙系统、ZigBee无线网络通信系统等应用。然而,一直以来,高校在教学中讲解现代无线通信的多种应用时,基本上都是停留在书本上的原理、理论,学生也只能很抽象地了解这些应用案例[1?4];即使有机会接触实际硬件时,但由于硬件平台要求学生的知识起点很高,大部分学生也只能是看看实验现象,不能很好地掌握它。出现这种情况有以下原因:通信技术变化太快,新的技术不断涌现,而学校的很多硬件设备都是停留于5年前甚至10年前,更新太慢;可能有部分学校购置了最新的无线通信实验平台,但是由于没有考虑这些新的设备是否适合相关专业学生的接受能力,所以教学效果不好,学生对知识的应用仅仅停留在感性的认识上。鉴于此,结合多年的实践教学经历,根据通信专业学生的特点,自行设计了一套多功能通信开发板(可以扩展),用于专业综合实践、毕业实践、创新实践等课程;考虑到本专业学生先前学过51系列单片机,开发板CPU芯片选用STC12C5A60S2[5?7];利用开发板可直接完成以下综合项目:基于GPRS网络的手机短信远程控制小灯[8];基于GPRS网络的温湿度数据采集;基于GPRS网络的家庭防盗系统设计[9];基于nRF905的无线温度数传[10?11];多功能万年历设计(可以用无线按键控制实现)。另外,本多功能开发板有扩展引脚,方便学生用于创新项目的开发。

1 STC12C5A60S2多功能开发板硬件设计

1.1 多功能开发板硬件设计思路

随着专业课的深入学习,学生对新的通信技术应用案例的要求,已经从概念转向实际项目的操作。设计开发板的目的是为了提高学生的动手能力及编程、调试能力;通过设计完整的无线通信系统项目,让学生更好地理解课堂中的理论与实际工程应用的关系。设计的多功能开发板功能框图如图1所示。

1.2 多功能开发板

设计的开发板硬件实物图如图2所示,具有以下功能:

(1) 手机短信远程控制开发板LED灯亮灭;

(2) 开发板可以接听电话;

(3) 开发板将采集数据(如温湿度)发送至服务器、手机;

(4) 基于nRF905的无线温度数据采集(任意两个开发板,其中一个开发板(受控)进行温度采集,并将数据通过nRF905传给另一个开发板(主控),温度数据在(主控)开发板上显示);

(5) DS1302时钟数据的读取及其在LCD上显示(可通过无线进行控制)。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片连接电路、SIM900A连接电路、nRF905连接电路、DS1302时钟芯片连接电路、矩阵按键连接电路、M74HC595B1R芯片连接电路、MAX232连接电路、LCD12864显示连接电路、电源电路等。下面选取其中的主要3种功能模块进行介绍。

1.2.1 系统微控制器STC12C5A60S2

由于学生之前学过单片机相关理论及实验课,所以选取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,这些特点保证了开发板可编制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件连接图如图3所示。

1.2.2 SIM900A模块

1.2.3 nRF905模块

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器,工作电压为1.9~3.6 V,32引脚QFN封装(5×5 mm),工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时间小于650 μs。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器,ShockBurstTM工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验),使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA,工作于接收模式时的电流为12.5 mA,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。nRF905硬件连接如图5所示。

3 结 语

为了让通信专业的学生更好地掌握无线通信技术的应用,本文设计的多功能开发板具有实际工程应用的价值,通过结合具体的项目开发流程,既提高了学生的C语言编程能力,又锻炼了他们的工程项目素养,为毕业后从事相关技术研发工作打下坚实的基础。

参考文献

[1] 陈建军,韩庆文,蒋阳.通信工程专业的实践教学研究[J].现代教育技术,2012(4):110?113.

[2] 黄超,于亮.应用型通信工程专业人才培养方案改革新探[J].中国电力教育,2013(26):20?22.

[3] 黄飞江,刘光灿,陈威兵.应用型本科通信工程专业实践教学研究[J].教育理论与实践,2011,31(5):6?8.

[4] 李厚杰,宋海玉.民族院校通信工程专业实践教学模式的探索[J].实验室研究与探索,2013,32(6):131?134.

[5] 代芬,王卫星.单片机综合实验开发板设计[J].实验室研究与探索,2010,29(8):213?215.

[6] 刘晋,王政林,薛凯方.基于STC12C5A60S2单片机的LED显示屏硬件设计[J].微型机与应用,2011(22):24?27.

[7] 秦相林,张海兵,张盈盈.基于STC12C5A60S2的无线温度采集系统设计[J].哈尔滨商业大学学报,2011,27(6):837?840.

[8] 荆世勇,周景龙,刘明鑫,等.基于SIM900A和LPC2378无线数据传输系统设计[J].电子科技,2012,25(11):66?68.

[9] 翟顺,王卫红.基于SIM900的物联网短信报警系统[J].现代电子技术,2012,35(5):86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型无线温度传感器设计[J].仪表技术,2013(6):52?54.

[11] 马金祥,何一鸣.基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计[J].通信技术,2009,42(2):36?38.

摘 要: 为了帮助通信专业学生更好地掌握无线通信产品的开发,自行设计了基于STC12C5A60S2的通信开发板。主要有以下功能模块:SIM900无线网络模块、nRF905短距离无线收发模块、LCD12864显示模块、矩阵按键模块、外围扩展接口电路等。通过给定具体的项目实践,提高学生的硬件设计能力及软件编程能力,为就业打下良好的基础。

关键词: 多功能通信开发板; STC12C5A60S2芯片; GPRS模块; nRF905; LCD12864显示模块

中图分类号: TN911.7?34; TP368 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0152?04

0 引 言

随着通信技术日新月异,无线通信应用领域越来越广泛,如无线远程家庭防盗系统、无线车载终端智能防盗系统、无线温度采集系统、短距离无线蓝牙系统、ZigBee无线网络通信系统等应用。然而,一直以来,高校在教学中讲解现代无线通信的多种应用时,基本上都是停留在书本上的原理、理论,学生也只能很抽象地了解这些应用案例[1?4];即使有机会接触实际硬件时,但由于硬件平台要求学生的知识起点很高,大部分学生也只能是看看实验现象,不能很好地掌握它。出现这种情况有以下原因:通信技术变化太快,新的技术不断涌现,而学校的很多硬件设备都是停留于5年前甚至10年前,更新太慢;可能有部分学校购置了最新的无线通信实验平台,但是由于没有考虑这些新的设备是否适合相关专业学生的接受能力,所以教学效果不好,学生对知识的应用仅仅停留在感性的认识上。鉴于此,结合多年的实践教学经历,根据通信专业学生的特点,自行设计了一套多功能通信开发板(可以扩展),用于专业综合实践、毕业实践、创新实践等课程;考虑到本专业学生先前学过51系列单片机,开发板CPU芯片选用STC12C5A60S2[5?7];利用开发板可直接完成以下综合项目:基于GPRS网络的手机短信远程控制小灯[8];基于GPRS网络的温湿度数据采集;基于GPRS网络的家庭防盗系统设计[9];基于nRF905的无线温度数传[10?11];多功能万年历设计(可以用无线按键控制实现)。另外,本多功能开发板有扩展引脚,方便学生用于创新项目的开发。

1 STC12C5A60S2多功能开发板硬件设计

1.1 多功能开发板硬件设计思路

随着专业课的深入学习,学生对新的通信技术应用案例的要求,已经从概念转向实际项目的操作。设计开发板的目的是为了提高学生的动手能力及编程、调试能力;通过设计完整的无线通信系统项目,让学生更好地理解课堂中的理论与实际工程应用的关系。设计的多功能开发板功能框图如图1所示。

1.2 多功能开发板

设计的开发板硬件实物图如图2所示,具有以下功能:

(1) 手机短信远程控制开发板LED灯亮灭;

(2) 开发板可以接听电话;

(3) 开发板将采集数据(如温湿度)发送至服务器、手机;

(4) 基于nRF905的无线温度数据采集(任意两个开发板,其中一个开发板(受控)进行温度采集,并将数据通过nRF905传给另一个开发板(主控),温度数据在(主控)开发板上显示);

(5) DS1302时钟数据的读取及其在LCD上显示(可通过无线进行控制)。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片连接电路、SIM900A连接电路、nRF905连接电路、DS1302时钟芯片连接电路、矩阵按键连接电路、M74HC595B1R芯片连接电路、MAX232连接电路、LCD12864显示连接电路、电源电路等。下面选取其中的主要3种功能模块进行介绍。

1.2.1 系统微控制器STC12C5A60S2

由于学生之前学过单片机相关理论及实验课,所以选取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,这些特点保证了开发板可编制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件连接图如图3所示。

1.2.2 SIM900A模块

1.2.3 nRF905模块

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器,工作电压为1.9~3.6 V,32引脚QFN封装(5×5 mm),工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时间小于650 μs。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器,ShockBurstTM工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验),使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA,工作于接收模式时的电流为12.5 mA,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。nRF905硬件连接如图5所示。

3 结 语

为了让通信专业的学生更好地掌握无线通信技术的应用,本文设计的多功能开发板具有实际工程应用的价值,通过结合具体的项目开发流程,既提高了学生的C语言编程能力,又锻炼了他们的工程项目素养,为毕业后从事相关技术研发工作打下坚实的基础。

参考文献

[1] 陈建军,韩庆文,蒋阳.通信工程专业的实践教学研究[J].现代教育技术,2012(4):110?113.

[2] 黄超,于亮.应用型通信工程专业人才培养方案改革新探[J].中国电力教育,2013(26):20?22.

[3] 黄飞江,刘光灿,陈威兵.应用型本科通信工程专业实践教学研究[J].教育理论与实践,2011,31(5):6?8.

[4] 李厚杰,宋海玉.民族院校通信工程专业实践教学模式的探索[J].实验室研究与探索,2013,32(6):131?134.

[5] 代芬,王卫星.单片机综合实验开发板设计[J].实验室研究与探索,2010,29(8):213?215.

[6] 刘晋,王政林,薛凯方.基于STC12C5A60S2单片机的LED显示屏硬件设计[J].微型机与应用,2011(22):24?27.

[7] 秦相林,张海兵,张盈盈.基于STC12C5A60S2的无线温度采集系统设计[J].哈尔滨商业大学学报,2011,27(6):837?840.

[8] 荆世勇,周景龙,刘明鑫,等.基于SIM900A和LPC2378无线数据传输系统设计[J].电子科技,2012,25(11):66?68.

[9] 翟顺,王卫红.基于SIM900的物联网短信报警系统[J].现代电子技术,2012,35(5):86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型无线温度传感器设计[J].仪表技术,2013(6):52?54.

[11] 马金祥,何一鸣.基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计[J].通信技术,2009,42(2):36?38.

摘 要: 为了帮助通信专业学生更好地掌握无线通信产品的开发,自行设计了基于STC12C5A60S2的通信开发板。主要有以下功能模块:SIM900无线网络模块、nRF905短距离无线收发模块、LCD12864显示模块、矩阵按键模块、外围扩展接口电路等。通过给定具体的项目实践,提高学生的硬件设计能力及软件编程能力,为就业打下良好的基础。

关键词: 多功能通信开发板; STC12C5A60S2芯片; GPRS模块; nRF905; LCD12864显示模块

中图分类号: TN911.7?34; TP368 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0152?04

0 引 言

随着通信技术日新月异,无线通信应用领域越来越广泛,如无线远程家庭防盗系统、无线车载终端智能防盗系统、无线温度采集系统、短距离无线蓝牙系统、ZigBee无线网络通信系统等应用。然而,一直以来,高校在教学中讲解现代无线通信的多种应用时,基本上都是停留在书本上的原理、理论,学生也只能很抽象地了解这些应用案例[1?4];即使有机会接触实际硬件时,但由于硬件平台要求学生的知识起点很高,大部分学生也只能是看看实验现象,不能很好地掌握它。出现这种情况有以下原因:通信技术变化太快,新的技术不断涌现,而学校的很多硬件设备都是停留于5年前甚至10年前,更新太慢;可能有部分学校购置了最新的无线通信实验平台,但是由于没有考虑这些新的设备是否适合相关专业学生的接受能力,所以教学效果不好,学生对知识的应用仅仅停留在感性的认识上。鉴于此,结合多年的实践教学经历,根据通信专业学生的特点,自行设计了一套多功能通信开发板(可以扩展),用于专业综合实践、毕业实践、创新实践等课程;考虑到本专业学生先前学过51系列单片机,开发板CPU芯片选用STC12C5A60S2[5?7];利用开发板可直接完成以下综合项目:基于GPRS网络的手机短信远程控制小灯[8];基于GPRS网络的温湿度数据采集;基于GPRS网络的家庭防盗系统设计[9];基于nRF905的无线温度数传[10?11];多功能万年历设计(可以用无线按键控制实现)。另外,本多功能开发板有扩展引脚,方便学生用于创新项目的开发。

1 STC12C5A60S2多功能开发板硬件设计

1.1 多功能开发板硬件设计思路

随着专业课的深入学习,学生对新的通信技术应用案例的要求,已经从概念转向实际项目的操作。设计开发板的目的是为了提高学生的动手能力及编程、调试能力;通过设计完整的无线通信系统项目,让学生更好地理解课堂中的理论与实际工程应用的关系。设计的多功能开发板功能框图如图1所示。

1.2 多功能开发板

设计的开发板硬件实物图如图2所示,具有以下功能:

(1) 手机短信远程控制开发板LED灯亮灭;

(2) 开发板可以接听电话;

(3) 开发板将采集数据(如温湿度)发送至服务器、手机;

(4) 基于nRF905的无线温度数据采集(任意两个开发板,其中一个开发板(受控)进行温度采集,并将数据通过nRF905传给另一个开发板(主控),温度数据在(主控)开发板上显示);

(5) DS1302时钟数据的读取及其在LCD上显示(可通过无线进行控制)。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片连接电路、SIM900A连接电路、nRF905连接电路、DS1302时钟芯片连接电路、矩阵按键连接电路、M74HC595B1R芯片连接电路、MAX232连接电路、LCD12864显示连接电路、电源电路等。下面选取其中的主要3种功能模块进行介绍。

1.2.1 系统微控制器STC12C5A60S2

由于学生之前学过单片机相关理论及实验课,所以选取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍。内部集成MAX810专用复位电路,2路PWM,8路高速10位A/D转换,这些特点保证了开发板可编制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件连接图如图3所示。

1.2.2 SIM900A模块

1.2.3 nRF905模块

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的单片射频收发器,工作电压为1.9~3.6 V,32引脚QFN封装(5×5 mm),工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三个ISM(工业、科学和医学)频道,频道之间的转换时间小于650 μs。nRF905由频率合成器、接收解调器、功率放大器、晶体振荡器和调制器组成,不需外加声表滤波器,ShockBurstTM工作模式,自动处理字头和CRC(循环冗余码校验),使用SPI接口与微控制器通信,配置非常方便。此外,其功耗非常低,以-10 dBm的输出功率发射时电流只有11 mA,工作于接收模式时的电流为12.5 mA,内建空闲模式与关机模式,易于实现节能。nRF905适用于无线数据通信、无线报警及安全系统、无线开锁、无线监测、家庭自动化和玩具等诸多领域。nRF905硬件连接如图5所示。

3 结 语

为了让通信专业的学生更好地掌握无线通信技术的应用,本文设计的多功能开发板具有实际工程应用的价值,通过结合具体的项目开发流程,既提高了学生的C语言编程能力,又锻炼了他们的工程项目素养,为毕业后从事相关技术研发工作打下坚实的基础。

参考文献

[1] 陈建军,韩庆文,蒋阳.通信工程专业的实践教学研究[J].现代教育技术,2012(4):110?113.

[2] 黄超,于亮.应用型通信工程专业人才培养方案改革新探[J].中国电力教育,2013(26):20?22.

[3] 黄飞江,刘光灿,陈威兵.应用型本科通信工程专业实践教学研究[J].教育理论与实践,2011,31(5):6?8.

[4] 李厚杰,宋海玉.民族院校通信工程专业实践教学模式的探索[J].实验室研究与探索,2013,32(6):131?134.

[5] 代芬,王卫星.单片机综合实验开发板设计[J].实验室研究与探索,2010,29(8):213?215.

[6] 刘晋,王政林,薛凯方.基于STC12C5A60S2单片机的LED显示屏硬件设计[J].微型机与应用,2011(22):24?27.

[7] 秦相林,张海兵,张盈盈.基于STC12C5A60S2的无线温度采集系统设计[J].哈尔滨商业大学学报,2011,27(6):837?840.

[8] 荆世勇,周景龙,刘明鑫,等.基于SIM900A和LPC2378无线数据传输系统设计[J].电子科技,2012,25(11):66?68.

[9] 翟顺,王卫红.基于SIM900的物联网短信报警系统[J].现代电子技术,2012,35(5):86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型无线温度传感器设计[J].仪表技术,2013(6):52?54.

[11] 马金祥,何一鸣.基于nRF905模块的AT89S单片机无线收发系统设计[J].通信技术,2009,42(2):36?38.

现代电子技术 2014年5期

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