基于STC12C5A60S2多功能通信開發板設計

黃超　劉婷　謝印慶

摘 要： 為了幫助通信專業學生更好地掌握無線通信產品的開發，自行設計了基于STC12C5A60S2的通信開發板。主要有以下功能模塊：SIM900無線網絡模塊、nRF905短距離無線收發模塊、LCD12864顯示模塊、矩陣按鍵模塊、外圍擴展接口電路等。通過給定具體的項目實踐，提高學生的硬件設計能力及軟件編程能力，為就業打下良好的基礎。

關鍵詞： 多功能通信開發板； STC12C5A60S2芯片； GPRS模塊； nRF905； LCD12864顯示模塊

中圖分類號： TN911.7?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0152?04

0 引 言

隨著通信技術日新月異，無線通信應用領域越來越廣泛，如無線遠程家庭防盜系統、無線車載終端智能防盜系統、無線溫度采集系統、短距離無線藍牙系統、ZigBee無線網絡通信系統等應用。然而，一直以來，高校在教學中講解現代無線通信的多種應用時，基本上都是停留在書本上的原理、理論，學生也只能很抽象地了解這些應用案例[1?4]；即使有機會接觸實際硬件時，但由于硬件平臺要求學生的知識起點很高，大部分學生也只能是看看實驗現象，不能很好地掌握它。出現這種情況有以下原因：通信技術變化太快，新的技術不斷涌現，而學校的很多硬件設備都是停留于5年前甚至10年前，更新太慢；可能有部分學校購置了最新的無線通信實驗平臺，但是由于沒有考慮這些新的設備是否適合相關專業學生的接受能力，所以教學效果不好，學生對知識的應用僅僅停留在感性的認識上。鑒于此，結合多年的實踐教學經歷，根據通信專業學生的特點，自行設計了一套多功能通信開發板（可以擴展），用于專業綜合實踐、畢業實踐、創新實踐等課程；考慮到本專業學生先前學過51系列單片機，開發板CPU芯片選用STC12C5A60S2[5?7]；利用開發板可直接完成以下綜合項目：基于GPRS網絡的手機短信遠程控制小燈[8]；基于GPRS網絡的溫濕度數據采集；基于GPRS網絡的家庭防盜系統設計[9]；基于nRF905的無線溫度數傳[10?11]；多功能萬年歷設計（可以用無線按鍵控制實現）。另外，本多功能開發板有擴展引腳，方便學生用于創新項目的開發。

1 STC12C5A60S2多功能開發板硬件設計

1.1 多功能開發板硬件設計思路

隨著專業課的深入學習，學生對新的通信技術應用案例的要求，已經從概念轉向實際項目的操作。設計開發板的目的是為了提高學生的動手能力及編程、調試能力；通過設計完整的無線通信系統項目，讓學生更好地理解課堂中的理論與實際工程應用的關系。設計的多功能開發板功能框圖如圖1所示。

1.2 多功能開發板

設計的開發板硬件實物圖如圖2所示，具有以下功能：

（1） 手機短信遠程控制開發板LED燈亮滅；

（2） 開發板可以接聽電話；

（3） 開發板將采集數據（如溫濕度）發送至服務器、手機；

（4） 基于nRF905的無線溫度數據采集（任意兩個開發板，其中一個開發板（受控）進行溫度采集，并將數據通過nRF905傳給另一個開發板（主控），溫度數據在（主控）開發板上顯示）；

（5） DS1302時鐘數據的讀取及其在LCD上顯示（可通過無線進行控制）。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片連接電路、SIM900A連接電路、nRF905連接電路、DS1302時鐘芯片連接電路、矩陣按鍵連接電路、M74HC595B1R芯片連接電路、MAX232連接電路、LCD12864顯示連接電路、電源電路等。下面選取其中的主要3種功能模塊進行介紹。

1.2.1 系統微控制器STC12C5A60S2

由于學生之前學過單片機相關理論及實驗課，所以選取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，這些特點保證了開發板可編制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件連接圖如圖3所示。

1.2.2 SIM900A模塊

1.2.3 nRF905模塊

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6 V，32引腳QFN封裝（5×5 mm），工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三個ISM（工業、科學和醫學）頻道，頻道之間的轉換時間小于650 μs。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。nRF905硬件連接如圖5所示。

3 結 語

為了讓通信專業的學生更好地掌握無線通信技術的應用，本文設計的多功能開發板具有實際工程應用的價值，通過結合具體的項目開發流程，既提高了學生的C語言編程能力，又鍛煉了他們的工程項目素養，為畢業后從事相關技術研發工作打下堅實的基礎。

參考文獻

[1] 陳建軍，韓慶文，蔣陽.通信工程專業的實踐教學研究[J].現代教育技術，2012（4）：110?113.

[2] 黃超，于亮.應用型通信工程專業人才培養方案改革新探[J].中國電力教育，2013（26）：20?22.

[3] 黃飛江，劉光燦，陳威兵.應用型本科通信工程專業實踐教學研究[J].教育理論與實踐，2011，31（5）：6?8.

[4] 李厚杰，宋海玉.民族院校通信工程專業實踐教學模式的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：131?134.

[5] 代芬，王衛星.單片機綜合實驗開發板設計[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：213?215.

[6] 劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機的LED顯示屏硬件設計[J].微型機與應用，2011（22）：24?27.

[7] 秦相林，張海兵，張盈盈.基于STC12C5A60S2的無線溫度采集系統設計[J].哈爾濱商業大學學報，2011，27（6）：837?840.

[8] 荊世勇，周景龍，劉明鑫，等.基于SIM900A和LPC2378無線數據傳輸系統設計[J].電子科技，2012，25（11）：66?68.

[9] 翟順，王衛紅.基于SIM900的物聯網短信報警系統[J].現代電子技術，2012，35（5）：86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型無線溫度傳感器設計[J].儀表技術，2013（6）：52?54.

[11] 馬金祥，何一鳴.基于nRF905模塊的AT89S單片機無線收發系統設計[J].通信技術，2009，42（2）：36?38.

摘 要： 為了幫助通信專業學生更好地掌握無線通信產品的開發，自行設計了基于STC12C5A60S2的通信開發板。主要有以下功能模塊：SIM900無線網絡模塊、nRF905短距離無線收發模塊、LCD12864顯示模塊、矩陣按鍵模塊、外圍擴展接口電路等。通過給定具體的項目實踐，提高學生的硬件設計能力及軟件編程能力，為就業打下良好的基礎。

關鍵詞： 多功能通信開發板； STC12C5A60S2芯片； GPRS模塊； nRF905； LCD12864顯示模塊

中圖分類號： TN911.7?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0152?04

0 引 言

隨著通信技術日新月異，無線通信應用領域越來越廣泛，如無線遠程家庭防盜系統、無線車載終端智能防盜系統、無線溫度采集系統、短距離無線藍牙系統、ZigBee無線網絡通信系統等應用。然而，一直以來，高校在教學中講解現代無線通信的多種應用時，基本上都是停留在書本上的原理、理論，學生也只能很抽象地了解這些應用案例[1?4]；即使有機會接觸實際硬件時，但由于硬件平臺要求學生的知識起點很高，大部分學生也只能是看看實驗現象，不能很好地掌握它。出現這種情況有以下原因：通信技術變化太快，新的技術不斷涌現，而學校的很多硬件設備都是停留于5年前甚至10年前，更新太慢；可能有部分學校購置了最新的無線通信實驗平臺，但是由于沒有考慮這些新的設備是否適合相關專業學生的接受能力，所以教學效果不好，學生對知識的應用僅僅停留在感性的認識上。鑒于此，結合多年的實踐教學經歷，根據通信專業學生的特點，自行設計了一套多功能通信開發板（可以擴展），用于專業綜合實踐、畢業實踐、創新實踐等課程；考慮到本專業學生先前學過51系列單片機，開發板CPU芯片選用STC12C5A60S2[5?7]；利用開發板可直接完成以下綜合項目：基于GPRS網絡的手機短信遠程控制小燈[8]；基于GPRS網絡的溫濕度數據采集；基于GPRS網絡的家庭防盜系統設計[9]；基于nRF905的無線溫度數傳[10?11]；多功能萬年歷設計（可以用無線按鍵控制實現）。另外，本多功能開發板有擴展引腳，方便學生用于創新項目的開發。

1 STC12C5A60S2多功能開發板硬件設計

1.1 多功能開發板硬件設計思路

隨著專業課的深入學習，學生對新的通信技術應用案例的要求，已經從概念轉向實際項目的操作。設計開發板的目的是為了提高學生的動手能力及編程、調試能力；通過設計完整的無線通信系統項目，讓學生更好地理解課堂中的理論與實際工程應用的關系。設計的多功能開發板功能框圖如圖1所示。

1.2 多功能開發板

設計的開發板硬件實物圖如圖2所示，具有以下功能：

（1） 手機短信遠程控制開發板LED燈亮滅；

（2） 開發板可以接聽電話；

（3） 開發板將采集數據（如溫濕度）發送至服務器、手機；

（4） 基于nRF905的無線溫度數據采集（任意兩個開發板，其中一個開發板（受控）進行溫度采集，并將數據通過nRF905傳給另一個開發板（主控），溫度數據在（主控）開發板上顯示）；

（5） DS1302時鐘數據的讀取及其在LCD上顯示（可通過無線進行控制）。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片連接電路、SIM900A連接電路、nRF905連接電路、DS1302時鐘芯片連接電路、矩陣按鍵連接電路、M74HC595B1R芯片連接電路、MAX232連接電路、LCD12864顯示連接電路、電源電路等。下面選取其中的主要3種功能模塊進行介紹。

1.2.1 系統微控制器STC12C5A60S2

由于學生之前學過單片機相關理論及實驗課，所以選取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，這些特點保證了開發板可編制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件連接圖如圖3所示。

1.2.2 SIM900A模塊

1.2.3 nRF905模塊

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6 V，32引腳QFN封裝（5×5 mm），工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三個ISM（工業、科學和醫學）頻道，頻道之間的轉換時間小于650 μs。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。nRF905硬件連接如圖5所示。

3 結 語

為了讓通信專業的學生更好地掌握無線通信技術的應用，本文設計的多功能開發板具有實際工程應用的價值，通過結合具體的項目開發流程，既提高了學生的C語言編程能力，又鍛煉了他們的工程項目素養，為畢業后從事相關技術研發工作打下堅實的基礎。

參考文獻

[1] 陳建軍，韓慶文，蔣陽.通信工程專業的實踐教學研究[J].現代教育技術，2012（4）：110?113.

[2] 黃超，于亮.應用型通信工程專業人才培養方案改革新探[J].中國電力教育，2013（26）：20?22.

[3] 黃飛江，劉光燦，陳威兵.應用型本科通信工程專業實踐教學研究[J].教育理論與實踐，2011，31（5）：6?8.

[4] 李厚杰，宋海玉.民族院校通信工程專業實踐教學模式的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：131?134.

[5] 代芬，王衛星.單片機綜合實驗開發板設計[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：213?215.

[6] 劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機的LED顯示屏硬件設計[J].微型機與應用，2011（22）：24?27.

[7] 秦相林，張海兵，張盈盈.基于STC12C5A60S2的無線溫度采集系統設計[J].哈爾濱商業大學學報，2011，27（6）：837?840.

[8] 荊世勇，周景龍，劉明鑫，等.基于SIM900A和LPC2378無線數據傳輸系統設計[J].電子科技，2012，25（11）：66?68.

[9] 翟順，王衛紅.基于SIM900的物聯網短信報警系統[J].現代電子技術，2012，35（5）：86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型無線溫度傳感器設計[J].儀表技術，2013（6）：52?54.

[11] 馬金祥，何一鳴.基于nRF905模塊的AT89S單片機無線收發系統設計[J].通信技術，2009，42（2）：36?38.

摘 要： 為了幫助通信專業學生更好地掌握無線通信產品的開發，自行設計了基于STC12C5A60S2的通信開發板。主要有以下功能模塊：SIM900無線網絡模塊、nRF905短距離無線收發模塊、LCD12864顯示模塊、矩陣按鍵模塊、外圍擴展接口電路等。通過給定具體的項目實踐，提高學生的硬件設計能力及軟件編程能力，為就業打下良好的基礎。

關鍵詞： 多功能通信開發板； STC12C5A60S2芯片； GPRS模塊； nRF905； LCD12864顯示模塊

中圖分類號： TN911.7?34； TP368 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0152?04

0 引 言

隨著通信技術日新月異，無線通信應用領域越來越廣泛，如無線遠程家庭防盜系統、無線車載終端智能防盜系統、無線溫度采集系統、短距離無線藍牙系統、ZigBee無線網絡通信系統等應用。然而，一直以來，高校在教學中講解現代無線通信的多種應用時，基本上都是停留在書本上的原理、理論，學生也只能很抽象地了解這些應用案例[1?4]；即使有機會接觸實際硬件時，但由于硬件平臺要求學生的知識起點很高，大部分學生也只能是看看實驗現象，不能很好地掌握它。出現這種情況有以下原因：通信技術變化太快，新的技術不斷涌現，而學校的很多硬件設備都是停留于5年前甚至10年前，更新太慢；可能有部分學校購置了最新的無線通信實驗平臺，但是由于沒有考慮這些新的設備是否適合相關專業學生的接受能力，所以教學效果不好，學生對知識的應用僅僅停留在感性的認識上。鑒于此，結合多年的實踐教學經歷，根據通信專業學生的特點，自行設計了一套多功能通信開發板（可以擴展），用于專業綜合實踐、畢業實踐、創新實踐等課程；考慮到本專業學生先前學過51系列單片機，開發板CPU芯片選用STC12C5A60S2[5?7]；利用開發板可直接完成以下綜合項目：基于GPRS網絡的手機短信遠程控制小燈[8]；基于GPRS網絡的溫濕度數據采集；基于GPRS網絡的家庭防盜系統設計[9]；基于nRF905的無線溫度數傳[10?11]；多功能萬年歷設計（可以用無線按鍵控制實現）。另外，本多功能開發板有擴展引腳，方便學生用于創新項目的開發。

1 STC12C5A60S2多功能開發板硬件設計

1.1 多功能開發板硬件設計思路

隨著專業課的深入學習，學生對新的通信技術應用案例的要求，已經從概念轉向實際項目的操作。設計開發板的目的是為了提高學生的動手能力及編程、調試能力；通過設計完整的無線通信系統項目，讓學生更好地理解課堂中的理論與實際工程應用的關系。設計的多功能開發板功能框圖如圖1所示。

1.2 多功能開發板

設計的開發板硬件實物圖如圖2所示，具有以下功能：

（1） 手機短信遠程控制開發板LED燈亮滅；

（2） 開發板可以接聽電話；

（3） 開發板將采集數據（如溫濕度）發送至服務器、手機；

（4） 基于nRF905的無線溫度數據采集（任意兩個開發板，其中一個開發板（受控）進行溫度采集，并將數據通過nRF905傳給另一個開發板（主控），溫度數據在（主控）開發板上顯示）；

（5） DS1302時鐘數據的讀取及其在LCD上顯示（可通過無線進行控制）。

主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片連接電路、SIM900A連接電路、nRF905連接電路、DS1302時鐘芯片連接電路、矩陣按鍵連接電路、M74HC595B1R芯片連接電路、MAX232連接電路、LCD12864顯示連接電路、電源電路等。下面選取其中的主要3種功能模塊進行介紹。

1.2.1 系統微控制器STC12C5A60S2

由于學生之前學過單片機相關理論及實驗課，所以選取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8～12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，這些特點保證了開發板可編制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件連接圖如圖3所示。

1.2.2 SIM900A模塊

1.2.3 nRF905模塊

nRF905是挪威Nordic VLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9～3.6 V，32引腳QFN封裝（5×5 mm），工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三個ISM（工業、科學和醫學）頻道，頻道之間的轉換時間小于650 μs。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，ShockBurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10 dBm的輸出功率發射時電流只有11 mA，工作于接收模式時的電流為12.5 mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。nRF905硬件連接如圖5所示。

3 結 語

為了讓通信專業的學生更好地掌握無線通信技術的應用，本文設計的多功能開發板具有實際工程應用的價值，通過結合具體的項目開發流程，既提高了學生的C語言編程能力，又鍛煉了他們的工程項目素養，為畢業后從事相關技術研發工作打下堅實的基礎。

參考文獻

[1] 陳建軍，韓慶文，蔣陽.通信工程專業的實踐教學研究[J].現代教育技術，2012（4）：110?113.

[2] 黃超，于亮.應用型通信工程專業人才培養方案改革新探[J].中國電力教育，2013（26）：20?22.

[3] 黃飛江，劉光燦，陳威兵.應用型本科通信工程專業實踐教學研究[J].教育理論與實踐，2011，31（5）：6?8.

[4] 李厚杰，宋海玉.民族院校通信工程專業實踐教學模式的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32（6）：131?134.

[5] 代芬，王衛星.單片機綜合實驗開發板設計[J].實驗室研究與探索，2010，29（8）：213?215.

[6] 劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機的LED顯示屏硬件設計[J].微型機與應用，2011（22）：24?27.

[7] 秦相林，張海兵，張盈盈.基于STC12C5A60S2的無線溫度采集系統設計[J].哈爾濱商業大學學報，2011，27（6）：837?840.

[8] 荊世勇，周景龍，劉明鑫，等.基于SIM900A和LPC2378無線數據傳輸系統設計[J].電子科技，2012，25（11）：66?68.

[9] 翟順，王衛紅.基于SIM900的物聯網短信報警系統[J].現代電子技術，2012，35（5）：86?89.

[10] 朱文海.基于nRF905的小型無線溫度傳感器設計[J].儀表技術，2013（6）：52?54.

[11] 馬金祥，何一鳴.基于nRF905模塊的AT89S單片機無線收發系統設計[J].通信技術，2009，42（2）：36?38.