單片機生產(chǎn)實習報告.doc

STC單片機電子制作簡介一、作品整體介紹： 本次電子制作用到的開發(fā)板和模塊共七種，分別為：單片機核心板、電子鐘模塊、MP3模塊、RFID模塊、無線傳輸模塊、脈搏傳感模塊、GPS模塊。各模塊組合功能如下：1.通過單片機核心板和電子鐘模塊組合實現(xiàn)：時間顯示、溫度測量；2.通過單片機核心板MP3模塊組合實現(xiàn)：MP3播放功能；3.通過單片機核心板和RFID模塊組合實現(xiàn)：讀S50卡信息；4.通過單片機核心板和無線傳輸模塊組合實現(xiàn)：數(shù)據(jù)的近距離無線傳輸；5.通過單片機核心板和脈搏傳感模塊組合實現(xiàn)：人體脈搏的測量；6. 通過單片機核心板和GPS模塊組合實現(xiàn)：GPS衛(wèi)星定位功能。二、總體設計電路思想和原理： （一）核心板電路設計 單片機核心板電路主要包括STC12C5A60S2單片機，電子鐘模塊接口電路，MP3接口電路，無線傳輸模塊接口電路，脈搏傳感模塊接口電路，GPS模塊接口電路，串口擴展電路，電源供電電路。該系統(tǒng)的單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘機器周期（IT）的單片機，是高速、低功耗、超強干擾的新一代8051單片機。通過使用STC-ISP軟件，該單片機可實現(xiàn)串口在線編程，無需編程器，無需仿真器。電源電路核心板電路的設計思想主要是圍繞單片機芯片的工作原理和特點，為其實現(xiàn)合理的設計出外圍電路：包括電源電路，顯示電路部分，復位電路部分，串行口通信電路，按鍵電路等。（二）電子鐘模塊電路設計該模塊主要用到的芯片有：時鐘保持芯片DS1302，單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，紅外遙控解碼器TL1838A。 該模塊電路設計的思想是了解這三種芯片的工作電壓，DS1302的工作時鐘頻率以及三種芯片與單片機之間的硬件連接。（三）MP3模塊電路設計該模塊用到的主要芯片有MP3音頻解碼芯片VS1003，3.3V電壓轉(zhuǎn)換芯片LM1117-3.3,2.5V電壓轉(zhuǎn)換芯片LM1117-2.5。該電路的設計思想主要是了解芯片的作用和特點，尋找各芯片之間的聯(lián)系，VS1003芯片是該模塊的主要部分。單片機設有單獨解碼MP3文件的功能，而單片機可與通過VS1003的接口電路的連接，進行MP3的解碼，實現(xiàn)音頻的輸出。通過芯片各引腳的功能和特點，合理的設計出相應的外圍電路。（四）RFID模塊電路的設計該模塊的電路所用到的主要芯片為13.56MHZ的非接觸式通信讀卡芯片F(xiàn)M1702。該芯片是基于ISO/4443標準的非接觸卡讀卡機專用芯片，采用0.6微米CMOS 、EEPROM工藝，支持13.56MHZ頻率下的type A非接觸式通信協(xié)議，支持多種加窗算法，兼容philips的MFRC530(SPI接口)讀卡機芯片。該模塊的電路設計思想是基于FM1702各引腳的功能和特點，合理的設計芯片的外圍電路，其中的電容和電感所構成的天線是芯片與S50卡通信的工具。三、單元電路詳細設計：（一）單片機核心板電路分析 單片機核心板是本次實習中最重要的部分，它是實現(xiàn)各種模塊功能的基礎部分。單片機核心板的核心是STC12C5A60S2單片機芯片，圍繞該芯片設計出相應電源供電電路，蜂鳴器驅(qū)動電路，按鍵電路，串行口通信電路，復位電路，液晶屏驅(qū)動電路以及各模塊的接口電路，由以上的電路部分就構成一個核心板電路系統(tǒng)。（二）電子鐘模塊電路分析 電子鐘模塊配合單片機核心板，可在LCD1602液晶屏上顯示當前的日期（年月日）時間（時分秒），環(huán)境溫度值，和紅外遙控解碼值。用戶可通過遙控器或單片機核心板上的按鍵來進行日期和時間的設置。 通過遙控上的“EQ”鍵，可控制LED顯示界面在時間、溫度、紅外解碼之間的切換。如果想調(diào)整時間，需要首先使用遙控器的“EQ”鍵將LCD顯示調(diào)制時間界面；之后通過按“播放停止鍵”將時間停止；然后再按“左快捷鍵”向右切換；最后按“加減鍵”可以進行數(shù)值的加減操作，調(diào)整完成后，再次按“播放停止鍵”，時間開始運行。另外通過單片機核心板上的K1-K4鍵也可以完成時間的調(diào)整：其中K1鍵對應遙控器的“右快捷鍵”，即實現(xiàn)向右切換年月日時分；K3鍵對應遙控器的“加鍵”，即實現(xiàn)年月日時分的加1；K4鍵對應遙控器的“減鍵”，即實現(xiàn)年月日時分的減1。（三）MP3電路模塊分析 VS1003是一單芯片MP3/WMA/MIDI音頻解碼和ADPCM編碼芯片，其擁有一個高性能低功耗的DSP處理器核VS-DSP。5K的指令RAM，0.5K的數(shù)據(jù)RAM，串行的控制和數(shù)據(jù)輸入接口，4個通用IO口，1個UART口；同時片內(nèi)帶有一個可變采樣率的DAC，一個立體聲DAC以及音頻耳機放大器；VS1003通過一個串行接口來接收輸入的比特流，它可以作為一個系統(tǒng)的從機。VS1003與單片機連接的引腳主要有7個，分別為：SO、SI、SCLK、XDCS、XRESET、DREQ、MOSI，只有保證它們與單片機正確可靠的連接，才能對VS1003進行有效的操作與控制。另外，VS1003各部分的供電電壓與輸出電壓值是不同的。VS1003芯片各部分供電電壓如下表：供電部分最小電壓推薦電壓最大電壓AVDD(模擬）2.5V2.8V3.6VCVDD(數(shù)字）2.4V2.5V2.7VIOVDD(I/O)0.6V2.8V3.6VSDIMMC卡是一種大容量，性價比高，體積小，訪問接口簡單的存儲卡。SDIMMC卡大量 應用于數(shù)碼相機、MP3、手機、大容量存儲設備。作為這些便攜式設備的存儲載體，它具有低功耗，非易失性，保存數(shù)據(jù)無需消耗能量的特點。MMC卡只使用了1-7觸點。對于1號引腳（CD/DAT3）擴展的DAT線（DAT1-DAT3）在上電后處于輸入狀態(tài)，它們在執(zhí)行SET-BUS-WIDTH命令后作為DAT線操作，當不用DAT1-DAT3線時，主機應使自己的DAT1-DAT3線處于輸入模式，這樣定義是為與MMC卡保持兼容。上電后，CD/DAT3作為帶50K上拉電阻的輸入線（可用于檢測卡是否存在或選擇SPI模式）。用戶可以在正常的數(shù)據(jù)傳輸中用SET-CLR-CARD-DETECT(ACMDA口)命令斷開上拉電阻的連接。MMC卡的該引腳在SD模式下為保留引腳，在SD模式下無任何作用。對于2號引腳CMD，MMC卡在SD模式下為IO/PP/OO，MMC卡在SPI模式下為I/PP。關于電壓匹配問題，SD卡的邏輯電平相當于3.3V TTL電平標準，而單片機的邏輯電平為5V。因此，它們之間不能直接相連，否則會有燒毀SD卡的可能。解決邏輯器件接口的電平兼容問題，原則主要有兩條：一為輸出電平器件輸出高電平的最小電壓值，應大于接受電壓器件識別為高電平的最低電壓值；二為輸出電平器件輸出低電平的最大電壓值，應小于接受器件識別為低電平的最高電壓值。考慮到SD卡在SPI協(xié)議的工作模式下，通訊都是單向的，于是在單片機向SD卡傳輸數(shù)據(jù)時采用晶體管加上拉電阻法的方案。在SD卡向單片機傳輸數(shù)據(jù)時，可以直接連接。因為它們之間的電平剛好滿足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟又實用。該方案可以雙電源供電（一個5V電源，一個3.3V電源供電），3.3V電源可用ASL1117穩(wěn)壓管從5V電源穩(wěn)壓獲取。（四）RFID模塊電路分析基于FM1702SL的非接觸式IC卡讀寫器，只要稍加改動就能開發(fā)成不同的射頻識別應用系統(tǒng)，如考勤系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)，公交車收費系統(tǒng)等。S50非接觸式卡符合MIFARE的國際標準，容量8K位，數(shù)據(jù)保存期10年，又可改寫10萬次，讀無限次。S50卡不帶電源，自帶天線，內(nèi)含加密控制邏輯電路和通用邏輯電路，卡與讀卡器之間的通訊采用國際通用DES和RES保密交叉算法，具有較高的保密性能。單片機與FMITDISL通用SPI總線通信，采用中斷工作模式，在FMITDISL復位后，必須進行一次初始化程序以便初始化SPI接口模式，而且可以同步實現(xiàn)單片機和FMITDISL的啟動工作。信息存儲在MIFARSE卡里，讀寫器與卡通過各自的天線建立起二者之間非接觸信息傳輸通道。當卡進入系統(tǒng)的工作區(qū)時，讀寫器向卡發(fā)射一組固定頻率的電磁波，卡內(nèi)有一個LC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產(chǎn)生共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在這個電容的另一端接有一個單向?qū)ǖ碾娮铀?，將帶?nèi)容內(nèi)的電荷送到另一個電容內(nèi)存儲，當所有積累的電荷達到2V時，此電容可做到電源為其它電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或讀取讀寫器的數(shù)據(jù)。根據(jù)互感原理可知，讀寫器天線半徑越大，匝數(shù)越多，讀寫器上的天線和卡上的天線的互感系數(shù)就越大。根據(jù)國際標準的要求，卡和讀寫器的通信距離為10cm，通過調(diào)整天線驅(qū)動電壓可以改變通信的最長距離。天線的傳輸帶寬和品質(zhì)因數(shù)成反比關系。過高的品質(zhì)因數(shù)會導致帶寬減小，從而減弱讀寫器的調(diào)制邊帶，會導致讀寫器無法與卡通信。（五）無線傳輸模塊分析nRF24L01是一無線通信芯片，采用FSK調(diào)制，可以實現(xiàn)點對點或是1對6的無線通信。無線通信速度最高可達2Mbps，只需為單片機系統(tǒng)預留5個GPIO，1個中斷輸入引腳，就可很容易地實現(xiàn)天線通信的功能，非常適合用MCU系統(tǒng)構建無線通信功能。nRF24L01具有收發(fā)模式，待機模式和掉電模式，四種工作模式，并由CE、寄存器內(nèi)部PWR、VP和PRIM、RX共同控制。nRF24L01所有的配置都由配置寄存器來定義，這些配置寄存器可通過SPI口訪問。SPI接口由SCK、MOSI、MISO及CSN組成，在配置模式下單片機通過SPI接口配置nRF24L01的工作參數(shù)，在發(fā)射或接收模式下單片機SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。單片機的控制指令從nRF24L01的MOSI引腳輸入，而nRF24L01的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)是從其MISO引腳輸出并送給單片機的。利用SPI傳輸數(shù)據(jù)時，是先傳輸?shù)臀蛔止?jié)，再傳輸高位字節(jié)，并且在傳輸每個字節(jié)時是從高位傳起。四、單片機軟件系統(tǒng)工作流程通過使用STC-ISP軟件，STC12C5A60S2單片機可實現(xiàn)串口在線編程。由于現(xiàn)在大的數(shù)據(jù)計算機都不存在提供單獨的串口，所以需要USB轉(zhuǎn)RS232串口線。（一）USB轉(zhuǎn)RS232串口設備驅(qū)動程序的安裝將USB轉(zhuǎn)RS232串口線接口插入計算機USB口從列表或指定位置安裝下一步選擇在搜索中包括這個位置完成選擇“3-USB轉(zhuǎn)口驅(qū)動程序”下的CH340文件夾確定右擊我的電腦選擇管理系統(tǒng)工具下一步選擇“端口設置”查看每秒位數(shù)為9600雙擊該端口展開“端口”出現(xiàn)USB-SERIAL(COM