單片機(jī)生產(chǎn)實(shí)習(xí)報(bào)告.doc

STC單片機(jī)電子制作簡(jiǎn)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：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(jī)核心板和電子鐘模塊組合實(shí)現(xiàn)：時(shí)間顯示、溫度測(cè)量；2.通過單片機(jī)核心板MP3模塊組合實(shí)現(xiàn)：MP3播放功能；3.通過單片機(jī)核心板和RFID模塊組合實(shí)現(xiàn)：讀S50卡信息；4.通過單片機(jī)核心板和無線傳輸模塊組合實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)的近距離無線傳輸；5.通過單片機(jī)核心板和脈搏傳感模塊組合實(shí)現(xiàn)：人體脈搏的測(cè)量；6. 通過單片機(jī)核心板和GPS模塊組合實(shí)現(xiàn)：GPS衛(wèi)星定位功能。二、總體設(shè)計(jì)電路思想和原理： （一）核心板電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)核心板電路主要包括STC12C5A60S2單片機(jī)，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(kuò)展電路，電源供電電路。該系統(tǒng)的單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘機(jī)器周期（IT）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)干擾的新一代8051單片機(jī)。通過使用STC-ISP軟件，該單片機(jī)可實(shí)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(shè)計(jì)思想主要是圍繞單片機(jī)芯片的工作原理和特點(diǎn)，為其實(shí)現(xiàn)合理的設(shè)計(jì)出外圍電路：包括電源電路，顯示電路部分，復(fù)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(shè)計(jì)該模塊主要用到的芯片有：時(shí)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(shè)計(jì)的思想是了解這三種芯片的工作電壓，DS1302的工作時(shí)鐘頻率以及三種芯片與單片機(jī)之間的硬件連接。（三）MP3模塊電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)思想主要是了解芯片的作用和特點(diǎn)，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(jī)設(shè)有單獨(dú)解碼MP3文件的功能，而單片機(jī)可與通過VS1003的接口電路的連接，進(jìn)行MP3的解碼，實(shí)現(xiàn)音頻的輸出。通過芯片各引腳的功能和特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)出相應(yīng)的外圍電路。（四）RFID模塊電路的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)的非接觸卡讀卡機(jī)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(jī)芯片。該模塊的電路設(shè)計(jì)思想是基于FM1702各引腳的功能和特點(diǎn)，合理的設(shè)計(jì)芯片的外圍電路，其中的電容和電感所構(gòu)成的天線是芯片與S50卡通信的工具。三、單元電路詳細(xì)設(shè)計(jì)：（一）單片機(jī)核心板電路分析 單片機(jī)核心板是本次實(shí)習(xí)中最重要的部分，它是實(shí)現(xiàn)各種模塊功能的基礎(chǔ)部分。單片機(jī)核心板的核心是STC12C5A60S2單片機(jī)芯片，圍繞該芯片設(shè)計(jì)出相應(yīng)電源供電電路，蜂鳴器驅(qū)動(dòng)電路，按鍵電路，串行口通信電路，復(fù)位電路，液晶屏驅(qū)動(dòng)電路以及各模塊的接口電路，由以上的電路部分就構(gòu)成一個(gè)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(jī)核心板，可在LCD1602液晶屏上顯示當(dāng)前的日期（年月日）時(shí)間（時(shí)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(jī)核心板上的按鍵來進(jìn)行日期和時(shí)間的設(shè)置。 通過遙控上的“EQ”鍵，可控制LED顯示界面在時(shí)間、溫度、紅外解碼之間的切換。如果想調(diào)整時(shí)間，需要首先使用遙控器的“EQ”鍵將LCD顯示調(diào)制時(shí)間界面；之后通過按“播放停止鍵”將時(shí)間停止；然后再按“左快捷鍵”向右切換；最后按“加減鍵”可以進(jìn)行數(shù)值的加減操作，調(diào)整完成后，再次按“播放停止鍵”，時(shí)間開始運(yùn)行。另外通過單片機(jī)核心板上的K1-K4鍵也可以完成時(shí)間的調(diào)整：其中K1鍵對(duì)應(yīng)遙控器的“右快捷鍵”，即實(shí)現(xiàn)向右切換年月日時(shí)分；K3鍵對(duì)應(yīng)遙控器的“加鍵”，即實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)分的加1；K4鍵對(duì)應(yīng)遙控器的“減鍵”，即實(shí)現(xiàn)年月日時(shí)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(gè)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(gè)通用IO口，1個(gè)UART口；同時(shí)片內(nèi)帶有一個(gè)可變采樣率的DAC，一個(gè)立體聲DAC以及音頻耳機(jī)放大器；VS1003通過一個(gè)串行接口來接收輸入的比特流，它可以作為一個(gè)系統(tǒng)的從機(jī)。VS1003與單片機(jī)連接的引腳主要有7個(gè)，分別為：SO、SI、SCLK、XDCS、XRESET、DREQ、MOSI，只有保證它們與單片機(jī)正確可靠的連接，才能對(duì)VS1003進(jìn)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(jià)比高，體積小，訪問接口簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)卡。SDIMMC卡大量 應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、MP3、手機(jī)、大容量存儲(chǔ)設(shè)備。作為這些便攜式設(shè)備的存儲(chǔ)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(diǎn)。MMC卡只使用了1-7觸點(diǎn)。對(duì)于1號(hào)引腳（CD/DAT3）擴(kuò)展的DAT線（DAT1-DAT3）在上電后處于輸入狀態(tài)，它們?cè)趫?zhí)行SET-BUS-WIDTH命令后作為DAT線操作，當(dāng)不用DAT1-DAT3線時(shí)，主機(jī)應(yīng)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(cè)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(duì)于2號(hào)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(guān)于電壓匹配問題，SD卡的邏輯電平相當(dāng)于3.3V TTL電平標(biāo)準(zhǔn)，而單片機(jī)的邏輯電平為5V。因此，它們之間不能直接相連，否則會(huì)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(yīng)大于接受電壓器件識(shí)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(yīng)小于接受器件識(shí)別為低電平的最高電壓值?？紤]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(jī)向SD卡傳輸數(shù)據(jù)時(shí)采用晶體管加上拉電阻法的方案。在SD卡向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接連接。因?yàn)樗鼈冎g的電平剛好滿足上述的電平兼容原則，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。該方案可以雙電源供電（一個(gè)5V電源，一個(gè)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(dòng)就能開發(fā)成不同的射頻識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)，如考勤系統(tǒng)，門禁系統(tǒng)，公交車收費(fèi)系統(tǒng)等。S50非接觸式卡符合MIFARE的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，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(guó)際通用DES和RES保密交叉算法，具有較高的保密性能。單片機(jī)與FMITDISL通用SPI總線通信，采用中斷工作模式，在FMITDISL復(fù)位后，必須進(jìn)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(shí)現(xiàn)單片機(jī)和FMITDISL的啟動(dòng)工作。信息存儲(chǔ)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(dāng)卡進(jìn)入系統(tǒng)的工作區(qū)時(shí)，讀寫器向卡發(fā)射一組固定頻率的電磁波，卡內(nèi)有一個(gè)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(lì)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(gè)電容的另一端接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮铀冢瑢?nèi)容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)存儲(chǔ)，當(dāng)所有積累的電荷達(dá)到2V時(shí)，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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)電壓可以改變通信的最長(zhǎng)距離。天線的傳輸帶寬和品質(zhì)因數(shù)成反比關(guān)系。過高的品質(zhì)因數(shù)會(huì)導(dǎo)致帶寬減小，從而減弱讀寫器的調(diào)制邊帶，會(huì)導(dǎo)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(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或是1對(duì)6的無線通信。無線通信速度最高可達(dá)2Mbps，只需為單片機(jī)系統(tǒng)預(yù)留5個(gè)GPIO，1個(gè)中斷輸入引腳，就可很容易地實(shí)現(xiàn)天線通信的功能，非常適合用MCU系統(tǒng)構(gòu)建無線通信功能。nRF24L01具有收發(fā)模式，待機(jī)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(jī)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(jī)SPI接口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)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(jī)的。利用SPI傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，是先傳輸?shù)臀蛔止?jié)，再傳輸高位字節(jié)，并且在傳輸每個(gè)字節(jié)時(shí)是從高位傳起。四、單片機(jī)軟件系統(tǒng)工作流程通過使用STC-ISP軟件，STC12C5A60S2單片機(jī)可實(shí)現(xiàn)串口在線編程。由于現(xiàn)在大的數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)都不存在提供單獨(dú)的串口，所以需要USB轉(zhuǎn)RS232串口線。（一）USB轉(zhuǎn)RS232串口設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝將USB轉(zhuǎn)RS232串口線接口插入計(jì)算機(jī)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(gè)位置完成選擇“3-USB轉(zhuǎn)口驅(qū)動(dòng)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(shè)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