基于STC12C5A60S2多功能通信开发板设计

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.