杜 川 中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院

基于STC12單片機(jī)控制板的改進(jìn)和創(chuàng)新

杜 川 中北大學(xué)信息與通信工程學(xué)院

單片機(jī)；實(shí)驗(yàn)開發(fā)板；硬件設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：?jiǎn)纹瑱C(jī)誕生于20世紀(jì)70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機(jī)是嵌入式系統(tǒng)的獨(dú)立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，專用單片機(jī)的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢(shì)，較為典型地說明了數(shù)字單片機(jī)的水平。在目前，用戶對(duì)單片機(jī)的需要越來越多，要求也越來越高。在單片機(jī)應(yīng)用中，可靠性是首要因素為了擴(kuò)大單片機(jī)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域，提高單片機(jī)自身的可靠性是一種有效方法。

引言

當(dāng)今社會(huì)，應(yīng)用單片機(jī)的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域，幾乎很難找到哪個(gè)領(lǐng)域沒有單片機(jī)的足跡?，F(xiàn)在，單片機(jī)的使用領(lǐng)域已十分廣泛。社會(huì)需要一批功能多樣，拓展性、改造性強(qiáng)的單片機(jī)?？萍荚桨l(fā)達(dá)，智能化程度越深，因此，單片機(jī)設(shè)計(jì)的改進(jìn)和創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展的必然需求。

然而，市場(chǎng)上現(xiàn)有最小系統(tǒng)板、學(xué)習(xí)開發(fā)板大多數(shù)存在過于原始，對(duì)入門學(xué)習(xí)者要求過高或者模塊集成度高而掩蓋單片機(jī)基礎(chǔ)原理的缺陷，一款單片機(jī)開發(fā)板難以做到學(xué)習(xí)、自主裝卸、應(yīng)用兼得。尤其在高校的學(xué)習(xí)和競(jìng)賽中，缺少一款適應(yīng)多種使用方式的單片機(jī)開發(fā)板。

1.設(shè)計(jì)目的與對(duì)象

為了解決上述問題，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款STC12單片機(jī)控制板，該單片機(jī)主要為51單片機(jī)入門者設(shè)計(jì)，同時(shí)可作為比賽、課設(shè)用板。針對(duì)初學(xué)者，單片機(jī)外設(shè)層所含LED燈、獨(dú)立按鍵、液晶顯示等可完成入門學(xué)習(xí)。本著開放及方便用戶的原則，該單片機(jī)開放了所有IO口，用戶可以根據(jù)需求擴(kuò)充模塊，打造專屬開發(fā)平臺(tái)用于各種比賽。同時(shí)，我們配套開發(fā)了底層程序，方便使用。

2.設(shè)計(jì)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的并方便不同人群使用，我們引入了小體積，大功能，多拓展的設(shè)計(jì)理念，完成了以下的設(shè)計(jì)方案。

2.1 分層設(shè)計(jì)

本STC12單片機(jī)控制板，包括外設(shè)層、主控層和驅(qū)動(dòng)層，外設(shè)層、主控層和驅(qū)動(dòng)層從上至下依次設(shè)置，外設(shè)層與主控層之間通過設(shè)置在其左右兩側(cè)的10P排針排母聯(lián)接，主控層與驅(qū)動(dòng)層通過設(shè)置在其前后兩側(cè)的2P排針排母和8P排針排母聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)層和主控層單獨(dú)供電，且其電壓輸入為7～14.4V。

外設(shè)層包括蜂鳴器、 LED燈、電源處理模塊、5110顯示屏、OLED顯示屏、按鍵模塊和無(wú)線模塊，電源處理模塊為3.3V的NRF24L01降壓穩(wěn)壓電路，且均通過10P排針排母與主控層連接。

主控層包括STC12C5A60S2芯片、電源電路和通信電路， STC12C5A60S2芯片的電源端通過電源電路與7～14.4V的電壓輸入源連接，通信電路與STC12C5A60S2芯片的通信端連接，STC12C5A60S2芯片設(shè)置有1路串口、 8路模擬口、 8路數(shù)字口，通信電路為CH340電路。

驅(qū)動(dòng)層包括L298P驅(qū)動(dòng)芯片、驅(qū)動(dòng)電路、光耦隔離電路和指示燈， L298P驅(qū)動(dòng)芯片的驅(qū)動(dòng)端通過驅(qū)動(dòng)電路與待驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接， L298P驅(qū)動(dòng)芯片的電源端與7～14.4V的電壓輸入源連接，光耦隔離電路和指示燈均與L298P驅(qū)動(dòng)芯片連接，指示燈為電機(jī)正反轉(zhuǎn)指示燈。

2.2 可拓展設(shè)計(jì)

主控層主要實(shí)現(xiàn)5V電源處理及引腳分配，其中包括1路串口、 8路模擬口、 8路數(shù)字口，此外設(shè)置15路數(shù)字口，所有引腳全部開放，可隨意擴(kuò)充模塊；外設(shè)層放置1個(gè)NRF24L01電源處理（3.3V）、 2個(gè)LED指示燈；外設(shè)層除板載蜂鳴器、獨(dú)立按鍵之外設(shè)置24L01接口、OLED接口、5110液晶屏接口，可直接連接外設(shè)。驅(qū)動(dòng)層為298P芯片，可實(shí)現(xiàn)12V及以下電壓電機(jī)驅(qū)動(dòng)。除此以外，外接的WiFi模塊可實(shí)現(xiàn)與其他單片機(jī)之間的通信和數(shù)據(jù)傳遞。再者，基于本單片機(jī)控制板的小體積，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其他設(shè)備的手持遙控，便捷、實(shí)用。

2.3 資源說明

STC12C5A60S2系列單片機(jī)是宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速/低功能/超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬(wàn)次/秒），針對(duì)電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場(chǎng)合。穩(wěn)壓電路通過MP1584芯片實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓功能。 MP1584是一個(gè)高頻率的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，其具有一個(gè)集成的內(nèi)部高端高壓功率MOSFET。它提供了3A的輸出電流模式控制快速環(huán)路響應(yīng)，易于補(bǔ)償。

3.結(jié)語(yǔ)

綜合各方面的需求，我們?cè)O(shè)計(jì)了這款STC12單片機(jī)控制板，彌補(bǔ)了世面上的多功能單片機(jī)的空缺。并在教學(xué)、比賽課設(shè)、開發(fā)等多方面親自使用，效果顯著。希望有更多的學(xué)生，開發(fā)者等也能使用本STC12單片機(jī)控制板，并向我們提出寶貴的建議和意見。

［1］ 李建蘭，邵建龍，張志宏等.基于STC12C系列單片機(jī)的DS18B20編程 ［J］.理論與方法， 2009， 128（1）： 23～26

［2］ 劉晉，王政林，薛凱方.基于STC12C5A60S2單片機(jī)的LED顯示屏硬件設(shè)計(jì)［J］.硬件縱橫，2011，30（22）：24～27

［3］ 黃超，劉婷，謝印慶.基于STC12C5A60S2多功能通信開發(fā)板設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（5）：152～155

［4］ 宏晶科技.STC12C5A60S2系列單片機(jī)器件手冊(cè)［EB/OL］：南通： 宏晶科技.2011-2-11.http：//www.stcmcu.com/.

針對(duì)世面上單片機(jī)功能單一的現(xiàn)狀。我們?cè)O(shè)計(jì)了一種STC12單片機(jī)控制板，本STC12單片機(jī)控制板通過將單片機(jī)的外設(shè)層、主控層和驅(qū)動(dòng)層分離設(shè)置，可以將其獨(dú)立拆解，解決現(xiàn)有單片機(jī)過于原始以致初學(xué)苦難和模塊集成度過高掩蓋單片機(jī)基礎(chǔ)原理等技術(shù)問題；該STC12單片機(jī)主控采用的是三層復(fù)合式結(jié)構(gòu)且主控層和驅(qū)動(dòng)層獨(dú)立供電，各層可單獨(dú)使用，既適用于單片機(jī)初學(xué)者使用也適用于單片機(jī)愛好者進(jìn)階使用。