杜 川 中北大學信息與通信工程學院

基于STC12單片機控制板的改進和創(chuàng)新

杜 川 中北大學信息與通信工程學院

單片機；實驗開發(fā)板；硬件設計

國內(nèi)外現(xiàn)狀：單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢，較為典型地說明了數(shù)字單片機的水平。在目前，用戶對單片機的需要越來越多，要求也越來越高。在單片機應用中，可靠性是首要因素為了擴大單片機的應用范圍和領域，提高單片機自身的可靠性是一種有效方法。

引言

當今社會，應用單片機的產(chǎn)品已經(jīng)滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的足跡?，F(xiàn)在，單片機的使用領域已十分廣泛。社會需要一批功能多樣，拓展性、改造性強的單片機?？萍荚桨l(fā)達，智能化程度越深，因此，單片機設計的改進和創(chuàng)新是社會發(fā)展的必然需求。

然而，市場上現(xiàn)有最小系統(tǒng)板、學習開發(fā)板大多數(shù)存在過于原始，對入門學習者要求過高或者模塊集成度高而掩蓋單片機基礎原理的缺陷，一款單片機開發(fā)板難以做到學習、自主裝卸、應用兼得。尤其在高校的學習和競賽中，缺少一款適應多種使用方式的單片機開發(fā)板。

1.設計目的與對象

為了解決上述問題，我們設計了這款STC12單片機控制板，該單片機主要為51單片機入門者設計，同時可作為比賽、課設用板。針對初學者，單片機外設層所含LED燈、獨立按鍵、液晶顯示等可完成入門學習。本著開放及方便用戶的原則，該單片機開放了所有IO口，用戶可以根據(jù)需求擴充模塊，打造專屬開發(fā)平臺用于各種比賽。同時，我們配套開發(fā)了底層程序，方便使用。

2.設計方案

為了實現(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，多拓展的設計理念，完成了以下的設計方案。

2.1 分層設計

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

外設層包括蜂鳴器、 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)動層包括L298P驅(qū)動芯片、驅(qū)動電路、光耦隔離電路和指示燈， L298P驅(qū)動芯片的驅(qū)動端通過驅(qū)動電路與待驅(qū)動電機連接， L298P驅(qū)動芯片的電源端與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)動芯片連接，指示燈為電機正反轉(zhuǎn)指示燈。

2.2 可拓展設計

主控層主要實現(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，此外設置15路數(shù)字口，所有引腳全部開放，可隨意擴充模塊；外設層放置1個NRF24L01電源處理（3.3V）、 2個LED指示燈；外設層除板載蜂鳴器、獨立按鍵之外設置24L01接口、OLED接口、5110液晶屏接口，可直接連接外設。驅(qū)動層為298P芯片，可實現(xiàn)12V及以下電壓電機驅(qū)動。除此以外，外接的WiFi模塊可實現(xiàn)與其他單片機之間的通信和數(shù)據(jù)傳遞。再者，基于本單片機控制板的小體積，還可以實現(xiàn)對其他設備的手持遙控，便捷、實用。

2.3 資源說明

STC12C5A60S2系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功能/超強抗干擾的新一代8051單片機，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專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S，即25萬次/秒），針對電機控制，強干擾場合。穩(wěn)壓電路通過MP1584芯片實現(xiàn)穩(wěn)壓功能。 MP1584是一個高頻率的降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，其具有一個集成的內(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，易于補償。

3.結(jié)語

綜合各方面的需求，我們設計了這款STC12單片機控制板，彌補了世面上的多功能單片機的空缺。并在教學、比賽課設、開發(fā)等多方面親自使用，效果顯著。希望有更多的學生，開發(fā)者等也能使用本STC12單片機控制板，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單片機的LED顯示屏硬件設計［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)板設計［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（5）：152～155

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

針對世面上單片機功能單一的現(xiàn)狀。我們設計了一種STC12單片機控制板，本STC12單片機控制板通過將單片機的外設層、主控層和驅(qū)動層分離設置，可以將其獨立拆解，解決現(xiàn)有單片機過于原始以致初學苦難和模塊集成度過高掩蓋單片機基礎原理等技術(shù)問題；該STC12單片機主控采用的是三層復合式結(jié)構(gòu)且主控層和驅(qū)動層獨立供電，各層可單獨使用，既適用于單片機初學者使用也適用于單片機愛好者進階使用。