引言

　　隨著通信技術日新月異，無線通信應用領域越來越廣泛，如無線遠程家庭防盜系統、無線車載終端智能防盜系統、無線溫度采集系統、短距離無線藍牙系統、ZigBee無線網絡通信系統等應用。然而，一直以來，高校在教學中講解現代無線通信的多種應用時，基本上都是停留在書本上的原理、理論，學生也只能很抽象地了解這些應用案例；即使有機會接觸實際硬件時，但由于硬件平臺要求學生的知識起點很高，大部分學生也只能是看看實驗現象，不能很好地掌握它。出現這種情況有以下原因：通信技術變化太快，新的技術不斷涌現，而學校的很多硬件設備都是停留于5年前甚至10年前，更新太慢；可能有部分學校購置了最新的無線通信實驗平臺，但是由于沒有考慮這些新的設備是否適合相關專業學生的接受能力，所以教學效果不好，學生對知識的應用僅僅停留在感性的認識上。鑒于此，結合多年的實踐教學經歷，根據通信專業學生的特點，自行設計了一套多

　　功能通信開發板（可以擴展），用于專業綜合實踐、畢業實踐、創新實踐等課程；考慮到本專業學生先前學過51系列單片機，開發板CPU芯片選用STC12C5A60S2；利用開發板可直接完成以下綜合項目：基于GPRS網絡的手機短信遠程控制小燈；基于GPRS網絡的溫濕度數據采集；基于GPRS網絡的家庭防盜系統設計；基于nRF905的無線溫度數傳；多功能萬年歷設計（可以用無線按鍵控制實現）。另外，本多功能開發板有擴展引腳，方便學生用于創新項目的開發。

　　1.STC12C5A60S2多功能開發板硬件設計

　　1.1多功能開發板硬件設計思路

　　隨著專業課的深入學習，學生對新的通信技術應用案例的要求，已經從概念轉向實際項目的操作。設計開發板的目的是為了提高學生的動手能力及編程、調試能力；通過設計完整的無線通信系統項目，讓學生更好地理解課堂中的理論與實際工程應用的關系。設計的多功能開發板功能框圖如圖1所示。

　　1.2多功能開發板

　　設計的開發板硬件實物圖如圖2所示，具有以下功能：

　　（1）手機短信遠程控制開發板LED燈亮滅；

　　（2）開發板可以接聽電話；

　　（3）開發板將采集數據（如溫濕度）發送至服務器、手機；

　　（4）基于nRF905的無線溫度數據采集（任意兩個開發板，其中一個開發板（受控）進行溫度采集，并將數據通過nRF905傳給另一個開發板（主控），溫度數據在（主控）開發板上顯示）；

　　（5）DS1302時鐘數據的讀取及其在LCD上顯示（可通過無線進行控制）。

　　主要包括微控制器STC12C5A60S2芯片連接電路、SIM900A連接電路、nRF905連接電路、DS1302時鐘芯片連接電路、矩陣按鍵連接電路、M74HC595B1R芯片連接電路、MAX232連接電路、LCD12864顯示連接電路、電源電路等。下面選取其中的主要3種功能模塊進行介紹。

　　1.2.1系統微控制器STC12C5A60S2

　　由于學生之前學過單片機相關理論及實驗課，所以選取STC12C5A60S2芯片。它是宏晶科技生產的單時鐘/機器周期（1T）的單片機，是高速/低功耗/超強抗干擾的新一代8051單片機，指令代碼完全兼容傳統8051，但速度快8~12倍。內部集成MAX810專用復位電路，2路PWM，8路高速10位A/D轉換，這些特點保證了開發板可編制出高效率的程序。STC12C5A60S2硬件連接圖如圖3所示。

　　1.2.2SIM900A模塊

　　SIM900A是SIMCom推出的新款緊湊型產品，它屬于雙頻GSM/GPRS模塊，完全采用SMT封裝形式；SIM900A僅適用于中國市場，其性能穩定，外觀精巧，性價比高；工作頻率為GSM/GPRS850MHz/900MHz/1800MHz/1900MHz，可以低功耗實現語音、SMS、數據和傳真信息的傳輸。利用SIM900A模塊，本開發板可實現GPRS遠程控制功能；同時，利用STC12C5A60S2雙串口功能與電腦相連，實現遠程服務器控制功能，如利用手機GPRS網絡，將遠程端的采集數據發到指定的服務器上。SIM900A硬件連接如圖4所示。

　　1.2.3nRF905模塊

　　nRF905是挪威NordicVLSI公司推出的單片射頻收發器，工作電壓為1.9~3.6V，32引腳QFN封裝（5×5mm），工作于433MHz/868MHz/915MHz三個ISM（工業、科學和醫學）頻道，頻道之間的轉換時間小于650μs。nRF905由頻率合成器、接收解調器、功率放大器、晶體振蕩器和調制器組成，不需外加聲表濾波器，Shock?BurstTM工作模式，自動處理字頭和CRC（循環冗余碼校驗），使用SPI接口與微控制器通信，配置非常方便。此外，其功耗非常低，以-10dBm的輸出功率發射時電流只有11mA，工作于接收模式時的電流為12.5mA，內建空閑模式與關機模式，易于實現節能。nRF905適用于無線數據通信、無線報警及安全系統、無線開鎖、無線監測、家庭自動化和玩具等諸多領域。nRF905硬件連接如圖5所示。

　　1.2.4LCD12864模塊

　　1.2.5矩陣按鍵模塊

　　開發板矩陣按鍵電路如圖7所示。

　　1.2.6LED燈接口電路

　　為了節約硬件資源，LED燈通過M74HC595芯片與微控制器相連，LED燈接口電路如圖8所示。

　　2.系統軟件設計

　　系統軟件設計方面主要包括SIM900模塊利用AT指令進行短信收發和解析；nRF905無線模塊收、發設計；LCD12864時鐘顯示等，下面結合兩個通信模塊的軟件設計進行講解。2.1SIM900軟件模塊及調試SIM900調試界面如圖9所示，下面介紹SIM900利用AT指令進行短信收發和解析的主要模塊定義及注釋：

　　2.2nRF905軟件收發設計

　　nRF905發送流程分以下幾步：

　　（1）當微控制器有數據要發送時，通過SPI接口，按時序把接收機的地址和要發送的數據送傳給nRF905，SPI接口的速率在通信協議和器件配置時確定；

　　（2）微控制器置高TRX_CE和TX_EN，激發nRF905的ShockBurstTM發送模式；

　　（3）nRF905的ShockBurstTM發送；

　　（4）AUTO_RETRAN被置高，nRF905不斷重發，直到TRX_CE被置低；

　　（5）當TRX_CE被置低，nRF905發送過程完成，自動進入空閑模式。

　　nRF905的接收流程分為以下幾步：

　　（1）當TRX_CE為高、TX_EN為低時，nRF905進入ShockBurstTM接收模式；

　　（2）650μs后，nRF905不斷監測，等待接收數據；

　　（3）當nRF905檢測到同一頻段的載波時，載波檢測引腳被置高；

　　（4）當接收到一個相匹配的地址，地址匹配引腳被置高；

　　（5）當一個正確的數據包接收完畢，nRF905自動移去字頭、地址和CRC校驗位，然后把數據準備好引腳置高；

　　（6）微控制器把TRX_CE置低，nRF905進入空閑模式；

　　（7）微控制器通過SPI口，以一定的速率把數據移到微控制器內；

　　（8）當所有的數據接收完畢，nRF905把數據準備好引腳和地址匹配引腳置低；

　　（9）nRF905此時可以進入ShockBurstTM接收模式、ShockBurstTM發送模式或關機模式。

　　3.結語

　　為了讓通信專業的學生更好地掌握無線通信技術的應用，本文設計的多功能開發板具有實際工程應用的價值，通過結合具體的項目開發流程，既提高了學生的C語言編程能力，又鍛煉了他們的工程項目素養，為畢業后從事相關技術研發工作打下堅實的基礎。