關於微控制器生產實習總結
一、生產實習的目的和意義：
生產實習是培養本科學生理論聯絡實際，提高實際動手操作能力的重要教學環節。本專業的生產實習旨在使學生廣泛瞭解實際電子產品生產的全過程，熟悉電子產品的主要技術管理模式，並在實習的操作過程中學習、掌握電子產品的焊接、安裝、除錯的實際操作技能。鞏固和加深理解所學的理論，開闊眼界，提高能力，為培養高素質大學本科人才打下必要的基礎。透過學習，是理論與實際相結合，可以使學生加深對所學知識的理解，併為後續專業課的學習提供必要的感性知識，同時使學生直接瞭解本業的生產過程和生產內容，為將來走上工作崗位提供必要的實際生產知識。
二、實習的基本內容：
1、集中授課，進行相關知識的學習。
2、學習、掌握電子產品的獨立性設計與安裝、除錯的能力；進一步掌握電子測量儀器的正確使用方法，電元器件的測量與篩選技術。
3、初步瞭解電子整機產品的工藝過程。
4、為能使學生得到充分的鍛鍊，較大的提高學生的實際動手能力，本次生產實習安排每一位學生獨立完成全部系統的設計與安裝工作。
5、本實習環節，學生要獨立使用電焊鐵及各種電子測試裝置電路安裝與除錯，要學生嚴格遵守電器裝置的使用安全，遵守實驗室的各項規章制度。
三、基本要求：
1、在教師的指導下練習在測試電路德核心板上焊接元件，掌握焊接要領。
2、熟悉元器件的效能及管腳分配。
3、在給定的PCB板上焊接跳線，IC插座，電阻，電容，LED器件等。
4、檢查焊接是否正確。
5、插上元器件，執行系統，並觀測系統工作是否正常。
四、總體設計電路思想和原理：
本次生產實習用到的開發板和模組共7塊，分別為：微控制器核心板，電子鐘模組，MP3模組，RFID模組，無線傳輸模組，脈搏感測模組，GPS模組。
各模組相互組合，其所能實現的基本功能如下：
1、微控制器核心板+電子鐘模組：實現時間的顯示，溫度的測量，且可透過遙控器調時、定鬧等。
2、微控制器核心板+無線傳輸模組：實現資料的近距離無線傳輸。
3、微控制器核心板+MP3模組（含SD卡）：實現MP3播放功能。
4、微控制器核心板+RFID模組：實現地鐵檢票系統的模擬。
5、微控制器核心板+脈搏感測模組：實現人體脈搏感測的測量。
6、微控制器核心板+GPS模組：實現GPS衛星定位功能。
（一）核心板電路設計
微控制器核心板電路主要包括STC12C5A60S2微控制器，電子鐘模組介面電路，MP3介面電路，無線傳輸模組介面電路，脈搏感測模組介面電路，GPS模組介面電路，串列埠擴充套件電路，電源供電電路。該系統的微控制器是宏晶科技生產的單時鐘機器週期（IT）的微控制器，是高速、低功耗、超強幹擾的新一代8051微控制器。透過使用STC-ISP軟體，該微控制器可實現串列埠線上程式設計，無需程式設計器，無需模擬器。
核心板電路的設計思想主要是圍繞微控制器晶片的工作原理和特點，為其實現合理的設計出外圍電路：包括電源電路，顯示電路部分，復位電路部分，序列口通訊電路，按鍵電路等。
電源電路
（二）電子鐘模組電路設計
該模組主要用到的晶片有：時鐘保持晶片DS1302，單匯流排數字溫度感測器DS18B20，紅外遙-控-解-碼器TL1838A。
該模組電路設計的思想是瞭解這三種晶片的工作電壓，DS1302的工作時鐘頻率以及三種晶片與微控制器之間的硬體連線。
（三）MP3模組電路設計
該模組用到的主要晶片有MP3
音訊解碼晶片VS1003，3.3V電壓轉換晶片LM1117-3.3,2.5V電壓轉換晶片LM1117-2.5。
該電路的設計思想主要是瞭解晶片的作用和特點，尋找各晶片之間的聯絡，VS1003晶片是該模組的主要部分。微控制器設有單獨解碼MP3檔案的功能，而微控制器可與透過VS1003的介面電路的連線，進行MP3的解碼，實現音訊的輸出。透過晶片各引腳的功能和特點，合理的設計出相應的外圍電路。
（四）RFID模組電路的設計
該模組的`電路所用到的主要晶片為13.56MHZ的非接觸式通訊讀卡晶片FM1702。該晶片是基於ISO/4443標準的非接觸卡讀卡機專用晶片，採用0.6微米CMOS 、EEPROM工藝，支援13.56MHZ頻率下的type A非接觸式通訊協議，支援多種加窗演算法，相容philips的MFRC530(SPI介面)讀卡機晶片。
該模組的電路設計思想是基於FM1702各引腳的功能和特點，合理的設計晶片的外圍電路，其中的電容和電感所構成的天線是晶片與S50卡-通訊的工具。
五、單元電路設計：
1、微控制器核心板電路分析
微控制器核心板是本次實習中最重要的部分，它是實現各種模組功能的基礎部分。微控制器核心板的核心是STC12C5A60S2微控制器晶片，圍繞該晶片設計出相應電源供電電路，蜂鳴器驅動電路，按鍵電路，序列口通訊電路，復位電路，液晶屏驅動電路以及各模組的介面電路，由以上的電路部分就構成一個核心板電路系統。
2、電子鐘模組電路分析
電子鐘模組配合微控制器核心板，可在LCD1602液晶屏上顯示當前的日期（年月日）時間（時分秒），環境溫度值，和紅外遙-控-解-碼值。使用者可透過遙控器或微控制器核心板上的按鍵來進行日期和時間的設定。
透過遙控上的“EQ”鍵，可控制LED顯示介面在時間、溫度、紅外解碼之間的切換。如果想調整時間，需要首先使用遙控器的“EQ”鍵將LCD顯示調製時間介面；之後透過按“播放停止鍵”將時間停止；然後再按“左快捷鍵”向右切換；最後按“加減鍵”可以進行數值的加減操作，調整完成後，再次按“播放停止鍵”，時間開始執行。另外透過微控制器核心板上的K1-K4鍵也可以完成時間的調整：其中K1鍵對應遙控器的“右快捷鍵”，即實現向右切換年月日時分；K3鍵對應遙控器的“加鍵”，即實現年月日時分的加1；K4鍵對應遙控器的“減鍵”，即實現年月日時分的減1。
3、MP3電路模組分析
VS1003是一單晶片MP3/WMA/MIDI音訊解碼和ADPCM編碼晶片，其擁有一個高效能低功耗的DSP處理器核VS-DSP。5K的指令RAM，0.5K的資料RAM，序列的控制和資料輸入介面，4個通用IO口，1個UART口；同時片內帶有一個可變取樣率的DAC，一個立體聲DAC以及音訊耳機放大器；VS1003透過一個序列介面來接收輸入的位元流，它可以作為一個系統的從機。
VS1003與微控制器連線的引腳主要有7個，分別為：SO、SI、SCLK、XDCS、XRESET、DREQ、MOSI，只有保證它們與微控制器正確可靠的連線，才能對VS1003進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晶片各部分供電電壓如下表：
SDIMMC卡是一種大容量，價效比高，體積小，訪問介面簡單的儲存卡。SDIMMC卡大量 應用於數碼相機、MP3、手機、大容量儲存裝置。作為這些行動式裝置的儲存載體，它具有低功耗，非易失性，儲存資料無需消耗能量的特點。
MMC卡只使用了1-7觸點。對於1號引腳（CD/DAT3）擴充套件的DAT線（DAT1-DAT3）在上電後處於輸入狀態，它們在執行SET-BUS-WIDTH命令後作為DAT線操作，當不用DAT1-DAT3線時，主機應使自己的DAT1-DAT3線處於輸入模式，這樣定義是為與MMC卡保持相容。上電後，CD/DAT3作為帶50K上拉電阻的輸入線（可用於檢測卡是否存在或選擇SPI模式）。使用者可以在正常的資料傳輸中用SET-CLR-CARD-DETECT(ACMDA口)命令斷開上拉電阻的連線。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。對於2號引腳CMD，MMC卡在SD模式下為IO/PP/OO，MMC卡在SPI模式下為I/PP。
關於電壓匹配問題，SD卡的邏輯電平相當於3.3V TTL電平標準，而微控制器的邏輯電平為5V。因此，它們之間不能直接相連，否則會有燒燬SD卡的可能。解決邏輯器件介面的電平相容問題，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，應大於接受電壓器件識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，應小於接受器件識別為低電平的最高電壓值。考慮到SD卡在SPI協議的工作模式下，通訊都是單向的，於是在微控制器向SD卡傳輸資料時採用電晶體加上拉電阻法的方案。在SD卡向微控制器傳輸資料時，可以直接連線。因為它們之間的電平剛好滿足上述的電平相容原則，既經濟又實用。該方案可以雙電源供電（一個5V電源，一個3.3V電源供電），3.3V電源可用ASL1117穩壓管從5V電源穩壓獲取。
4、RFID模組電路分析
基於FM1702SL的非接觸式IC卡讀寫器，只要稍加改動就能開發成不同的射頻識別應用系統，如考勤系統，門禁系統，公交車收費系統等。S50非接觸式卡符合MIFARE的國際標準，容量8K位，資料儲存期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採用國際通用DES和RES保密交叉演算法，具有較高的保密效能。
微控制器與FMITDISL通用SPI匯流排通訊，採用中斷工作模式，在FMITDISL復位後，必須進行一次初始化程式以便初始化SPI介面模式，而且可以同步實現微控制器和FMITDISL的啟動工作。資訊儲存在MIFARSE卡里，讀寫器與卡-透過各自的天線建立起二者之間非接觸資訊傳輸通道。當卡進入系統的工作區時，讀寫器向卡發射一組固定頻率的電磁波，卡內有一個LC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器發射的頻率相同，在電磁波的激勵下，LC諧振電路產生共振，從而使電容內有了電荷，在這個電容的另一端接有一個單向導通的電子粟，將帶內容內的電荷送到另一個電容記憶體儲，當所有積累的電荷達到2V時，此電容可做到電源為其它電路提供工作電壓，將卡內資料發射出去或讀取讀寫器的資料。
根據互感原理可知，讀寫器天線半徑越大，匝數越多，讀寫器上的天線和卡上的天線的互感係數就越大。根據國際標準的要求，卡和讀寫器的通訊距離為10cm，透過調整天線驅動電壓可以改變通訊的最長距離。天線的傳輸頻寬和品質因數成反比關係。過高的品質因數會導致頻寬減小，從而減弱讀寫器的調製邊帶，會導致讀寫器無法與卡-通訊。
5、無線傳輸模組分析
nRF24L01是一無線通訊晶片，採用FSK調製，可以實現點對點或是1對6的無線通訊。無線通訊速度最高可達2Mbps，只需為微控制器系統預留5個GPIO，1箇中斷輸入引腳，就可很容易地實現天線通訊的功能，非常適合用MCU系統構建無線通訊功能。
nRF24L01具有收發模式，待機模式和掉電模式，四種工作模式，並由CE、暫存器內部PWR、VP和PRIM、RX共同控制。nRF24L01所有的配置都由配置暫存器來定義，這些配置暫存器可透過SPI口訪問。SPI介面由SCK、MOSI、MISO及CSN組成，在配置模式下微控制器透過SPI介面配置nRF24L01的工作引數，在發射或接收模式下微控制器SPI介面傳送和接收資料。
微控制器的控制指令從nRF24L01的MOSI引腳輸入，而nRF24L01的狀態資訊和資料是從其MISO引腳輸出並送給微控制器的。利用SPI傳輸資料時，是先傳輸低位位元組，再傳輸高位位元組，並且在傳輸每個位元組時是從高位傳起。
六、微控制器軟體系統工作流程
透過使用STC-ISP軟體，STC12C5A60S2微控制器可實現串列埠線上程式設計。由於現在大的資料計算機都不存在提供單獨的串列埠，所以需要USB轉RS232串列埠線。
1、USB轉RS232串列埠裝置驅動程式的安裝
2、STC-ISP V483串列埠下載軟體
七、實習過程心得：
新學期伊始，就迎來了為期四周的微控制器生產實習。在這次生產實習過程中，我受益頗多。這是我們經歷的第一次廣泛瞭解實際電子產品生產的全過程。從最初的設計，到焊接，安裝，除錯，我們都是逐一親自動手操作完成的。在這次實習中，我們遇到了不少問題，但正是因為有了這些問題，才有了我們更加深入學習的機會。為了解決這些問題，我們查資料，探討，請教老師，充分利用自己身邊的一切資源來學習。這樣的學習過程讓我們對所學內容理解的更深刻，而且大大提高了我們的團結協作能力。在實際操作焊接的過程中，我們從笨拙到熟練，動手能力不斷提高，有了很大的進步。這為我們以後步入工作崗位做了良好的鋪墊。
總之，透過這次生產實習，我受益匪淺，各方面的能力都有了提高。最後，感謝在實踐過程中悉心指導的每一位老師！