【文章內容簡介】 300bps~115kbps 之間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF， CMOS 電平，支持標準的 AT 命令集。 系統(tǒng)軟件設計 本設計的硬件要正常發(fā)揮功能，離不開軟件設計的配合。由于本 人主要負責硬件環(huán)節(jié)，因此 軟件部分不再花篇幅進行詳細論述，下面只進行粗略的介紹。 系統(tǒng)軟件總體設計 圖 41 軟件設計 結構框圖 圖 42 軟件設計總體流程 建立 Keil 工程 和下載 HEX 到單片機 簡介 本設計的軟件部分主要是用 C 語言來進行開發(fā) ， 開發(fā)工具是 Keil UV4。 配置好開發(fā)項目后， 就可以設置生成 HEX 文件，并等程序寫好后生 成 HEX 文件然后用 STCISP 下載工具下載到單片機里。 從理論來說，下載程序是 軟件設計的最后一步，但由于 軟件設計并不能一步登天，所以經(jīng)常要在下載后驗證結果并再次進行代碼的修改，然后再次進行 下載，這樣才能達到一個較為完善的軟件設計結果。 矩陣鍵盤掃描軟件設計 簡介 4X4 的矩陣鍵盤是通過一個 8 位 I/O 口進行行線和列線的分時操作而實現(xiàn)的，最終根據(jù)用戶按下按鍵的結果生成一個唯一的鍵碼，而這個鍵盤就可以讓程序的其他部分調用實現(xiàn)各種輸入功能了。 矩陣鍵盤的分時操作主要有 延時法、中斷法和狀態(tài)機法 幾種，但由于本設計 使用的是速度極快的增強型 STC 12C5A16S2 單片機， 因此 延時法中對速度帶來的損失問題基本上不需要考慮 ，而且也能簡化軟件設計過程的繁瑣性。 密碼鍵盤的軟件設計 簡介 密碼鍵盤的軟件設計主要是通過 矩陣鍵盤掃描軟件得到的鍵碼來 進行存儲、分析和對比，將 操作人輸入的 密碼與系統(tǒng)中儲存好的密碼進行對比，如果兩者相同的話就進入撤防狀態(tài)。 這是一個比較簡單的 操作，但由于 矩陣鍵盤掃描軟件并沒有自帶按鍵記憶功能，所以就需要 利用一個中間的變量和 按鍵的標志位 變量 將按鍵的過程和結果儲存到中間的密碼變量中，最后再進行對比。 同時 ， 密碼鍵盤的軟件設計環(huán)節(jié)還要考慮到建立一個初始化的函數(shù)，執(zhí)行這個函數(shù)后就將中間變量和按鍵的標志位變量進行清空，以滿足 再次輸入的需求 同時，為了 避免因按鍵抖動而導致的一個鍵反復得到輸入結果從而很快就將密碼變量填充為同一個數(shù)字的意外， 密碼鍵盤還需要在矩陣鍵盤掃描軟件的環(huán)節(jié)就建立適當?shù)陌存I消抖機制，以提高密碼鍵盤的抗干擾性。 串口通訊軟件設計 簡介 串口通訊軟件主要是通過 配置 STC 12C5A16S2 單片機內部的獨立波特率發(fā)生器來實現(xiàn) 波特率的生成，從而為串口通訊和控制 GSM 模塊提供基礎，具體的方法就是在程序 中使用一段配置獨立波特率發(fā)生器寄存器的軟件代碼。 獨立波特率發(fā)生器 只是 在波特率生成過程中才發(fā)揮作用的，因此 即使是使用了獨立波特率發(fā)生器， 但其余的串口通訊指令設計也是和使用 單片機定時器生成的 波特率發(fā)生器一樣的，如 串口發(fā)送標志位、串口接收標志位等 操作原理上也是與傳統(tǒng)的 51 單片機的串口操作一模一樣的 ，不需要用一些特殊的方法進行配置。 GSM 模塊使用的 AT 通訊指令 簡介 AT 通訊指令是本設計中用于控制 GSM 手機模塊的軟件方式，可以通過串口將這些指令發(fā)送到 GSM 手機模塊上。同時， AT通訊指令還是一種工業(yè)標準，因此 同樣的通訊指令可以用于不同廠家的 GSM 模塊上，甚至是一些閑置的舊手機。 AT 通訊指令 的格式要求是非常嚴格的， 一旦中間有一個字符丟失或錯誤都不能成功的驅動 GSM 模塊進行操作，因此 在 進行字符串發(fā)送的時候要仔細檢查清楚。 5110 液晶軟件模塊 簡介 圖 43 按照 時序圖操作液晶顯示器 5110 液晶顯示模塊的軟件設計主要是通過分析廠家數(shù)據(jù)手冊提供的時序圖，對各 I/O 口進行操作， 并按照 SPI 協(xié)議進行軟件的編寫。 軟件設計小結 軟件設計并不是一個一勞永逸的過程，它要在與硬件的實際調試之中不斷解決問題，才能達到 實用的程度。 軟件設計實際上也是一個發(fā)現(xiàn)硬件問題的過程， 通過軟件設計的過程中， 我發(fā)現(xiàn)了硬件設計上存在的一些問題， 例如 通訊線接法 等， 起到了優(yōu)化 硬件設計的作用。 同時， 軟件設計也是發(fā)揮硬件 優(yōu)勢的重要步驟，如 本 設計中 涉及的 STC 單片機獨立波特率發(fā)生器， 雖然是一個硬件級別的 功能，但也需要 利用合適的軟件設計去編寫它的驅動代碼，從而將這個功能利用起來， 為 提高 硬件的 通訊性能和兼容性服務。 系統(tǒng)調試 繪制原理圖 在 Protel 99 軟件中 ， 按照 設計好的構思 畫出完整的原理圖。 為了 簡化 連線，大部分 連接 都是通過網(wǎng)絡標號來完成的，只需要在兩個引腳上放上相同名字的網(wǎng)絡標號， 這兩個引腳在電氣上就等于被連接起來了。需要注意的是放置網(wǎng)絡標號的時候 要對準 ，等到 鼠標指針發(fā)生變化的時候再把網(wǎng)絡標號放下去，不然就 會 讓網(wǎng)絡標號的焦點對不準引腳的 連接焦點，這樣雖然肉眼看上去很難發(fā)現(xiàn)問題，但一旦更新原理圖的網(wǎng)絡到 PCB 圖中的時候， Protel 99 軟件就會認不出這些“虛焊”的網(wǎng)絡 ，從而 帶來不必要的麻煩。 當 原理圖做好后， 將這個原理圖更新到 PCB 圖中，就可以開始 PCB 圖的設計了。 當然了， 原理圖中的元件要設置好相應的 PCB 封裝 ，不然更 新的時候軟件就會提示出現(xiàn)錯誤。 繪制 PCB 圖 PCB 就是印刷電路板的 縮寫，使用 PCB 來制作實物有利于 保證實物長期使用的穩(wěn)定性 ，還能增加自己的設計經(jīng)驗。 將 原理圖更新到 PCB 圖后 ，新增的元件會出現(xiàn)在 PCB 圖設計區(qū)域的 外面，然后 按照合理的布局思維將 元件逐個拉到設計區(qū)域內 進行布局，布局好后再開始進行連線。 在 連線的時候我參考了 購買感光電路板的 商家提供的 手冊， 像線要盡量達到 寬以上， 線與線之間的間距最好要有 。 當 PCB 設計完成，大致沒有問題后， 就以鏡像負片的形式打印 在 感光電路板商家提供的 菲 林片上。 圖 51 繪制好的 PCB 圖 腐蝕 PCB 電路板 我購買的感光板 使用起來非常簡單，只需要揭開感光面的保護膜， 然后將 打印好的鏡像負片菲林貼在 感光板的感光面上。 接著，就要想辦法 曝光了， 有 紫外光燈、日光燈和 太陽光三種方法。 其中太陽光曬的方式最簡便，不需要任何設備， 而且近日 午后的太陽比較猛烈 ， 十分適合 曝光使用。 將 貼好菲林的感光電路板放在 猛烈的太陽下，曬 十分鐘左右 ，如果途中 出現(xiàn)了烏云 ，最好計算好 烏云 的時間，等太陽重新 出來的時候 再補償延長相應的時間 ，不然會影響曝光 。 電路板 曝光好后 ， 就將電路板放到 買回來的顯影液中，根據(jù)配方表它的主要成分是堿性的 碳酸鈉 ， 把電路板放進去大約幾秒后線路就開始 浮現(xiàn)出來了 。當顯影徹底完成后， 就把這塊電路板放到配置好的腐蝕液中（ 由于三氯化鐵比較臟，我使用的腐蝕液是 買回來的一種 無色的 環(huán)保腐蝕液 ） ，這種腐蝕液的腐蝕速度比 三氯化鐵快很多，而且 用完后沒有 黃色的殘留物。 大約過了二十幾分鐘，電路板就腐蝕完畢了 。 由于腐蝕液有一定的 腐蝕性， 所以要用鑷子把電路板夾出來 ， 然后用大量的清水進行清洗，這部分的步驟完成后， 電路板的線路上還殘留有一些感光膜的， 然后就用 配置好的脫膜液將這部 分感光膜清洗走（有強堿性，所以要戴上膠手套） ，最后再用清水清洗， 電路板就腐蝕完畢了。 接著，我就用 一個 小電鉆套裝 ， 將電路板的孔都鉆出來（經(jīng)過腐蝕后，孔的位置在焊盤上都是沒有銅的，因此很容易識別）， 這個步驟比較漫長， 因為用的小電鉆功率比較小， 大約花了二十分鐘。 焊接元件 將 元件按照設計好的電路圖 裝到 覆銅板上 ， 并 小心進行焊接。因為 這種電路板的 質量 只是很一般的， 所以 焊接的時候溫度和持續(xù)時間不能太高，不然就很容易把 焊盤和線路 脫離基板了。另外， 由于手工鉆孔的精度比較差， 像 IC 座這樣的幾十腳的元件插進去 的時候可能一時間比較困難 ，要慢慢用鑷子將 位置不對的 引腳撥正。 焊接好后， 就進入 程序下載的步驟了。 解決 串口通訊不正常 的問題 由于 本 設計是要 用 單片機與手機之間直接進行通訊， 而手機數(shù)據(jù)線 轉換出來的 接頭是串口母頭， 因此 串口 通訊 接口 要設計成 公頭 ，這樣才能 兼容， 而且，在 普通的設計里 MAX232 引出的 第 7腳是應該與 串口頭的第 2 腳 連接、第 8腳應該與串口頭的第 3 腳連接， 在 本設計這種涉及 互相通訊的環(huán)節(jié)就應該用交叉接法，即 MAX232 引出的第七腳應該 接 串口頭的第 3腳、第 8腳應該接串口頭的 第2腳，即邏輯從原來的“ 7 83” 變?yōu)椤?7 82” ， 這并不算太大的難度 ，我在 原理圖設計的時候已經(jīng)考慮到了這個問題了 。 如果 要用到 STC 單片機的 串口下載功能的話，只需要再配 一個 兩頭都是母頭、采用 交叉接法的 串口線就行了。 可是， PCB 圖設計好， 電路板做出來后， 同組伙伴 才發(fā)現(xiàn) 即使 接駁上交叉線， 都不能 成功下載 程序到單片機里 。他將這個問題告訴我后， 我嘗試過更換MAX232 芯片 、周邊的電容， 都 沒什么 頭緒。 后來 ，才發(fā)現(xiàn) 串口公頭和串口母頭的 PCB 圖封裝是不同的， 針腳排布是完全相反的， 而我在畫 PCB 圖的時候不知道 這個問題，還是 用了 串口母頭的封裝庫當 成 串口公頭的 封裝庫 來布線。 由于時間比較緊， 再做一塊電路板已經(jīng)來不及了， 為了修正這個問題， 我在電路板上用小刀割斷 兩條 原來錯誤的布線，并用 外接 硬導線 的方式 按照正確的 對應關系重新進行了連接 ， 將修改好的電路板交給同組伙伴后，程序最后可以成功下載進去單片機里了，開始了 程序開發(fā)上的調試。 調試 實物 和修改程序 由于設計好的程序只是 在理論上設計的，還沒經(jīng)過實踐，因此 在下載到單片機后發(fā)現(xiàn)有些功能并不是很正常 ， 需要 讓合作伙伴 一一在實踐中進行修正。另外 ， 液晶顯示屏的 背光在使用一段時間后突然熄滅了 ，重新開機 也 沒有反應，我檢 查后發(fā)現(xiàn) 是控制 背光 的 三極管已經(jīng)損壞了，具體癥狀是三極管與單片機 I/O連接的引腳 要用電烙鐵碰一下才會 讓背光點亮，直接輸出低電平反而不行，這很明顯是三極管故障的問題， 于是我用電烙鐵把舊的三極管 拆出來，然后裝上一個新的進去，問題就解決了； 同樣的問題還發(fā)生過在蜂鳴電路上，只不過 這部分是蜂鳴器損壞了。 看來， 購買 元器件的時候 要注重質量問題，畢竟深圳的電子元件市場 的商家壽命的元件質量還是參差不齊的。 結論 本設計 提出了一種 基于增強型 51 單片機的 GSM 防盜報警器 ，能夠 在現(xiàn)有報警系統(tǒng)的 功能上增加無線 撥打主人電話的便利性 ， 并 提出了一種 使用獨立波特率發(fā)生器來 建立單片機與 GSM 模塊通訊的思路 ， 結果表明本設計基本上達到了設計的要求， 軟件和硬件的 功能發(fā)揮正常，具有較好的可行性與穩(wěn)定性 通過本 設計 ， 我 不僅 擁有了 單片機與通訊系統(tǒng)結合的經(jīng)驗，而且 還在軟件編程上 獲得了不少的新思路， 并 總結出了自己的不足之處 。 同時，也認識到了在 STM32 等新芯片層出不窮的今天， 51 單片機并沒有 過時，不少公司都在推出增強型的 51單片機，像本設計中使用的 STC 12C5A16S2 單片機， 利用這些增強型的 51 單片機 進行設計，不僅能 繼續(xù)使用前輩們在 51 單片機上編程的 有價值的經(jīng)驗， 直接使用與 51 單片機兼容的編程方法，還能夠使用像獨立波特率發(fā)生器這樣 實用的 新功能，從而簡化自己的 設計難度。 當然了， 本設計還是存在一些不足之處 ，如 由于 經(jīng)費緊張，沒有 采用 西門子的 TC35i 模塊本身 來做試驗，而是采用了 功能差不多的、也兼容 AT通訊指令的 閑置西門子 C60 手機 ， 這 在正式系 統(tǒng)中要轉換成 TC35i 模塊。 致謝 這個 設計 得到了 老師的 悉心指導， 在 我的設計過程遇到困難的時候是 馮老師給了 我修改和完善的意見， 讓我 在 實習 和畢業(yè)設計 兩個 繁忙的時段 重疊的時候不至于迷失了方向， 這份 感激之情真的難以言表。 這 個設計的制作過程時間雖然不是很長，但也無可避免地增加了實習上的時間的要求，公司得知這個情況下立刻全程提供了所需要的元器件給我進行這個制作，雖然對他們來說這只是一個小數(shù)目，但這對我意味著一份關切和重視。 參考文獻 [1] 鮑小南主編 . 單片微機型計算機原理及應用 .浙江 :浙江大學出版社 ,2021 [2] 張道德主編 .單片機接口技術（ C51 版） .北京 :中國水利水電出版社 ,2021 [3] 王慶利，袁建敏主編 .單片機設計案例實用教程。北京 :北京郵電大學出版社 ,2021 網(wǎng)站查詢： 元器件資料庫 資料庫 電子工程師元件 百度搜索 搜索 附錄一 使用說明 由于本設計使用的是西門子的 C60 手機來進行演示，所以在開始使用前需要先往手機里面裝一張 可以撥打電話的 GSM 手機卡 ，然后 用 手機的開機按鈕進行開機。 以下是報警器上面