自制一个串口带时钟的加密狗

来源：互联网发布：社交网络用英语怎么说编辑：程序博客网时间：2024/05/01 16:50

首先是器件选型问题：

MCU 选一个 STC12C5A16S2 LQFP 44
其实就是51单片机，如果你没有玩过51单片机，就把它理解成一台超微型的电脑主机就可以了，里面有Flash存储器（可以理解成PC的硬盘，不过空间不大），还有RAM（可以理解成PC的内存，当然空间也不大）等等。至于为什么选STC这个品牌呢，因为烧写程序接口容易定义，直接用串口就可以进行程序的烧写了，所以选择用STC。为什么用12C5A系列呢，因为它的速度要比89C系列快，还有12T的模式，为什么要选16S2型号呢，因为有16k的Flash,当然还有08、32、40、48、52、56、60、62等型号，分别是指他们的Flash空间大小，S2表示支持双串口，还有AD的（表示数模转换IO口)，为什么选择 LQFP 44 封装呢，因为这个封装比较容易焊接，LQFP 48 的话就太小了，对于手工板来说不好制作，也不方便焊接，如果用DIP40，又太大了，对于加密狗这种设备还是小点好看。

通讯层器件选择 MAX232 SOP 16
这是串口通讯的一个基本器件，是将MCU的IO输出转RS232 TTL电平的芯片（其实就是个电压转换芯片），因为串口通讯的电压是用9v，而MCU的IO脚的耐压能力没那么高，输出电压也没那么高，因为它只能输出5V或接受5V以内的电压，过高的电压会让MCU烧毁，所以需要将MCU输出的5V电压转换成9V发出去，让收到的9V电压转换成5V供进来，这样才能解决串口通讯上9V电压的通讯问题，当然，其实也可以用9014、9015这样的三极管来自己搭电路解决这个问题，但既然有现成的转换模块，外围电路也不多，成本也不高(买得便宜的话还有RMB 0.8元/块的)。用 SOP 16封装的理由是：贴片封装，小巧好看省空间

时钟芯片选择 DS12C887 或 DS12C887+
这一款时钟芯片虽然样子大了点，但是好处是可以充电，每次充满电后，在没有任何供电的情况下，这个芯片可以自己调用内部电池的电自行工作，理论上可以跑10年。当然，也可以选择 DS1302 这样的芯片，有贴片封装的，不过要外接3V的电池和晶振。通常一个纽扣电池可以跑两年左右。不过我这里就只介绍DS12C887的方式。

完成基本器件选型后我们来设计好电路原理图

先安装一个 Protel DXP2004 或者 Protel 99 或者 Altium Designer Winter 09 之类的软件，然后开始设计原理图，这里我就不细说工具的使用部分了

先说一下供电部分电路

这个图里有4个器件，JP1是一个电源接口，可以用排针来弄，也可以直接弄成个焊盘直接焊接上电线。

C1是一个电解电容，因为无极性的电容没那么大的，所以就用电解电容，我使用贴片的，但看起来也不小

C2是一个无极性的贴片电容，用0805的就可以了，0603的太小不好焊接。

这两个电容主要用来滤波用的，作用是让电压更平稳的输出到后面的电路中。

LED1是一个发光二级管，也称LED，主要是用来显示是否已经上电的状态，R1是帮他接的500欧的电阻，因为LED的工作电压通常在1.5-3V左右，用这个电阻起到降压的作用,让他不至于烧毁。

这时的 VCC 就代表一个平稳的 +5V 供电,GND 就代表地。

我们再来看看 MCU 部分的电路

MCU 要能工作需要几个固定条件

1、供电，这款MCU供电是 5V 的，所以在 38 脚我们接上 VCC, EA脚注意也接上 VCC

2、接地，要电路能运转，必须形成电路的回路，根据 MCU 管脚定义，所以我们在 16脚接墒 GND(地)

3、上晶振，就像 PC 的 CPU 一样，MCU 也有时钟频率，PC 的 CPU 振荡频率是内部的，而这款 MCU 的是在外部振荡的,所以我们必须在外部给他接个晶振。而外部的振荡电路如下：

根据 MCU IO口定义，我们将振荡电路的两端接到 MCU 的第 14、15 口上。

Y1是表示晶振，频率是 22.1184 兆赫兹，为什么要用这个频率呢？主要是方便串口通讯的时钟频率。

C7 和 C8 是两个 33皮法的无极贴片电容，因为晶振频率高，每个振荡都有可能影响下面的地产生振荡,所以用两个比较小的电容进行滤波。其实用 20pf - 35pF 都可以的。

这样一来，MCU 所需基本的条件就有了，只要一供电，MCU就会读取内部的程序进行工作了。

但是程序是哪来的呢？当然是用户自己烧写进去的啦，那怎么烧写，通过什么地方烧写呢？上面我有提过，是通过串口烧写，所以，下一步我们就来看看这款MCU的串口通讯部分的电路。

4、串口通讯

这款MCU有两个串口，共4个IO管脚来处理串口通讯。我们只需要用到一个串口，所以我们使用第5脚和第7脚来进行串口通讯的收发处理。
为什么非要用第5和第7脚呢，因为这是厂家出厂时定义给用户用作串口通讯用的两个管脚，烧写程序也是用这两个管脚传输数据后烧写的，如果只作为通讯，任何IO口都可进行串口通讯（但需要自己在程序里模拟处理整个通讯包过程），但是如果使用这个口，只需要设置几个参数，就很方便的可以直接使用中断处理串口通讯内容。

然而，串口通讯的电压标准是9V，也就是说，发送出去的电压是9V。接收的电压也是9V，我们使用的 MCU IO 口是 5V 的，如果这个电压直接送到 MCU 的 IO 口，后果可想而知，所以我们必须作电压转换，这里我们采用 MAX232 作为电平转换芯片。以下是 MAX232 的基本电路。

根据 MAX232 的外围电路标准，电容是在 0.1 微法到 1 微法到之间，主要是根据连接串口的电缆线长度而决定的。电容越大，线缆就可以越长，电容越小，线缆就越短，但是长度通常都用 1.5M，所以不用太在意这个值。我们这里使用 1微法，这样能保证线缆能尽可能的长的条件下可以进行通讯。C3、C4、C5、C6 都是 1 微法无极性的 0805 贴片电容，将第 10 脚接到 MCU 的第7脚，将第9脚接到 MCU 的第5脚，第7脚和第8脚分别接到PC串口上的2、3脚上，供电和接地部分看上图就清楚了，我也不多说了

5、时钟

这一款时钟芯片主要是8位并行通讯的，所以尽量将他的数据口直接到 MCU 的一组 IO 口上，我这里是接到了 MCU 的 P0 口上，这样方便程序的读写操作。在管脚连接上，尽量避免 P1.4-P1.7的 IO 口，因为这几个口是 SPI 脚的定义口，弄不好会影响程序烧写的，因为虽然说STC是通过串口烧写，但其实它是内部模仿 SPI 烧写的，所以尽量避免接这种可返回和设置的设备端口在这里使用。

到此为止，基本的原理图我们已经作出来了，剩下来的就是制作 PCB 图和制版写程序了。

根据上面的原理图，设计PCB图

设计时PCB图