高职通信类专业单片机教学探索

2011-07-07曾欣深圳信息职业技术学院广东深圳518029

职业教育研究 2011年10期

关键词：仿真器串口按键

曾欣（深圳信息职业技术学院广东深圳 518029）

高职通信类专业单片机教学探索

曾欣
（深圳信息职业技术学院广东深圳 518029）

总结了当前单片机教学存在的问题，提出了建立新的具有通信专业特色的单片机教学系统的具体方法。

高职；通信类专业；单片机

在电子信息和通信类的专业教学设计中都可以看到单片机设计这门课程。作为电学知识范畴里的一门重要课程，单片机知识的学习可以让学生对嵌入式电子产品开发有一定的了解，并且可为学生将来进入工作岗位奠定基础。随着科技的发展，通信产品在人们生活中的应用也越来越广泛，随之而来的是巨大的通信电子产品开发的市场需求。所以，通信类专业单片机教学如何贴近当前通信类人才岗位需求值得探索。

目前，高职单片机课程教学存在以下问题：（1）内容陈旧。全部是以一片双列直插的40脚插座的8051配以不同的外围电路去适应各种不同的应用要求，然后扩充大量额外的接口芯片、显示部件等等。这样的设计在技术上已经相当落后。（2）教学内容与真正的市场需求存在很大差距。目前的实验内容大都是在实验板上实现LED跑马灯、按键、串口通信、中断定时器以及数字钟等类似的项目，而这些内容在今后单片机应用中的使用比例将越来越小。如今在通信电子产品市场上，单片机正朝着SOC的方向发展，即集成各种存储器、显示接口、有线和无线的收发器、无线网络基带处理、语音视频处理等。

基于单片机课程教学的现状，有必要开发能培养学生适合岗位需求的单片机教学系统。

建立基于SOC的MSP430单片机开发平台

8051的单片机平台是经典，与其为最早进入中国的单片机有关。但现实中基于SOC的单片机才是当今主流和发展方向。TI公司的MSP430单片机就是这样一种基于SOC的更适合实际开发的单片机，与8051单片机相比具有以下几个优势：

第一，8051单片机是8位的单片机，采用复杂指令集（CISC）结构，共有111条指令；而MSP430单片机是16位的单片机，采用精简指令集（RISC）结构，只有简洁的27条指令。这对于学生来说减轻了学习负担，更容易树立学习信心。

第二，MSP430系列单片机在低功耗方面的表现非常优秀，是8051系列单片机不能比拟的。

第三，与8051相比，MSP430系列单片机的各成员都集成了丰富的片内外设。它们分别是看门狗（WDT）、模拟比较器A、定时器A（Timer_A）、定时器B （Timer_B）、串口 0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驱动器、10位/12位ADC、I2C总线直接数据存取（DMA）、端口O （P0）、端口1～6（P1～P6）、基本定时器（Basic Timer）等外围模块的不同组合。MSP430系列单片机的这些片内外设为系统的单片解决方案提供了极大的方便。

第四，与8051不同的一点是MSP430系列单片机内置了仿真器的功能，这相当于将价格高昂和复杂的仿真器集成制造在芯片内部，而在硅片上集成仿真器的成本很低，基本上可以忽略不计。这些仿真器都是采用类似JTAG仿真的功能，具有强大的调试功能，仿真时无需将单片机移除，就可以实现单步、断点、C语言源级调试等高级功能。另外，MSP430系列单片机由于引进了Flash型程序存储器和JTAG技术，不仅使开发工具变得简便，而且价格也相对低廉，还可以实现在线编程。

以下是一块MSP430开发平台的学习实验板（见图1），体积小，资源丰富，主要包括以下八大部分：（1）电源部分。有三种供电方式：外部供电、仿真器JTAG接口供电、USB接口供电。外部供电时可以通过两节AAA型电池供电，教学一般采用电脑USB供电。（2）无线射频接口。通过无线射频接口可以连接433MHz、868MHz和2.4GHz的无线模块，可以完成无线通信应用。（3）音频部分。从麦克风输入信号，在单片机内部经ADC转换后，由DMA模块传输，在经DAC转换到耳机输出接口输出。（4）触摸按键部分。触摸按键部分扩展出16个按键，当手指放在触摸按键上滑动时，按键上的电容值将发生改变，如果安装了触摸屏软件，在上位机上将显示手指移动的真实轨迹。同时也可以将触摸按键电容值的变化在LCD上显示。（5）LCD显示部分。段码 LCD显示器型号为 LSD048，由于MSP430FG4619内部集成了LCD_A显示驱动模块，所以LCD的显示操作非常简单，只需在软件中设置相应的控制寄存器，把显示代码送入相应的LCD_A缓存寄存器即可。（6）独立按键、蜂鸣器部分。蜂鸣器连接到单片机 FG4619的 P3.5口，通过产生PWM波形，可以驱动蜂鸣器，使其发出声音，独立按键S1、S2分别连接到FG4619的P1.0、P1.1口。（7）LED指示灯部分。学习板上连接有4个不同颜色的LED指示灯。（8）USB转串口部分。学习板具备USB转串口模块，与现在绝大部分单片机教学实验板要连接到电脑串口才能使用不同，它可以非常方便并且能可靠地通过USB接口和电脑相连。现在大部分笔记本电脑没有串口配置，学校机房台式机主机串口不向用户开放，采用USB连接大大方便了单片机的教学和学生的自主学习。

设计实用和具备通信专业特色的实训项目

单片机教学以实验和实训作为教学方式已经成为主流。高职学生对理论知识的接受能力较差，相比较而言他们更愿意动手，所以设计实用的、能让学生更感兴趣的实验和实训项目对单片机教学非常关键。

复读机实践项目可以在学习板上实现以下复读机基本功能：按下按键1给麦克风输入一个声音信号，进行采样，将模拟信号转变为数字信号，再经过放大，写入到Flash中进行存储；按下独立按键2，从Flash中读取数据，经过放大、数模转换，最后从耳机播放出来。在此基础上还可以添加更多功能，如LCD显示、重复播放模式等。该实践项目用单片机再现了数字通信原理课程中的采样、模数转换、放大、数模转换的内容，对通信专业的学生来说是对前期课程感性认识的一个补充，实用性强。由于MSP430单片机本身整合了U0A、DMA、ADC12、DAC12等模块，在完成同样功能的情况下，比51单片机操作起来更方便。

无线通信实训项目学习板提供了无线通信模块的接口，所以可以通过安装CC2500无线模块完成无线通信的实训项目。CC2500无线模块工作频率为2.4GHZ，发射功率为0dBm，采用MSK调制方式，数据传输速率为250kbps。可以设计无线通信实训项目实现以下功能（如图2所示）：单片机1按下按键后通过无线模块向其他单片机群发数据包，单片机2、3和4接收到数据包解析数据包中的地址，若不是发给本机的自动丢弃，若是发给本机的则接收数据并通过LCD显示并反馈回单片机1。通过这个实训项目，学生既可以了解无线模块的硬件结构，又可以操作相关寄存器实现多机无线通信，并且可深刻体会通信协议实现的过程。

实践证明，实施新的单片机实训项目后，学生普遍对通信专业相关知识有了一定的感性认识，并且相比以前的实训项目，学生集体动手参与的程度更高，兴趣更浓。