通信类专业下的单片机教学探索.doc

高职通信类专业下的单片机教学探索 曾 欣深圳信息职业技术学院 深圳 518029摘要：本文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单片机教学系统的具体方法。关键词：单片机 通信 MSP430在电子信息和通信类的专业教学设计中,我们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，单片机的学习可以让学生对嵌入式电子产品的开发有一定的了解和掌握，并且为学生将来进入专业岗位奠定经验基础。随着科技的发展，通信产品在我们生活中的应用也越来越广泛，当然随之带来的是巨大的通信电子产品的开发市场需求。所以，通信类专业下的单片机教学如何贴近当前对通信类人才岗位需求值得探索。目前，在高职院校内关于单片机课程的教学存在这样的问题：一是内容老旧，几十年不变。全部都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，然后扩充大量额外的接口芯片，显示部件等等。这样的设计实际上在技术上已经相当落后。二是教学设计的实验内容也无非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这样的项目。而这些内容在现在以及将来的单片机应用中所用到的比例越来越小。而如今在通信电子产品市场开发上单片机正朝着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、语音视频处理等等。很明显我们的单片机教学与真正的市场需求是存在很大技术差距的。基于目前单片机课程教学的现状，有必要开发新的能培养学生真正适合市场岗位需求开发能力的单片机教学系统。一 建立基于SOC的MSP430单片机开发平台。8051的单片机平台是经典，与它是最早进入中国的单片机有关。但现实中基于SOC的单片机才是如今主流和将来的发展方向。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。和8051单片机相比它具有以下几个优势：18051单片机是 8 位单片机。其指令是采用的被称为“ CISC ”的复杂指令集，共具有 111 条指令。而 MSP430 单片机是 16 位的单片机，采用了精简指令集（ RISC ）结构，只有简洁的 27 条指令。这对于学生来说减轻了学习的负担，对基础比较薄弱的高职学生来说更容易树立起信心。2MSP430 系列单片机在低功耗方面的非常优越，是8051系列单片机所不能比拟的。当今世界提倡低炭经济，而单片机也都朝着低功耗的方向发展。高职教育注重的是“以市场为导向”，我们不应该舍不得多少年不变的所谓“经典”，而应该勇于随着市场变化而去改变学生所学的内容。3. 和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16（P1P6）、基本定时器（Basic Timer）等的一些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。4. 和8051不同的一点是MSP430 系列内置了仿真器的功能,这相当于将价格高昂和复杂地仿真器功能，集成制造在芯片内部，因为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，仿真时无需要将单片机移除，就可以实现单步，断点，C语言源级调试等高级功能。现在大部分学校进行单片机实践时不使用仿真器是基于成本的考虑。事实上，单片机教学需要同时也能装配得起仿真器。另外，MSP430 系列而言，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，并且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（如图1），体积小，资源丰富。主要包括八大部分： 图1 MSP430FG461X-20XX 学习板实物图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，当将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亮显示在LCD上。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。.二 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。高职的学生对理论知识的接受能力比较差，相比而言他们更愿意动手。所以设计实用的、能让学生更有兴趣的实验和实训项目对单片机教学非常关键。1) 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。在学生完成的基础上还可以添加更多功能。比如：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，实用性也强。并且，由于MSP430单片机本身整合了U0A、DMA、ADC12、DAC12 等模块，所以完成同样功能的情况下，比51单片机操作起来更方便。2) 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。图2 无线通信实训示意图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它单片机群发数据包，单片机2、3和4接收到数据包解析数据包头中的地址，若不是发给本机的进行丢弃，若是则接收数据并通过LCD显示并反馈回单片机1。通过这样一个实训项目，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的无线通信，并且深刻体会通信协议实现的过程。经实践证明，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高，更感兴趣。参考文献：1. 曹磊 编著MSP 430单片机C程序设计与实践2007 北京航天航空大学出版社 北京2. 沈建华，杨艳琴，翟晓曙 编著MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用2004. 清华大学出版社 北京3. 秦龙 编著MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲2007 电子工业出版社 北京4. 田开坤, 徐海霞 ISP技术