教案嵌入式应用基础（项目4第8周）

《嵌入式应用与开发》教案授课周次8授课课时4教学目标知识目标：理解UART通用异步收发传输器的工作原理，掌握串行通信的单工、半双工、全双工三种传输方式及异步串行通信的数据帧格式与参数配置。技能目标：能够使用USB转串口芯片CH340实现开发板与PC机的物理连接，熟练运用UART1_Init等库函数完成波特率115200、8位数据位、1位停止位、无校验的串口参数配置，实现单片机与PC机间的双向数据通信。素养目标：学习宋彪同学坚持努力、勇于追求的精神，培养职业院校学生通过技能提升实现个人价值与社会贡献的职业发展观，传承精益求精的工匠精神。教学内容1.通信的基本概念2.STM8S的UART通信3.USB转串口芯片CH3404.UART1库函数配置教学重点1.STM8S的UART通信教学难点1.USB转串口芯片CH3402.UART1库函数配置教学方法讲授法+演示法+任务驱动法+案例教学法教学体会或反思教学设计：（包括教学准备、课堂导入、教学实施、作业布置等各个环节的教学内容（活动安排）、教学方法和时间分配等）一、课堂导入（5分钟）本环节首先通过回顾项目三传感器控制LED灯的内容，引导学生思考如何实现更灵活的人机交互控制方式，从而引出远程通信控制的需求。接着展示智能家居、工业远程监控等应用场景，说明串口通信在嵌入式系统中的重要性。二、教学实施（110分钟）环节一：通信原理讲授本环节首先向学生系统讲解数据通信的基本概念与分类方式。通过对比图4.1.1并行通信与图4.1.2串行通信的示意图，阐明并行通信多线同时传输、速度快但成本高，以及串行通信单线逐位传输、成本低但速度相对较慢的本质特征。随后重点讲解串行通信的三种传输方式：结合图4.1.3详细剖析单工方式数据仅能单向传输如广播系统、半双工方式收发不能同时进行如对讲机、全双工方式可双向同时传输如电话机的各自特点与应用场景。深入讲解异步串行通信的数据帧格式，结合图4.1.4说明一帧完整数据由起始位标识开始、5至8位数据位承载信息、可选的奇偶校验位用于差错检测、1至2位停止位标识结束的结构组成。详细解释波特率作为每秒传输位数的速率指标、数据位作为实际信息位数的参数、停止位用于时钟同步校正的作用机制，强调通信双方参数必须严格一致的重要性，为后续UART配置奠定理论基础。环节二：UART模块解析在掌握串行通信原理基础上，本环节转入STM8S单片机UART硬件模块的讲解。结合图4.1.5UART模块框图，介绍该模块支持同步单向通信、半双工通信、智能卡协议、IrDA红外解码、多处理器通信等丰富功能，以及配备DMA实现高速数据传输的先进特性。详细说明UART双向通信必需的三个引脚：UART_RX作为串行数据输入采用采样技术恢复数据、UART_TX作为串行数据输出在发送器激活且空闲时保持高电平、UART_SK作为发送器时钟输出用于同步传输。讲解发送器与接收器独立使能控制、接收缓冲器满与发送缓冲器空状态标志、传输结束标志、四种错误检测标志（溢出错误、噪音错误、帧错误、奇偶校验错误）、发送与接收两个中断向量、低功耗模式与静默模式等关键功能特性，帮助学生建立对UART硬件资源的完整认知。环节三：硬件平台讲解本环节聚焦USB转串口芯片CH340的硬件电路分析。首先介绍CH340作为USB总线转接芯片实现USB转串口或USB转打印口的功能特点，结合图4.1.6说明其在为计算机扩展异步串口、升级普通串口设备至USB总线方面的应用价值。随后结合图4.1.9原理图详细剖析电路组成：12MHz晶振电路由X4晶振与C40、C41两个20pF配套电容构成，为芯片提供精确时钟信号；电源电路由C42、C43两个0.1uF去耦电容与C39一个10uF滤波电容组成，确保5V电源稳定供给；USB接口通过VCC引脚接入5V电源，D-与D+引脚负责与计算机的数据交互；关键信号连接方面，CH340的TXD引脚连接至STM8S的RXD引脚用于数据接收，CH340的RXD引脚连接至STM8S的TXD引脚用于数据发送，形成交叉连接实现电平转换与数据透传。同时简要说明TTL电平标准与RS232电平标准的差异，强调CH340在电平兼容方面的桥梁作用。环节四：软件配置教学本环节详细讲解UART1的库函数配置方法。重点剖析UART1_Init函数的六个形参：BaudRate参数设置通信速率常用115200、WordLength参数选择8位数据位、StopBits参数配置1位停止位、Parity参数设置无校验或奇偶校验、SyncMode参数禁止或使能同步时钟、Mode参数控制收发使能模式，通过具体配置示例展示标准参数组合。同时介绍UART1_Cmd函数用于启停UART模块、UART1_ITConfig函数用于配置接收中断等中断源、UART1_SendData8函数用于发送8位数据、UART1_ReceiveData8函数用于接收8位数据的使用方法与调用注意事项，形成完整的软件驱动函数体系。环节五：代码实践学生根据讲解内容进行独立编程实践。首先编写main.c主程序，在BSP_Configuration函数中调用CLK_HSIPrescalerConfig配置内部16M时钟1分频，调用UART1_Configuration完成串口初始化，执行rim打开总中断，主循环保持空转等待中断触发。随后编写uart1.h头文件，声明UART1_Configuration配置函数与UART1_Send_Byte发送函数。重点编写uart1.c源文件：UART1_Configuration函数按照115200波特率、8位数据位、1位停止位、无校验、禁止同步、允许收发模式完成初始化，使能接收中断，启用UART模块；UART1_Send_Byte函数调用UART1_SendData8发送数据，通过查询UART1_FLAG_TXE标志等待发送完成。最后编写stm8s_it.c中断处理文件，在UART1_RX_IRQHandler接收中断服务程序中调用UART1_ReceiveData8获取接收数据，并立即调用UART1_Send_Byte回传实现数据环回。教师巡回指导，协助解决时钟配置错误、引脚复用冲突、中断向量号设置不当等常见问题。环节六：联调测试程序编译通过后进入软硬件联合调试阶段。学生首先使用USB线连接开发板与PC机，在设备管理器中查看CH340所占用的COM端口号如图4.1.12所示。打开蓝精灵多功能调试助手软件如图4.1.11，按照图4.1.13所示配置串口参数：选择对应COM端口、设置波特率115200、数据位8位、停止位1位、校验位无、流控制无，点击打开串口按钮建立连接。下载程序并运行后，在软件发送区输入任意字符点击发送，观察接收区是否显示相同字符回传，验证UART双向通信功能。鼓励学生尝试修改波特率参数观察通信异常现象，加深对参数匹配重要性的理解，同时测试连续发送、大数据量传输等场景评估通信稳定性。三、布