高職通信類專業(yè)單片機(jī)教學(xué)探索

曾欣（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 深圳 518029）

高職通信類專業(yè)單片機(jī)教學(xué)探索

曾欣
（深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院 廣東 深圳 518029）

總結(jié)了當(dāng)前單片機(jī)教學(xué)存在的問題，提出了建立新的具有通信專業(yè)特色的單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的具體方法。

高職；通信類專業(yè)；單片機(jī)

在電子信息和通信類的專業(yè)教學(xué)設(shè)計(jì)中都可以看到單片機(jī)設(shè)計(jì)這門課程。作為電學(xué)知識(shí)范疇里的一門重要課程，單片機(jī)知識(shí)的學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生對(duì)嵌入式電子產(chǎn)品開發(fā)有一定的了解，并且可為學(xué)生將來進(jìn)入工作崗位奠定基礎(chǔ)。隨著科技的發(fā)展，通信產(chǎn)品在人們生活中的應(yīng)用也越來越廣泛，隨之而來的是巨大的通信電子產(chǎn)品開發(fā)的市場需求。所以，通信類專業(yè)單片機(jī)教學(xué)如何貼近當(dāng)前通信類人才崗位需求值得探索。

目前，高職單片機(jī)課程教學(xué)存在以下問題：（1）內(nèi)容陳舊。全部是以一片雙列直插的40腳插座的8051配以不同的外圍電路去適應(yīng)各種不同的應(yīng)用要求，然后擴(kuò)充大量額外的接口芯片、顯示部件等等。這樣的設(shè)計(jì)在技術(shù)上已經(jīng)相當(dāng)落后。（2）教學(xué)內(nèi)容與真正的市場需求存在很大差距。目前的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大都是在實(shí)驗(yàn)板上實(shí)現(xiàn)LED跑馬燈、按鍵、串口通信、中斷定時(shí)器以及數(shù)字鐘等類似的項(xiàng)目，而這些內(nèi)容在今后單片機(jī)應(yīng)用中的使用比例將越來越小。如今在通信電子產(chǎn)品市場上，單片機(jī)正朝著SOC的方向發(fā)展，即集成各種存儲(chǔ)器、顯示接口、有線和無線的收發(fā)器、無線網(wǎng)絡(luò)基帶處理、語音視頻處理等。

基于單片機(jī)課程教學(xué)的現(xiàn)狀，有必要開發(fā)能培養(yǎng)學(xué)生適合崗位需求的單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)。

建立基于SOC的MSP430單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)

8051的單片機(jī)平臺(tái)是經(jīng)典，與其為最早進(jìn)入中國的單片機(jī)有關(guān)。但現(xiàn)實(shí)中基于SOC的單片機(jī)才是當(dāng)今主流和發(fā)展方向。TI公司的MSP430單片機(jī)就是這樣一種基于SOC的更適合實(shí)際開發(fā)的單片機(jī)，與8051單片機(jī)相比具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

第一，8051單片機(jī)是8位的單片機(jī)，采用復(fù)雜指令集（CISC）結(jié)構(gòu)，共有111條指令；而MSP430單片機(jī)是16位的單片機(jī)，采用精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，只有簡潔的27條指令。這對(duì)于學(xué)生來說減輕了學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，更容易樹立學(xué)習(xí)信心。

第二，MSP430系列單片機(jī)在低功耗方面的表現(xiàn)非常優(yōu)秀，是8051系列單片機(jī)不能比擬的。

第三，與8051相比，MSP430系列單片機(jī)的各成員都集成了豐富的片內(nèi)外設(shè)。它們分別是看門狗（WDT）、模擬比較器A、定時(shí)器A（Timer_A）、定時(shí)器B （Timer_B）、串口 0、1（USART0、1）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動(dòng)器、10位/12位ADC、I2C總線直接數(shù)據(jù)存取 （DMA）、端口O （P0）、端口1～6（P1～P6）、基本定時(shí)器（Basic Timer）等外圍模塊的不同組合。MSP430系列單片機(jī)的這些片內(nèi)外設(shè)為系統(tǒng)的單片解決方案提供了極大的方便。

第四，與8051不同的一點(diǎn)是MSP430系列單片機(jī)內(nèi)置了仿真器的功能，這相當(dāng)于將價(jià)格高昂和復(fù)雜的仿真器集成制造在芯片內(nèi)部，而在硅片上集成仿真器的成本很低，基本上可以忽略不計(jì)。這些仿真器都是采用類似JTAG仿真的功能，具有強(qiáng)大的調(diào)試功能，仿真時(shí)無需將單片機(jī)移除，就可以實(shí)現(xiàn)單步、斷點(diǎn)、C語言源級(jí)調(diào)試等高級(jí)功能。另外，MSP430系列單片機(jī)由于引進(jìn)了Flash型程序存儲(chǔ)器和JTAG技術(shù)，不僅使開發(fā)工具變得簡便，而且價(jià)格也相對(duì)低廉，還可以實(shí)現(xiàn)在線編程。

以下是一塊MSP430開發(fā)平臺(tái)的學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)板（見圖1），體積小，資源豐富，主要包括以下八大部分：（1）電源部分。有三種供電方式：外部供電、仿真器JTAG接口供電、USB接口供電。外部供電時(shí)可以通過兩節(jié)AAA型電池供電，教學(xué)一般采用電腦USB供電。（2）無線射頻接口。通過無線射頻接口可以連接433MHz、868MHz和2.4GHz的無線模塊，可以完成無線通信應(yīng)用。（3）音頻部分。從麥克風(fēng)輸入信號(hào)，在單片機(jī)內(nèi)部經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換后，由DMA模塊傳輸，在經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換到耳機(jī)輸出接口輸出。（4）觸摸按鍵部分。觸摸按鍵部分?jǐn)U展出16個(gè)按鍵，當(dāng)手指放在觸摸按鍵上滑動(dòng)時(shí)，按鍵上的電容值將發(fā)生改變，如果安裝了觸摸屏軟件，在上位機(jī)上將顯示手指移動(dòng)的真實(shí)軌跡。同時(shí)也可以將觸摸按鍵電容值的變化在LCD上顯示。（5）LCD顯示部分。段碼 LCD顯示器型號(hào)為 LSD048，由于MSP430FG4619內(nèi)部集成了LCD_A顯示驅(qū)動(dòng)模塊，所以LCD的顯示操作非常簡單，只需在軟件中設(shè)置相應(yīng)的控制寄存器，把顯示代碼送入相應(yīng)的LCD_A緩存寄存器即可。（6）獨(dú)立按鍵、蜂鳴器部分。蜂鳴器連接到單片機(jī) FG4619的 P3.5口，通過產(chǎn)生PWM波形，可以驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，使其發(fā)出聲音，獨(dú)立按鍵S1、S2分別連接到FG4619的P1.0、P1.1口。（7）LED指示燈部分。學(xué)習(xí)板上連接有4個(gè)不同顏色的LED指示燈。（8）USB轉(zhuǎn)串口部分。學(xué)習(xí)板具備USB轉(zhuǎn)串口模塊，與現(xiàn)在絕大部分單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)板要連接到電腦串口才能使用不同，它可以非常方便并且能可靠地通過USB接口和電腦相連。現(xiàn)在大部分筆記本電腦沒有串口配置，學(xué)校機(jī)房臺(tái)式機(jī)主機(jī)串口不向用戶開放，采用USB連接大大方便了單片機(jī)的教學(xué)和學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)實(shí)用和具備通信專業(yè)特色的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目

單片機(jī)教學(xué)以實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)作為教學(xué)方式已經(jīng)成為主流。高職學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的接受能力較差，相比較而言他們更愿意動(dòng)手，所以設(shè)計(jì)實(shí)用的、能讓學(xué)生更感興趣的實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目對(duì)單片機(jī)教學(xué)非常關(guān)鍵。

復(fù)讀機(jī)實(shí)踐項(xiàng)目 可以在學(xué)習(xí)板上實(shí)現(xiàn)以下復(fù)讀機(jī)基本功能：按下按鍵1給麥克風(fēng)輸入一個(gè)聲音信號(hào)，進(jìn)行采樣，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再經(jīng)過放大，寫入到Flash中進(jìn)行存儲(chǔ)；按下獨(dú)立按鍵2，從Flash中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后從耳機(jī)播放出來。在此基礎(chǔ)上還可以添加更多功能，如LCD顯示、重復(fù)播放模式等。該實(shí)踐項(xiàng)目用單片機(jī)再現(xiàn)了數(shù)字通信原理課程中的采樣、模數(shù)轉(zhuǎn)換、放大、數(shù)模轉(zhuǎn)換的內(nèi)容，對(duì)通信專業(yè)的學(xué)生來說是對(duì)前期課程感性認(rèn)識(shí)的一個(gè)補(bǔ)充，實(shí)用性強(qiáng)。由于MSP430單片機(jī)本身整合了U0A、DMA、ADC12、DAC12等模塊，在完成同樣功能的情況下，比51單片機(jī)操作起來更方便。

無線通信實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目 學(xué)習(xí)板提供了無線通信模塊的接口，所以可以通過安裝CC2500無線模塊完成無線通信的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。CC2500無線模塊工作頻率為2.4GHZ，發(fā)射功率為0dBm，采用MSK調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為250kbps。可以設(shè)計(jì)無線通信實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)以下功能（如圖2所示）：單片機(jī)1按下按鍵后通過無線模塊向其他單片機(jī)群發(fā)數(shù)據(jù)包，單片機(jī)2、3和4接收到數(shù)據(jù)包解析數(shù)據(jù)包中的地址，若不是發(fā)給本機(jī)的自動(dòng)丟棄，若是發(fā)給本機(jī)的則接收數(shù)據(jù)并通過LCD顯示并反饋回單片機(jī)1。通過這個(gè)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生既可以了解無線模塊的硬件結(jié)構(gòu)，又可以操作相關(guān)寄存器實(shí)現(xiàn)多機(jī)無線通信，并且可深刻體會(huì)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的過程。

實(shí)踐證明，實(shí)施新的單片機(jī)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目后，學(xué)生普遍對(duì)通信專業(yè)相關(guān)知識(shí)有了一定的感性認(rèn)識(shí)，并且相比以前的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，學(xué)生集體動(dòng)手參與的程度更高，興趣更濃。

圖1MSP430FG461X-20XX學(xué)習(xí)板實(shí)物圖

圖2 無線通信實(shí)訓(xùn)示意圖

[1]曹磊.MSP430單片機(jī)C程序設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M].北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2007.

[2]沈建華，楊艷琴，翟曉曙.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2004.

[3]秦龍.MSP430單片機(jī)常用模塊與綜合系統(tǒng)實(shí)例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[4]田開坤，徐海霞.ISP技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2008，（1）.

[5]劉斌儒.淺議產(chǎn)品教學(xué)法在高職高專單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國科教創(chuàng)新導(dǎo)刊，2008，（31）.

（本欄責(zé)任編輯：張維佳）

G718

A

1672-5727（2011）10-0125-02

曾欣（1979—），女，湖南益陽人，碩士，深圳信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)。