高校物聯網專業單片機實驗室建設選型比較

劉剛 白城師范學院

美國《福布斯》雜志評論未來物聯網將比互聯網大的多，產業規模比互聯網大幾十倍，總產值高達數萬億，物聯網技術領域人才缺口達100萬多，未來物聯網將會被廣泛應用于交通、物流、安防、電力、家居、醫療、礦業和軍事等各個領域。國內外高校都爭相開設物聯網工程專業，但是要培養出合格的物聯網專業人才，實驗教學是一個重要環節，而已有的設備決定了可以做哪些實驗以及實驗的深度和廣度。硬件的發展雖然沒有軟件更新的速度快，但是隨著社會需求的改變或芯片廠商的更替，很可能你所學的知識將沒有用武之地。所以

一、目前主流單片機簡述

一款芯片被市場的接納度如何不僅取決于芯片本身的優劣，還取決于芯片生產廠商的推廣力度和相關行業的發展形勢，對于一個學習者而言，一款芯片的優劣也不僅僅取決于芯片 的參數和質量，還取決于芯片的學習資源多少。當然越流行的芯片相關學習資源就會越多，而大的芯片廠商會主動推廣和制作學習資源。目前主要的十家微處理器廠商中生產高端微處理器的廠商營收較好，例如生產汽車控制微處理器和智能家電微處理器等。目前的主流單片機有：C51系列、ARM系列、AVR系列、PIC系列和MSP系列等

二、各系統列單片機的特點

(一)C51系列

51系列單片機最早有Intel公司推出，主要有8031系列，8051系列。后來Atmel公司以8051的內核為基礎推出了AT89系列單片機。它廣泛應用于工業測控系統之中。很多公司都有51系列的兼容機型推出，今后很長的一段時間內將占有大量市場。比較適合初學者的需要。多數高校的單片機課程使用C51做實驗，因為C51價格非常低廉，使用C語言編程，容易納入到現有的課程體系中，而且有著幾十年的歷史，教學資源多教師經驗積累也相對豐富。但是，作為一款單片機本身的參數卻是很低的，以89c51為例，只有8位處理器、4k存儲、12M晶振和40個管腳。雖然作為教學足夠了，但要做一些稍復雜的畢業設計或參加一些競賽就明顯力不從心。C51有一些升級版本對性能有所提高例如C52系列和S51系列，但是性能提升有限。

(二)ARM系列

ARM已經遍布在我們的身邊，幾乎所有的智能設備都使用ARM系列CPU，例如手機、電視、智能家電、汽車電子產品、自動駕駛汽車、交通控制、飛機輪船和火車等。

其中stm32系列在小型電子產品中被廣泛應用，主要有F0系列、F1系列、F4系列和F7系列等。它的特點低廉的價格、出色的易用性、超低的功耗和靈活的可集成性是物聯網小型終端的首選。

另一個小系統開發板Micro：bit

(三)AVR系列

AVR單片機也是Atmel公司的產品，最早的就是AT90系列單片機，現在很多AT90單片機都轉型為Atmega系列和AtTiny系列，AVR單片機最大的特點是精簡指令型單片機，執行速度，在相同的振蕩頻率下是8位MCU中最快的一種單片機。

AVR應用區域有空調控制板、打印機控制板、智能電表、智能手電筒、LED控制屏、醫療設備和GPS等。

AVR有一個流行的最小系統板Arduino UNO，Arduino Uno開 發 板 以ATmega328 MCU控制器為基礎，具備14路數字輸入/輸出引腳(其中6路可用于PWM輸出)、6路模擬輸入、一個16MHz陶瓷諧振器、一個USB接口、一個電源插座、一個ICSP接頭和一個復位按鈕。它采用Atmega16U2芯片進行USB到串行數據的轉換。因其IDE和主板都支持一鍵下載、開發方便和資源多等特點廣受創客歡迎，也是少兒電子智能教育的首選之一。

(四)PIC系列

PIC單片機是Microchip公司的產品，它也是一種精簡指令型的單片機，指令數量比較少，中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。因為其指令簡單易于掌握，主要用于流程簡單可靠性要求高的工控制。

(五)MSP系列

MSP系列單片機是一種16位超低功耗具有精簡指令集的混合信號處理器。MSP單片機稱之為混合信號處理器，是由于其針對實際應用需求，將多個不同功能的模擬電路、數字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機”解決方案。該系列單片機多應用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。

三、高校實驗室建設應如何選擇

多數高校的片機課程已經開設很多年了，積累了很多教學資源，教師對教學內容也已經熟練，所以對于計算機專業來說更換一種單片機就是更換整套的教學體系，往往是教師門不愿意做的，所以很多高校在選擇單片機課程實驗平臺時主要是考慮延續已有的教學體系和充分利用已有的教師資源和教學資源。

如果考慮學生就業和產業方向ARM是較好的選擇，stm32系列價格低廉、應用廣泛更適合學生學習之后快速的應用到畢業設計或電子設計大賽中去。

Arduino是創客圈最火的開發板之一，因其開放源碼使硬件價格進一步下降，極大的促進了它在初學者中的流行。簡單易學的特點適特別適合第一次接觸單片機和學生來學習，作為大一的入門課程會有很好的效果。

四、總結

要想既兼容現有教學體系又面向就業與市場貼合還要快速上手適合電子設計制作是很難的。其實單片機的原理是相通的，只要學會了其中一款，其它的單片機再學習時就容易上手了。當然在有條件的情況下要盡量考慮產業發展和學生易用性。