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1、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
2、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。
3、 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 MSP
4、430 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
5、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
6、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、US
7、B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
8、,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 US
9、B 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
10、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
11、功率为0dBm,采用MSK 调制方式, 数据传输速率为250kbps。单片机1单片机2单片机4单片机3无线发射无线发射无线发射图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
12、,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 技术在单片机教学中的应用 中国现代教育装备2008 年 第 01 期 5. 刘斌儒,浅议产品教学法在高职高专单片机教学中的应用中国科教创新导刊2008 年 第 31 期作者简介: 曾欣,1979 年出生,女,汉族,湖南益阳人,硕士研究生,讲师,研究方向:嵌入式系统。联系方式:深圳信息职业技术学院 电话:13924665450 邮箱: