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關(guān)鍵詞： 單片機(jī) 嵌入式 無線 教學(xué) 培訓(xùn)
引言： 單片機(jī)也稱為微控制器(MCU Microcontroller Unit)是最典型、最廣泛、最普及的嵌入式系統(tǒng)。目前我國大學(xué)，中等專業(yè)學(xué)校，職業(yè)學(xué)校，職工進(jìn)修， 社會(huì)培訓(xùn)等，都已經(jīng)廣泛開設(shè)單片機(jī)教學(xué)課程和進(jìn)行單片機(jī)教學(xué)。
隨著SOC(片上系統(tǒng))目前日新月異的技術(shù)進(jìn)步和嵌入式無線技術(shù)的突飛猛進(jìn)的高速發(fā)展，“嵌入式系統(tǒng)與單片機(jī)應(yīng)用”及類似課程的教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)，再次面臨一次重大的轉(zhuǎn)型期，這里就我們的認(rèn)識介紹如下，以達(dá)到拋磚引玉的目的。
一 單片機(jī)教學(xué)的歷史回顧
回憶過去我國單片機(jī)教學(xué)走過的路，大多數(shù)都是從8位8051走過來的，從2004年開始，以ARM微控制器為代表的32位單片機(jī)也開始廣泛進(jìn)入單片機(jī)教學(xué)中，同時(shí)UCOSII 這樣的開源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，也開始在單片機(jī)教學(xué)中嶄露頭角，故8051和ARM單片機(jī)在國內(nèi)普及單片機(jī)應(yīng)用方面功不可沒。
而總結(jié)一下目前的單片機(jī)教學(xué)模式，內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)目前的缺陷，將有利于我們討論目前的轉(zhuǎn)型。
首先的誤區(qū)是是單片機(jī)教學(xué)使用的單片機(jī)已經(jīng)老掉了牙，教學(xué)平臺也逐步老化，不能適應(yīng)今天日新月異的技術(shù)進(jìn)步和創(chuàng)新。目前的8位8051單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)大部分還采用10年前的“中古”的單片機(jī)芯片，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，然后擴(kuò)充大量額外的接口芯片，顯示部件等等，這樣的東西，正是幾十年不變，堪稱“超級經(jīng)典”的“古董”，雖然實(shí)驗(yàn)箱越做越“豪華”，實(shí)驗(yàn)臺越做越巨大 (當(dāng)然價(jià)格也越愈來愈高)，但是技術(shù)落后的本質(zhì)，并沒有任何改變，而當(dāng)前在國內(nèi)流行的這樣的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，正好和當(dāng)今世界單片機(jī)技術(shù)發(fā)展的主要潮流完全背道而馳!
單片機(jī)姓“單”，SoC即片上系統(tǒng)才是主要的技術(shù)發(fā)展方向，只有將整個(gè)系統(tǒng)都集成在一個(gè)集成電路芯片上，才能做到低成本、高可靠性。
當(dāng)前單片機(jī)技術(shù)世界主要發(fā)展的潮流是微功耗(一個(gè)鈕扣電池可以工作幾年)，極小的芯片體積(大量采用QFN ，VFBGA，WLCSP等等這樣的超小型封裝)，多種通訊和網(wǎng)絡(luò)(包括無線網(wǎng)絡(luò))收發(fā)控制等功能完全內(nèi)置，目前SOC技術(shù)和SIP技術(shù)，甚至要將已經(jīng)很少的濾波電容和高頻匹配電路和晶體等，也集成到芯片內(nèi)部，這樣的單片機(jī)才是真正的單片機(jī)。有這樣一個(gè)實(shí)例，一個(gè)可能2CMX2CM的小小的電路板，上面幾乎沒有如何外加零件，只有一個(gè)電池，一個(gè)單片機(jī)，但是確實(shí)是一個(gè)完整的，功能強(qiáng)大的，具有ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)功能的嵌入式系統(tǒng)。
另一誤區(qū)是對使用仿真器褒貶。有人講單片機(jī)教學(xué)開發(fā)沒有必要使用仿真器。也有很多國內(nèi)公司，目前仍然在賣力的推廣那種高價(jià)格的”通用”仿真器， 我們認(rèn)為， 從單片機(jī)仿真器的世界發(fā)展趨勢看，單片機(jī)教學(xué)，不僅需要，而且完全有可能裝備得起仿真器，保證每個(gè)學(xué)生有一臺。
這是因?yàn)?SOC技術(shù)的發(fā)展，使幾乎所有的單片機(jī)生產(chǎn)制造商，都在目前使用的新型單片機(jī)中，內(nèi)置了仿真器的功能(這相當(dāng)于將價(jià)格高昂和復(fù)雜地仿真器功能，集成制造在SOC內(nèi)部， 因?yàn)樵诠杵霞煞抡嫫鞯某杀竞艿�，基本上可以忽略不�?jì)，所以，在芯片上集成了仿真器功能后，并不影響單片機(jī)成本)， 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)無需要將單片機(jī)移除，就可以在KEIL和IAR這樣通用編譯環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)單步，斷點(diǎn)，C語言源級調(diào)試等高級功能，這樣的高級調(diào)試功能，無論是對單片機(jī)初學(xué)者或者是對開發(fā)比較復(fù)雜的應(yīng)用軟件，都是必須要的東西。
采用這樣內(nèi)置JTAG的仿真器，除了無須那些大型昂貴的通用仿真器外，另外一個(gè)重要優(yōu)勢是，無論仿真調(diào)試和FLASH 下載，都只需要1-3個(gè)I/O口線就可以實(shí)現(xiàn)，這對于新型小型封裝單片機(jī)而言，既不需要昂貴的特殊仿真插頭插座，也容易實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用編程和代碼更新，調(diào)試等功能。
再一個(gè)誤區(qū)是對匯編語言的看法，這一點(diǎn)其實(shí)已經(jīng)不需要爭議，在單片機(jī)教學(xué)中，放棄匯編，完全以C語言進(jìn)行編程，是大勢所趨，無論是ARM還是8051，目前C語言編程基本上都可以完全可以取代原來需要匯編的地方，目前比較新的單片機(jī)芯片，在廠商技術(shù)支持和應(yīng)用代碼樣板中，都已經(jīng)基本完全放棄了匯編代碼。
二 從新解讀 “授之以魚不如授之以漁”的含意
提到目前單片機(jī)教學(xué)現(xiàn)狀， 有人往往搬出“授之以魚不如授之以漁”這個(gè)俗話來。講我們目前的單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容如此經(jīng)典和陳舊，那是因?yàn)槲覀兡壳暗膯纹瑱C(jī)教學(xué)主要是是“授之以漁”，授之以解決問題的方法，培養(yǎng)解決問題的能力，是引導(dǎo)學(xué)生入門。
這個(gè)解讀從理論上沒有大的問題，然而問題在于，目前國內(nèi)單片機(jī)教學(xué)和教學(xué)系統(tǒng)的實(shí)際情況，是否可以可以達(dá)成這個(gè)“授之以漁”目標(biāo)?
到互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行搜索，在國內(nèi)可能有幾百上千本教材，數(shù)不清的單片機(jī)課程和“精品課程”，數(shù)不清的五花八門的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。但是仔細(xì)看其中的內(nèi)容，基本大同小異，8位的教學(xué)系統(tǒng)，基本上以89C51這樣的8051單片機(jī)為核心， 實(shí)驗(yàn)主要是匯編，指令系統(tǒng)A/D，DA. I/O擴(kuò)展，串口(232/485)， SPI， I2C. C51編程等， 但是， 這樣一套已經(jīng)有10到20年的如此成熟技術(shù)和教學(xué)體系，哪里還有多少技術(shù)問題可以供學(xué)生們?nèi)シ治?去解決?
從目前世界上單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展的眼光看，這目前國內(nèi)單片機(jī)教學(xué)這部分地內(nèi)容，最多可以說是單片機(jī)的部分“內(nèi)核”，從硅成本看，這部分在芯片中所占比例會(huì)越來越小。換句話來講，目前的國內(nèi)單片機(jī)教學(xué)內(nèi)容，在未來單片機(jī)中占有的比例(包括原理和擴(kuò)展部分的知識)正在越來越少。 而新的單片機(jī)集成主要是各種有線和無線的收發(fā)器，無線網(wǎng)絡(luò)基帶處理，語音視頻處理，電源管理等等，這些新技術(shù)，正在成為單片機(jī)有機(jī)組成部分，而我們的單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)，如何能視而不見?如何能回避讓學(xué)生不去具備這方面解決問題和分析問題的能力?
我們單片機(jī)教學(xué)，是要給予學(xué)生“捕魚”的本領(lǐng)， 然而時(shí)代變了，“江河”的情況變了，“魚”也改變?yōu)楦蠡耍?nbsp;捕“魚”的工具也變了，難道我們教授給學(xué)生的“捕魚”的本領(lǐng)和捕魚的方式可以 “以不變應(yīng)萬變”? 可以10年不變?50年不變?
可以設(shè)想這樣一個(gè)例子： 一位在我們今天單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的培訓(xùn)下，對AT89C51得分優(yōu)秀的畢業(yè)生，走進(jìn)一家合資企業(yè)的開發(fā)部門，老板拿過來一個(gè)藍(lán)牙2.0的耳機(jī)樣品，請他增加一下簡單功能，這位畢業(yè)生馬上就“傻眼” 。小小電路板板上密密麻麻的各種微型封裝零件，一個(gè)也不認(rèn)識，連哪里是天線也不知道? 如何對內(nèi)部多個(gè)單片機(jī)內(nèi)核編程?如何進(jìn)行低功耗設(shè)計(jì)?如何進(jìn)行無線通訊?什么是通訊協(xié)議?應(yīng)用剖面? 基本的入門知識都沒有(因?yàn)槲覀兡壳暗膯纹瑱C(jī)教學(xué)體系根本沒有涉及這些知識)只好被很快掃地出門….. 有人講那老板也需要他進(jìn)行培訓(xùn)吧?可是你連基礎(chǔ)都一點(diǎn)沒有，“對牛彈琴”那個(gè)老板愿意花這個(gè)冤枉錢? 有人講那未必就會(huì)碰到這樣的無線系統(tǒng)開發(fā)吧?隨著技術(shù)發(fā)展，無線會(huì)無處不在，也必然會(huì)成為嵌入式的組成部分，單片機(jī)的一部分你不可能逃避。
單片機(jī)教學(xué)需要“授之以漁”，我們必須要跟上技術(shù)發(fā)展的腳步，這句話才又正真的意義。
三 將嵌入式無線技術(shù)加入到單片機(jī)教學(xué)中勢在必行
嵌入式無線技術(shù)加入目前單片機(jī)教學(xué)體系，目前有兩個(gè)問題，一是有沒有必要，二是可能不可能實(shí)現(xiàn)?
前一個(gè)問題，由于無線技術(shù)，特別是短距離無線通訊技術(shù)的飛速發(fā)展，已經(jīng)對我們目前的單片機(jī)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，提出了緊迫的挑戰(zhàn)，目前ZigBee(802.15.4)技術(shù)，藍(lán)牙技術(shù)，低功耗WI-FI(802.11B/G)和以太網(wǎng)，CAN總線等多種有線和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，已經(jīng)全面植入單片機(jī)，其中，無線單片機(jī)SOC地價(jià)格，也已經(jīng)逐步接近普通單片機(jī)(價(jià)格范圍每片2美元到5美圓在批量)。 無論你愿意不愿意面對，單片機(jī)無線技術(shù)都會(huì)像像SPI， I2C， 串口技術(shù)等一樣，成為單片機(jī)基本技術(shù)的一部分，成為嵌入式基本技術(shù)的一部分. 采用無線和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來連接多個(gè)單片機(jī)或者實(shí)現(xiàn)自組織網(wǎng)絡(luò)。雖然和有線通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊方式有共同的地方，但是，也都有許多很多完全不同的特點(diǎn)，需要在軟件，網(wǎng)絡(luò)， 無線防沖突等方面，擴(kuò)展學(xué)生知識面和實(shí)際動(dòng)手能力，包括看懂新型單片機(jī)結(jié)構(gòu)原理，看懂別人的通訊和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議C語言代碼，學(xué)會(huì)使用這些新型單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)， 這就必需要將無線和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為單片機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)的一部分，盡快加入到目前單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)中去。
對于可能不可能的問題，如果在3-4年前提出來，可能還有些困難，但是在無線單片機(jī)SOC日益成熟和國內(nèi)技術(shù)開發(fā)能力設(shè)計(jì)能力不斷進(jìn)步的今天，已經(jīng)不是問題，任何大學(xué)和職業(yè)學(xué)校，中等專業(yè)學(xué)校，甚至個(gè)人愛好者， 都可以容易的實(shí)現(xiàn)，這是因?yàn)椋?
北京航空航天大學(xué)從2006年12月開始，出版了系列教材《無線單片機(jī)技術(shù)叢書》，目前已經(jīng)出版了七本，而且還將繼續(xù)安排出版， 為將無線技術(shù)加入到單片機(jī)教學(xué)體系，提供了比較高質(zhì)量的教材體系。
深圳無線龍科技公司等一批先行的國內(nèi)高科技公司，提供了和教材/實(shí)驗(yàn)一一對應(yīng)的低價(jià)格開發(fā)配套開發(fā)平臺，這些平臺包括支持KEIL 和IAR編譯調(diào)試環(huán)境的USB/JTAG仿真器， 配套的無線基礎(chǔ)通訊和網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)驗(yàn)源代碼， 無線模塊， 批量裝備的時(shí)候，價(jià)格僅僅是進(jìn)口同類產(chǎn)品的十分之一。
清華大學(xué)，浙江大學(xué)，中山大學(xué)，江蘇大學(xué)，浙江大學(xué)，成都電子科大都已經(jīng)批量(每個(gè)實(shí)驗(yàn)室30-60套)裝備，并使用北航教材，進(jìn)行了成功的教學(xué)實(shí)踐。涉及專業(yè)包括工業(yè)控制，通訊，儀器儀表，傳感器，計(jì)算機(jī)等。
廣泛的教學(xué)實(shí)踐證明，嵌入式無線作為單片機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)，并不是那樣困難，單片機(jī)無線通訊技術(shù)也并不是那樣高不可攀， 關(guān)鍵是要抓住C語言編程這個(gè)核心，抓住無線通訊和無線網(wǎng)絡(luò)的特殊點(diǎn)，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)際設(shè)計(jì)中，去體驗(yàn)無線，去分析和解決新的技術(shù)挑戰(zhàn)，讓學(xué)生掌握如何在單片機(jī)設(shè)計(jì)和應(yīng)用中實(shí)際中， 容易的使用無線這個(gè)新的技術(shù)手段。
四 實(shí)現(xiàn)目前單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)升級的可行性分析
實(shí)現(xiàn)嵌入式無線技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的升級， 對已經(jīng)建立單片機(jī)課程和實(shí)驗(yàn)室的單位，也就是需要淘汰原來已經(jīng)使用了數(shù)年和十年以上實(shí)驗(yàn)平臺，從新建立以具有新一代單片機(jī)特徵的單片機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這些新型單片機(jī)特徵包括：
4.1 具有微功耗特點(diǎn)和電源管理電路，既有很低的休眠功耗(數(shù)NA) 又能很快速的喚醒，這一點(diǎn)不僅目前新型的8位單片機(jī)具備，新一代的32位ARM7/ARM9/ARM- M3 單片機(jī)都具備。
4.2 內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)和基帶處理能力，無線/有線收發(fā)器電路。
4.3 內(nèi)置JTAG 仿真器電路。
4.4 內(nèi)置較大容量的FLASH 和SRAM.
4.5. 采用微型封裝技術(shù)，占用電路板體積很小，很少外圍零件。
這些特征都是目前使用的像89C51這樣的類似老芯片不可能具備的。
要實(shí)現(xiàn)更新和對單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)升級，最大問題可能不在硬件成本，因?yàn)槟壳笆袌錾线@類系統(tǒng)，成本都足以和陳舊的老芯片構(gòu)成的系統(tǒng)競爭，問題是，很多單位舍不得放棄經(jīng)過多年努力和教學(xué)實(shí)踐積累起來的實(shí)驗(yàn)代碼和教學(xué)大綱，和教學(xué)體系，對于這個(gè)問題，其實(shí)大可以不必?fù)?dān)心，因?yàn)閱纹瑱C(jī)內(nèi)核的完全兼容性，已經(jīng)完全解決了這些問題。
以8051為系統(tǒng)的向新型單片機(jī)(包括無線單片機(jī))過渡，由于其8051內(nèi)核，包括匯編級別的代碼，具有100%兼容性，I/O，定時(shí)器等外部接口，也是完全兼容，特別在C51這個(gè)級別，同樣使用KEIL/IAR的編譯開發(fā)平臺，代碼移植和原有實(shí)驗(yàn)等，都可以基本原封不動(dòng)的保留，教材和教學(xué)大綱等，也可以完全保留。
這樣就可以使用新系統(tǒng)， 在保留原來教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)和無線擴(kuò)展教學(xué)， 這相當(dāng)于在原來的單片機(jī)接口技術(shù)基礎(chǔ)上，直接利用新平臺，擴(kuò)展單片機(jī)無線技術(shù)基礎(chǔ)，單片機(jī)無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，單片機(jī)低功耗設(shè)計(jì)等實(shí)驗(yàn)和擴(kuò)展相關(guān)知識范圍。
這樣新一代的單片機(jī)平臺，就和原有的單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)和精品課程系統(tǒng)自然的，有機(jī)的融合為一體。實(shí)現(xiàn)了無縫升級。
無線龍通訊最近推出的C51RF-PS，C51RF-3-PK的ZigBee系統(tǒng)，都是升級單片機(jī)教學(xué)系統(tǒng)的很好選擇。
對于32位以ARM為核心的單片機(jī)教學(xué)平臺，這樣的升級方式仍然有效，因?yàn)橐訟RM為內(nèi)核的無線單片機(jī)，本身也就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ARM單片機(jī)，原來ARM單片機(jī)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，包括μC/OS-II移植和使用，μC/OS-II文件系統(tǒng)， μC/OS-II圖形界面GUI，μC/OS-II TCP/IP編程等，都可以在新平臺上不做修改而直接運(yùn)行。
但是由于ARM無線單片機(jī)在芯片內(nèi)，已經(jīng)具備了無線和無線網(wǎng)絡(luò)的硬件，(例如，最新的ARM無線單片機(jī) MC1322X ，內(nèi)置了ZigBee網(wǎng)絡(luò)和基帶，MAC等功能) 我們可以在我們的RTOS下，進(jìn)行無線多任務(wù)處理，將多個(gè)ARM傳感器節(jié)點(diǎn)，連接成一個(gè)低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)…..
深圳無線龍科技公司即將推出的低功耗，低價(jià)格ARMRF-2新一代平臺，就將同時(shí)具備支持μC/OS-II 移植和使用，μC/OS-II文件系統(tǒng)，μC/OS-II圖形界面GUI，μC/OS-II TCP/IP編程，也同時(shí)具備低功耗無線通訊基礎(chǔ)和低功耗無線網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)開發(fā)新功能。
五 結(jié)束語
隨著世界單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展和嵌入式無線等新技術(shù)不斷整合，集成到新型單片機(jī)內(nèi)部，我們目前的單片機(jī)教學(xué)體系，升級和更新是不可避免得大潮流。
放眼世界無線的潮流，新一代高集成SOC的潮流，正在以超越想象的速度向我們走來，讓我們舉起雙手去迎接吧!
wxlmcu
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狀 態(tài)：
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公司簡介
產(chǎn)品目錄
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公司名稱：
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深圳市無線龍電子有限公司
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| 聯(lián) 系 人： |
邱毓彬
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