高職單片機(jī)教學(xué)研究三

季紅梅

【摘 要】教育教學(xué)須因材施教，面對高職學(xué)生群體，應(yīng)運(yùn)用怎樣的教學(xué)方法才能達(dá)到最佳教學(xué)效果呢？根據(jù)自己多年教學(xué)體會，認(rèn)為高職課堂教學(xué)，既不能等同于高中教學(xué)，也不能完全照搬高校教學(xué)。它必須具有高職的特色，其課堂教學(xué)既要注重知識性，更要注重趣味性，理論夠用，技能為主，通過學(xué)生跟著老師做、學(xué)生學(xué)著自己做、理論教學(xué)做總結(jié)的方式，通過實踐體會理解掌握單片機(jī)的功能應(yīng)用技能。

【關(guān)鍵詞】高職教學(xué)；ZigBee無線技術(shù)；單片機(jī)數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用

1.引言

當(dāng)前各類高職技能大賽項目的機(jī)器人控制、非接觸識別等等科目，單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用屬于必用項目。如何設(shè)計數(shù)據(jù)通訊知識的教學(xué)，使得掌握單片機(jī)數(shù)據(jù)采集或者控制所需數(shù)據(jù)傳輸給其他單片機(jī)或者遠(yuǎn)端PC，是必須面對的科目。

2.數(shù)據(jù)通訊的方法

單片機(jī)的常用數(shù)據(jù)通信主要分為以下類型：

類型1：串行通訊

使用單片機(jī)的串口接口（Serial Interface），將數(shù)據(jù)逐位順序傳送的過程稱為串口通訊。串口通訊特點是通信線路簡單，只要一對傳輸線就可以實現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話線作為傳輸線），從而大大降低了成本，但傳送速度較慢。CC2530具有USART0/USART1兩個串口供用戶使用，通過RS232接口線將單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞到PC機(jī)或接收PC機(jī)發(fā)出的指令。還可以設(shè)計相應(yīng)線路板，實現(xiàn)單片機(jī)之間的串口數(shù)據(jù)通訊。

類型2：無線局域網(wǎng)通訊

使用ZigBee無線技術(shù)，CC2530單片機(jī)模塊板可以在0～75m的范圍內(nèi)，以IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的下實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能。一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備。一個區(qū)域內(nèi)最多可以存在100個網(wǎng)，而且組網(wǎng)靈活，用于實現(xiàn)單片機(jī)板之間的數(shù)據(jù)通訊。通訊方式可以是一對一、一對多、多對多、級聯(lián)組網(wǎng)等，用戶可以設(shè)計靈活的數(shù)據(jù)協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

局域網(wǎng)無線通訊和串口通訊的靈活組合，可以滿足大多數(shù)用戶的數(shù)據(jù)交流與控制需求，且結(jié)合其他通訊設(shè)備，方便實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.UART串口通訊設(shè)計步驟

UART串口通訊實現(xiàn)步驟為：設(shè)置串口初始化、讀寫串口處理等步驟。又根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方向，分為單片機(jī)→PC、PC→單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖鞑煌渲?。在完成初始化串口配置以后，將需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)存入緩存UxDBUF，并且需要等待一定時間，等待數(shù)據(jù)被接收方取走，發(fā)送數(shù)據(jù)不宜使用發(fā)送中斷（PC實時性差，容易亂碼，故使用定時器T1設(shè)置定時發(fā)送中斷發(fā)送字符數(shù)據(jù)，可以通過調(diào)試測試出最佳等待時間）。接收數(shù)據(jù)則可以使用接收中斷來實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收（單片機(jī)實時性好）。實驗參考代碼如下：

3.1單片機(jī)→PC初始化設(shè)置函數(shù)（使用UART0口，異步通訊模式，波特率為57600）

void initUART01（void）

{ //片內(nèi)外設(shè)引腳位置采用上電復(fù)位默認(rèn)值，即PERCFG寄存器采用默認(rèn)值

PERCFG = 0x00； //位置 1 P0 口

P0SEL = 0x3c； //定義P0 用作串口， P0.2、P0.3、P0.4、P0.5作為片內(nèi)外設(shè)I/O

U0BAUD = 216； U0GCR = 10； //波特率為57600

U0CSR |= 0x80； // 模式選擇UART模式

U0UCR |= 0x80； // 進(jìn)行USART初始化清除

UTX0IF = 0； // 清零UART0 TX發(fā)送中斷標(biāo)志 }

3.2PC→單片機(jī)初始化設(shè)置函數(shù)（使用UART0口，異步通訊模式，波特率為57600）

void initUART02（void）

{ //片內(nèi)外設(shè)引腳位置采用上電復(fù)位默認(rèn)值，即PERCFG寄存器采用默認(rèn)值

PERCFG = 0x00； //位置 1 P0 口

P0SEL = 0x3c； //定義P0 用作串口， P0.2、P0.3、P0.4、P0.5作為片內(nèi)外設(shè)I/O

U0BAUD = 216； U0GCR = 10； //波特率為57600

U0CSR |= 0x80； // 模式選擇UART模式

U0UCR |= 0x80； // 進(jìn)行USART初始化清除

U0CSR |= 0x40； //允許UART0接收數(shù)據(jù)。特別強(qiáng)調(diào)必須在其他配置完成后才能配置，不能和模式選擇一起配置

URX0IF = 0； // 清零UART0 RX接收中斷標(biāo)志 }

3.3發(fā)送功能代碼參考（設(shè)計定時中斷，在中斷中定時發(fā)送，假設(shè)為：0.02s）

void UART0SendByte（unsigned char c） // 發(fā)送一字節(jié)

{ U0DBUF = c； // 將要發(fā)送的1字節(jié)數(shù)據(jù)寫入U0DBUF（串口 0 收發(fā)緩沖器）

while （！UTX0IF）； // 等待TX中斷標(biāo)志，即U0DBUF就緒

UTX0IF = 0； // 清零TX中斷標(biāo)志 }

void UART0SendString（unsigned char *str） // UART0發(fā)送一個字符串

{ while（1）

{ if（*str == ‘＼0）

break； // 遇到結(jié)束符，退出

UART0SendByte（*str++）； // 發(fā)送一字節(jié) } }

3.4接收功能代碼參考

#pragma vector=URX0_VECTOR //中斷向量表的設(shè)置endprint

__interrupt void URX0_ISR（void）

{ URX0IF = 0；//清中斷標(biāo)志

receive_handler（）； //調(diào)用接收數(shù)據(jù)后處理函數(shù)（略）}

3.5定時發(fā)送中斷設(shè)計等其他相關(guān)輔助代碼，參見教學(xué)研究二、三

4.無線局域網(wǎng)通訊設(shè)計

借助于TI公司提供基于CC2530的軟件代碼BasicRF包，實現(xiàn)ZigBee無線通訊十分簡單。BasicRF是簡單的無線點對點傳輸協(xié)議，可以用來進(jìn)行無線設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜腴T學(xué)習(xí)開發(fā)相對簡單的無線控制與無線傳感網(wǎng)絡(luò)。這樣無需深入了解無線通訊底層協(xié)議理論（這對于高職學(xué)生是非常困難的…），只要教會學(xué)生使用BasicRF包實現(xiàn)無限傳輸數(shù)據(jù)的方法即可。教師需要對BasicRF包的應(yīng)用，合理做出功能上的劃分，設(shè)計好實現(xiàn)程序的框架，教授學(xué)生將功能函數(shù)添加到框架的合適的部位，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

4.1根據(jù)TI公司提供基于CC2530的軟件代碼BasicRF包的使用說明，進(jìn)行編程環(huán)境的基本配置（略）

4.2初始化

//BasicRF地址設(shè)置：

#define RF_CHANNEL 20 // 頻道 11～26

#define PAN_ID 0x1A5B //網(wǎng)絡(luò)id 0x0000-0xFFFF

#define MY_ADDR 0x1015 //本機(jī)模塊地址 id 0x0000-0xFFFF

#define SEND_ADDR 0xAC3A //發(fā)送地址 0x0000-0xFFFF

//提示：發(fā)送模塊和接收模塊MY_ADDR和SEND_ADDR相反。

//多組同時實驗：RF_CHANNEL / PAN_ID 至少一個不一樣

//模塊相關(guān)資源初始化

void halBoardInit（void ）

//無線收發(fā)參數(shù)的配置初始化

void ConfigRf_Init（void ）；

//檢查結(jié)構(gòu)變量配置端口是否成功，返回值成功為SUCCESS 0，失敗為FAILED 1

uint8 basicRfInit（&basicRfConfig）

4.3發(fā)送與接收函數(shù)

//發(fā)送“ZIGBEE TEST ＼r＼n”，13個字符，成功返回值為0：

uint8 basicRfSendPacket（SEND_ADDR，”ZIGBEE TEST＼r＼n”，13）；

//判斷有無收到zigbee信號，有為真返回值為1：

uint8 basicRfPacketIsReady（）；

//接收數(shù)據(jù)放緩存pRxData中，緩沖區(qū)最大長度為MAX_RECV_BUF_LEN ，返回值是數(shù)據(jù)串長度

uint8 basicRfReceive（pRxData， MAX_RECV_BUF_LEN， NULL）；

4.4主程序框架（參見圖1）

void main（void）

{ uint16 len = 0；

halBoardInit（）； //模塊相關(guān)資源的初始化

ConfigRf_Init（）； //無線收發(fā)參數(shù)的配置初始化

//LED1（綠）、LED2（紅）點亮，參見教學(xué)研究二、三

while（1）

{ len = RecvUartData（）； // 接收串口數(shù)據(jù)

if（len > 0）

{

// 綠燈取反，無線發(fā)送指示（略）

basicRfSendPacket（SEND_ADDR，uRxData，len）；

//把串口數(shù)據(jù)通過zigbee發(fā)送出去}

if（basicRfPacketIsReady（）） //查詢有沒收到無線信號

{ // 紅燈取反，無線接收指示（略）

len = basicRfReceive（pRxData， MAX_RECV_BUF_LEN， NULL）； //接收無線數(shù)據(jù)

halUartWrite（pRxData，len）； //接收到的無線發(fā)送到串口數(shù)

}}}

說明：

⑴根據(jù)需要選擇框架中功能塊，不需要的刪去即可；

⑵收發(fā)模塊使用相同的框架流程，注意收發(fā)地址的對應(yīng)關(guān)系。

5.數(shù)據(jù)通訊教學(xué)總結(jié)

通過框架式教學(xué)設(shè)計的實踐，學(xué)生基本上能夠完成數(shù)據(jù)通訊功能的設(shè)計，并且能夠自由拓展應(yīng)用，設(shè)計6組及以上的單片機(jī)組網(wǎng)應(yīng)用項目，并且結(jié)合其他課程知識點，實現(xiàn)人機(jī)互動的PC級C#平臺監(jiān)控界面設(shè)計，部分學(xué)生可以實現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程操作平臺對單片機(jī)網(wǎng)應(yīng)用的實時監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜仲 劉丹 ZigBee技術(shù)與實訓(xùn)教程[M]北京 清華大學(xué)出版社2014.

[2] 物聯(lián)網(wǎng)無線傳感網(wǎng)實訓(xùn)教程[M]北京 新大陸時代教育科技有限公司2014.

[3] 本書編委 ZigBee技術(shù)開發(fā)-CC2530單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]北京 清華大學(xué)出版社2015.

[4] 楊玥 單片機(jī)與接口技術(shù)-基于CC2530的單片機(jī)應(yīng)用[M]北京 清華大學(xué)出版社2017.endprint