季紅梅

【摘 要】教育教學(xué)須因材施教，面對(duì)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(huì)，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(shí)性，更要注重趣味性，理論夠用，技能為主，通過(guò)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(guò)實(shí)踐體會(huì)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(wú)線(xiàn)技術(shù)；單片機(jī)數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用

1.引言

當(dāng)前各類(lèi)高職技能大賽項(xiàng)目的機(jī)器人控制、非接觸識(shí)別等等科目，單片機(jī)的數(shù)據(jù)通訊應(yīng)用屬于必用項(xiàng)目。如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通訊知識(shí)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(duì)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(lèi)型：

類(lèi)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(guò)程稱(chēng)為串口通訊。串口通訊特點(diǎn)是通信線(xiàn)路簡(jiǎn)單，只要一對(duì)傳輸線(xiàn)就可以實(shí)現(xiàn)雙向通信（可以直接利用電話(huà)線(xiàn)作為傳輸線(xiàn)），從而大大降低了成本，但傳送速度較慢。CC2530具有USART0/USART1兩個(gè)串口供用戶(hù)使用，通過(guò)RS232接口線(xiàn)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(jì)相應(yīng)線(xiàn)路板，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的串口數(shù)據(jù)通訊。

類(lèi)型2：無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通訊

使用ZigBee無(wú)線(xiàn)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(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)功能。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個(gè)從設(shè)備和1個(gè)主設(shè)備。一個(gè)區(qū)域內(nèi)最多可以存在100個(gè)網(wǎng)，而且組網(wǎng)靈活，用于實(shí)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(duì)一、一對(duì)多、多對(duì)多、級(jí)聯(lián)組網(wǎng)等，用戶(hù)可以設(shè)計(jì)靈活的數(shù)據(jù)協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。

局域網(wǎng)無(wú)線(xiàn)通訊和串口通訊的靈活組合，可以滿(mǎn)足大多數(shù)用戶(hù)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.UART串口通訊設(shè)計(jì)步驟

UART串口通訊實(shí)現(xiàn)步驟為：設(shè)置串口初始化、讀寫(xiě)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(shí)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(shí)時(shí)性差，容易亂碼，故使用定時(shí)器T1設(shè)置定時(shí)發(fā)送中斷發(fā)送字符數(shù)據(jù)，可以通過(guò)調(diào)試測(cè)試出最佳等待時(shí)間）。接收數(shù)據(jù)則可以使用接收中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收（單片機(jī)實(shí)時(shí)性好）。實(shí)驗(yàn)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(jì)定時(shí)中斷，在中斷中定時(shí)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(xiě)入U(xiǎn)0DBUF（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(gè)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(shí)發(fā)送中斷設(shè)計(jì)等其他相關(guān)輔助代碼，參見(jiàn)教學(xué)研究二、三

4.無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)通訊設(shè)計(jì)

借助于TI公司提供基于CC2530的軟件代碼BasicRF包，實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線(xiàn)通訊十分簡(jiǎn)單。BasicRF是簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸協(xié)議，可以用來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜腴T(mén)學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)相對(duì)簡(jiǎn)單的無(wú)線(xiàn)控制與無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)。這樣無(wú)需深入了解無(wú)線(xiàn)通訊底層協(xié)議理論（這對(duì)于高職學(xué)生是非常困難的…），只要教會(huì)學(xué)生使用BasicRF包實(shí)現(xiàn)無(wú)限傳輸數(shù)據(jù)的方法即可。教師需要對(duì)BasicRF包的應(yīng)用，合理做出功能上的劃分，設(shè)計(jì)好實(shí)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(shí)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(shuō)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(shí)實(shí)驗(yàn)：RF_CHANNEL / PAN_ID 至少一個(gè)不一樣

//模塊相關(guān)資源初始化

void halBoardInit（void ）

//無(wú)線(xiàn)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(gè)字符，成功返回值為0：

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

//判斷有無(wú)收到zigbee信號(hào)，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(zhǎng)度為MAX_RECV_BUF_LEN ，返回值是數(shù)據(jù)串長(zhǎng)度

uint8 basicRfReceive（pRxData， MAX_RECV_BUF_LEN， NULL）；

4.4主程序框架（參見(jiàn)圖1）

void main（void）

{ uint16 len = 0；

halBoardInit（）； //模塊相關(guān)資源的初始化

ConfigRf_Init（）； //無(wú)線(xiàn)收發(fā)參數(shù)的配置初始化

//LED1（綠）、LED2（紅）點(diǎn)亮，參見(jiàn)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(wú)線(xiàn)發(fā)送指示（略）

basicRfSendPacket（SEND_ADDR，uRxData，len）；

//把串口數(shù)據(jù)通過(guò)zigbee發(fā)送出去}

if（basicRfPacketIsReady（）） //查詢(xún)有沒(méi)收到無(wú)線(xiàn)信號(hào)

{ // 紅燈取反，無(wú)線(xiàn)接收指示（略）

len = basicRfReceive（pRxData， MAX_RECV_BUF_LEN， NULL）； //接收無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)

halUartWrite（pRxData，len）； //接收到的無(wú)線(xiàn)發(fā)送到串口數(shù)

}}}

說(shuō)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(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.數(shù)據(jù)通訊教學(xué)總結(jié)

通過(guò)框架式教學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)踐，學(xué)生基本上能夠完成數(shù)據(jù)通訊功能的設(shè)計(jì)，并且能夠自由拓展應(yīng)用，設(shè)計(jì)6組及以上的單片機(jī)組網(wǎng)應(yīng)用項(xiàng)目，并且結(jié)合其他課程知識(shí)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)的PC級(jí)C#平臺(tái)監(jiān)控界面設(shè)計(jì)，部分學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)手機(jī)遠(yuǎn)程操作平臺(tái)對(duì)單片機(jī)網(wǎng)應(yīng)用的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

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

[2] 物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)實(shí)訓(xùn)教程[M]北京 新大陸時(shí)代教育科技有限公司2014.

[3] 本書(shū)編委 ZigBee技術(shù)開(kāi)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