试论将嵌入式无线技术用于单片机教学

关键词： 单片机 嵌入式 无线 教学 培训

        引言： 单片机也称为微控制器(MCU Microcontroller Unit)是最典型、最广泛、最普及的嵌入式系统。目前我国大学，中等专业学校，职业学校，职工进修， 社会培训等，都已经广泛开设单片机教学课程和进行单片机教学。
        随着SOC(片上系统)目前日新月异的技术进步和嵌入式无线技术的突飞猛进的高速发展，“嵌入式系统与单片机应用”及类似课程的教学内容和实验，再次面临一次重大的转型期，这里就我们的认识介绍如下，以达到抛砖引玉的目的。

一.单片机教学的历史回顾
        回忆过去我国单片机教学走过的路，大多数都是从8位8051走过来的，从2004年开始，以ARM微控制器为代表的32位单片机也开始广泛进入单片机教学中，同时UCOSII 这样的开源实时操作系统，也开始在单片机教学中崭露头角，故8051和ARM单片机在国内普及单片机应用方面功不可没。

       而总结一下目前的单片机教学模式，内容和实验系统目前的缺陷，将有利于我们讨论目前的转型。
       首先的误区是是单片机教学使用的单片机已经老掉了牙，教学平台也逐步老化，不能适应今天日新月异的技术进步和创新。目前的8位8051单片机教学系统大部分还采用10年前的“中古”的单片机芯片，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，这样的东西，正是几十年不变，堪称“超级经典”的“古董”，虽然实验箱越做越“豪华”，实验台越做越巨大 (当然价格也越愈来愈高)，但是技术落后的本质，并没有任何改变，而当前在国内流行的这样的单片机教学实验系统，正好和当今世界单片机技术发展的主要潮流完全背道而驰!

       单片机姓“单”，SoC即片上系统才是主要的技术发展方向，只有将整个系统都集成在一个集成电路芯片上，才能做到低成本、高可靠性。
        当前单片机技术世界主要发展的潮流是微功耗(一个钮扣电池可以工作几年)，极小的芯片体积(大量采用QFN ，VFBGA，WLCSP等等这样的超小型封装)，多种通讯和网络(包括无线网络)收发控制等功能完全内置，目前SOC技术和SIP技术，甚至要将已经很少的滤波电容和高频匹配电路和晶体等，也集成到芯片内部，这样的单片机才是真正的单片机。有这样一个实例，一个可能2CMX2CM的小小的电路板，上面几乎没有如何外加零件，只有一个电池，一个单片机，但是确实是一个完整的，功能强大的，具有ZigBee无线网络功能的嵌入式系统。
        另一误区是对使用仿真器褒贬。有人讲单片机教学开发没有必要使用仿真器。也有很多国内公司，目前仍然在卖力的推广那种高价格的”通用”仿真器， 我们认为， 从单片机仿真器的世界发展趋势看，单片机教学，不仅需要，而且完全有可能装备得起仿真器，保证每个学生有一台。

        这是因为SOC技术的发展，使几乎所有的单片机生产制造商，都在目前使用的新型单片机中，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SOC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，所以，在芯片上集成了仿真器功能后，并不影响单片机成本)， 这些仿真器都是采用类似JTAG仿真 的功能，具有强大的调试功能，仿真时无需要将单片机移除，就可以在KEIL和IAR这样通用编译环境下，实现单步，断点，C语言源级调试等高级功能，这样的高级调试功能，无论是对单片机初学者或者是对开发比较复杂的应用软件，都是必须要的东西。
        采用这样内置JTAG的仿真器，除了无须那些大型昂贵的通用仿真器外，另外一个重要优势是，无论仿真调试和FLASH 下载，都只需要1-3个I/O口线就可以实现，这对于新型小型封装单片机而言，既不需要昂贵的特殊仿真插头插座，也容易实现在应用编程和代码更新，调试等功能。
        再一个误区是对汇编语言的看法，这一点其实已经不需要争议，在单片机教学中，放弃汇编，完全以C语言进行编程，是大势所趋，无论是ARM还是8051，目前C语言编程基本上都可以完全可以取代原来需要汇编的地方，目前比较新的单片机芯片，在厂商技术支持和应用代码样板中，都已经基本完全放弃了汇编代码。

二 从新解读 “授之以鱼不如授之以渔”的含意
        提到目前单片机教学现状， 有人往往搬出“授之以鱼不如授之以渔”这个俗话来。讲我们目前的单片机教学内容如此经典和陈旧，那是因为我们目前的单片机教学主要是是“授之以渔”，授之以解决问题的方法，培养解决问题的能力，是引导学生入门。
        这个解读从理论上没有大的问题，然而问题在于，目前国内单片机教学和教学系统的实际情况，是否可以可以达成这个“授之以渔”目标?
        到互联网上进行搜索，在国内可能有几百上千本教材，数不清的单片机课程和“精品课程”，数不清的五花八门的实验系统。但是仔细看其中的内容，基本大同小异，8位的教学系统，基本上以89C51这样的8051单片机为核心， 实验主要是汇编，指令系统A/D，DA. I/O扩展，串口(232/485)， SPI， I2C. C51编程等， 但是， 这样一套已经有10到20年的如此成熟技术和教学体系，哪里还有多少技术问题可以供学生们去分析?去解决?
        从目前世界上单片机技术的发展的眼光看，这目前国内单片机教学这部分地内容，最多可以说是单片机的部分“内核”，从硅成本看，这部分在芯片中所占比例会越来越小。换句话来讲，目前的国内单片机教学内容，在未来单片机中占有的比例(包括原理和扩展部分的知识)正在越来越少。 而新的单片机集成主要是各种有线和无线的收发器，无线网络基带处理，语音视频处理，电源管理等等，这些新技术，正在成为单片机有机组成部分，而我们的单片机教学系统，如何能视而不见?如何能回避让学生不去具备这方面解决问题和分析问题的能力?

        我们单片机教学