从必要性方面而言,从我国的单片机教学的现状可以看出,目前的单片机教学无论从内容到方法都需要改变。学生的反映、学习态度和学习效果也在一定程度上促使尽早变革是必要的。物联网发展的国家战略也要求高校尽早地培养掌握物联网相关技术、理念和应用设计人才。因此,必须在高校和职业学校基础课程教学中提前开展SOC单片机及物联网关联的学习,牢固掌握相关基础知识和技术。
从课程设置上可行上而言,物联网时代的单片机教学涉及嵌入式,现代通讯,数字电路,网络基础,微机原理和接口,单片机,传感器和采集,操作系统等基础课程和软、硬件知识及其相关课程,分为基础课程、核心课程和实践教学中的应用开发,很多课程都是已经开设的课程。这是单片机教学改革改革的基础,这样,不需要对现有的课程体系做较大的调整。核心课程中,SOC单片机可以选择以MSC-51为内的无线单片机,也可以选择更加高级ARM Cortex™-A8 /M3/M4等先进的32为SOC无线单片机, 这样可以将传统的单片机教学顺延、加强。 嵌入式微处理器和RTOS操作系统也是高校课程之一,这里只需将单片机用作物联网网关,也可以作为物联网的路由器、节点、控制中心、网络终端。授课时强调其在物联网体系中不同的作用。改革后,单片机课程就可以作为一套独立课程开设,也可以作为物联网专业基础课程开设。
三、单片机教学改革的思路和措施
由于物联网的核心技术之一是微功耗条件下的无线通讯技术,所以单片机与无线通讯合二为一是物联网时代单片机教学的必然形式和特点,各种新型通讯/协议接口和无线单片机模块的使用也是新时期单片机或嵌入式系统的主要表现形式。为此,需要结合物联网技术发展趋势和新的教学仪器设备的发展,对当前教学内容、方法和实践环节加以变革。
从教学内容方面而言,教学目标硬件选为比较经济适用的无线单片机(SOC)。随着无线单片机技术发展,无线单片机内核目前已经有8051,MSP430,ARM Cortex™-M3等多种从8位到32位内核,单片机教学可以从TI CC2530这个目前比较成熟的ZIGBEE无线单片机开始起步。
教学中应以物联网系统应用和传感器网络通讯技术为背景,突出网络、无线通信和数据采集、相关射频和天线技术基础微功耗技术基础和物联网相关新概念。保留传统单片机中的部分教学内容,如A/D、D/A、串行通信、定时器、SPI、I2C、中断技术等。
软件系统和网络协议,建议选择ZigBee和RF4CE协议栈。利用软件实例和空中协议分析仪观察讲授协议栈中各层实现的方法。基础教学阶段不必讲解RTOS操作系统。软件系统和网络协议部分教学只需要结合测试观察简单讲解,要注重学生实际使用能力的训练。
微功耗技术是传感器网络中的一项重要新技术,传统的单片机教学,没有这部分的内容,但是,使用在传感器网络的路由器和节点,必须要在微功耗条件下工作,单片机教学将增加这部分技术的教学内容。