高校物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)選型比較

劉剛 白城師范學(xué)院

美國《福布斯》雜志評論未來物聯(lián)網(wǎng)將比互聯(lián)網(wǎng)大的多，產(chǎn)業(yè)規(guī)模比互聯(lián)網(wǎng)大幾十倍，總產(chǎn)值高達(dá)數(shù)萬億，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域人才缺口達(dá)100萬多，未來物聯(lián)網(wǎng)將會被廣泛應(yīng)用于交通、物流、安防、電力、家居、醫(yī)療、礦業(yè)和軍事等各個領(lǐng)域。國內(nèi)外高校都爭相開設(shè)物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)，但是要培養(yǎng)出合格的物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)人才，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個重要環(huán)節(jié)，而已有的設(shè)備決定了可以做哪些實(shí)驗(yàn)以及實(shí)驗(yàn)的深度和廣度。硬件的發(fā)展雖然沒有軟件更新的速度快，但是隨著社會需求的改變或芯片廠商的更替，很可能你所學(xué)的知識將沒有用武之地。所以

一、目前主流單片機(jī)簡述

一款芯片被市場的接納度如何不僅取決于芯片本身的優(yōu)劣，還取決于芯片生產(chǎn)廠商的推廣力度和相關(guān)行業(yè)的發(fā)展形勢，對于一個學(xué)習(xí)者而言，一款芯片的優(yōu)劣也不僅僅取決于芯片 的參數(shù)和質(zhì)量，還取決于芯片的學(xué)習(xí)資源多少。當(dāng)然越流行的芯片相關(guān)學(xué)習(xí)資源就會越多，而大的芯片廠商會主動推廣和制作學(xué)習(xí)資源。目前主要的十家微處理器廠商中生產(chǎn)高端微處理器的廠商營收較好，例如生產(chǎn)汽車控制微處理器和智能家電微處理器等。目前的主流單片機(jī)有：C51系列、ARM系列、AVR系列、PIC系列和MSP系列等

二、各系統(tǒng)列單片機(jī)的特點(diǎn)

(一)C51系列

51系列單片機(jī)最早有Intel公司推出，主要有8031系列，8051系列。后來Atmel公司以8051的內(nèi)核為基礎(chǔ)推出了AT89系列單片機(jī)。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測控系統(tǒng)之中。很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，今后很長的一段時間內(nèi)將占有大量市場。比較適合初學(xué)者的需要。多數(shù)高校的單片機(jī)課程使用C51做實(shí)驗(yàn)，因?yàn)镃51價格非常低廉，使用C語言編程，容易納入到現(xiàn)有的課程體系中，而且有著幾十年的歷史，教學(xué)資源多教師經(jīng)驗(yàn)積累也相對豐富。但是，作為一款單片機(jī)本身的參數(shù)卻是很低的，以89c51為例，只有8位處理器、4k存儲、12M晶振和40個管腳。雖然作為教學(xué)足夠了，但要做一些稍復(fù)雜的畢業(yè)設(shè)計(jì)或參加一些競賽就明顯力不從心。C51有一些升級版本對性能有所提高例如C52系列和S51系列，但是性能提升有限。

(二)ARM系列

ARM已經(jīng)遍布在我們的身邊，幾乎所有的智能設(shè)備都使用ARM系列CPU，例如手機(jī)、電視、智能家電、汽車電子產(chǎn)品、自動駕駛汽車、交通控制、飛機(jī)輪船和火車等。

其中stm32系列在小型電子產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用，主要有F0系列、F1系列、F4系列和F7系列等。它的特點(diǎn)低廉的價格、出色的易用性、超低的功耗和靈活的可集成性是物聯(lián)網(wǎng)小型終端的首選。

另一個小系統(tǒng)開發(fā)板Micro：bit

(三)AVR系列

AVR單片機(jī)也是Atmel公司的產(chǎn)品，最早的就是AT90系列單片機(jī)，現(xiàn)在很多AT90單片機(jī)都轉(zhuǎn)型為Atmega系列和AtTiny系列，AVR單片機(jī)最大的特點(diǎn)是精簡指令型單片機(jī)，執(zhí)行速度，在相同的振蕩頻率下是8位MCU中最快的一種單片機(jī)。

AVR應(yīng)用區(qū)域有空調(diào)控制板、打印機(jī)控制板、智能電表、智能手電筒、LED控制屏、醫(yī)療設(shè)備和GPS等。

AVR有一個流行的最小系統(tǒng)板Arduino UNO，Arduino Uno開 發(fā) 板 以ATmega328 MCU控制器為基礎(chǔ)，具備14路數(shù)字輸入/輸出引腳(其中6路可用于PWM輸出)、6路模擬輸入、一個16MHz陶瓷諧振器、一個USB接口、一個電源插座、一個ICSP接頭和一個復(fù)位按鈕。它采用Atmega16U2芯片進(jìn)行USB到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。因其IDE和主板都支持一鍵下載、開發(fā)方便和資源多等特點(diǎn)廣受創(chuàng)客歡迎，也是少兒電子智能教育的首選之一。

(四)PIC系列

PIC單片機(jī)是Microchip公司的產(chǎn)品，它也是一種精簡指令型的單片機(jī)，指令數(shù)量比較少，中檔的PIC系列僅僅有35條指令而已，低檔的僅有33條指令。因?yàn)槠渲噶詈唵我子谡莆眨饕糜诹鞒毯唵慰煽啃砸蟾叩墓た刂啤?/p>

(五)MSP系列

MSP系列單片機(jī)是一種16位超低功耗具有精簡指令集的混合信號處理器。MSP單片機(jī)稱之為混合信號處理器，是由于其針對實(shí)際應(yīng)用需求，將多個不同功能的模擬電路、數(shù)字電路模塊和微處理器集成在一個芯片上，以提供“單片機(jī)”解決方案。該系列單片機(jī)多應(yīng)用于需要電池供電的便攜式儀器儀表中。

三、高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)如何選擇

多數(shù)高校的片機(jī)課程已經(jīng)開設(shè)很多年了，積累了很多教學(xué)資源，教師對教學(xué)內(nèi)容也已經(jīng)熟練，所以對于計(jì)算機(jī)專業(yè)來說更換一種單片機(jī)就是更換整套的教學(xué)體系，往往是教師門不愿意做的，所以很多高校在選擇單片機(jī)課程實(shí)驗(yàn)平臺時主要是考慮延續(xù)已有的教學(xué)體系和充分利用已有的教師資源和教學(xué)資源。

如果考慮學(xué)生就業(yè)和產(chǎn)業(yè)方向ARM是較好的選擇，stm32系列價格低廉、應(yīng)用廣泛更適合學(xué)生學(xué)習(xí)之后快速的應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)或電子設(shè)計(jì)大賽中去。

Arduino是創(chuàng)客圈最火的開發(fā)板之一，因其開放源碼使硬件價格進(jìn)一步下降，極大的促進(jìn)了它在初學(xué)者中的流行。簡單易學(xué)的特點(diǎn)適特別適合第一次接觸單片機(jī)和學(xué)生來學(xué)習(xí)，作為大一的入門課程會有很好的效果。

四、總結(jié)

要想既兼容現(xiàn)有教學(xué)體系又面向就業(yè)與市場貼合還要快速上手適合電子設(shè)計(jì)制作是很難的。其實(shí)單片機(jī)的原理是相通的，只要學(xué)會了其中一款，其它的單片機(jī)再學(xué)習(xí)時就容易上手了。當(dāng)然在有條件的情況下要盡量考慮產(chǎn)業(yè)發(fā)展和學(xué)生易用性。