宋利民 马芯 何荣希

摘 要 为了提高通信工程专业本科学生的实践能力，文章针对通信原理课程设计课提出了课程改革教学思想，并设置了相应的实践教学内容。在教学中，学生完成了基于ARM处理器的数据软件处理和显示、部分电路的设计、并完成了数据的编码、无线传输、校验和数据显示的整个通信系统过程。课程设计的主要目的在于培养掌握通信工程专业知识的人才，凸显学生的主体性和主观能动性，并提高学生在实践中的软硬件动手能力和创新精神。

关键词 ARM KeilC51 无线数据传输 JZ863 点对点通信

中图分类号：G642 文献标识码：A

0引言

21世纪是通信技术的世纪。无线通信、卫星通信、北斗技术、移动通信技术和量子通信技术正在改变人们的生活，以智能手机为载体的通信技术分别由3G发展到了4G，同时5G通信技术的研究方兴未艾，将在5年内部署。通信工程专业既具有较强的理论性也拥有广泛的实践性，同时也是迅猛发展的前沿学科。因此，在探究通信系统基本规律、基本问题的基础上，深入研究和实践通信工程本科專业的相关技术，对于帮助即将进入通信工程领域的本科学生解决相关问题具有重要的意义和价值。但是在目前传统的教学模式中，由于受到外语、政治、体育等其他科目学分的影响，通信工程专业课及专业基础课的学时正在不断地缩短，导致课堂教学成为“填鸭式”教学。这种教学模式忽略了对学生自主探索能力的培养，导致学生仅仅掌握了通信工程专业的基础知识，却严重忽略了理论到实践的过程。因此，提出一种能够增强通信工程本科学生探索和实践能力的新的教学模式显得尤为重要。基于本课题组研究积累，本文提出了一种研究性和应用性并存的教学模式，在大学第7学期，设置通信原理设计课程，教学内容包括完整通信系统的三个组成设计与实现，第一、应用软件平台与硬件平台教学。第二、基于ARM硬件平台和keilC软件，自行设计通信协议和数据帧格式，完成获取数据的信道编码并通过无线电台完成点对点的无线数据传输。第三、完成组网，设计路由算法，完成数据的环网传输和多跳传输。本门课程共计30学时，每位同学单独设组、配备一名教师和6名研究生指导，通过学生自主探索研究型学习方式，独立构建并完成一个从数据采集、数据传输到数据显示的完整通信系统，培养学生的创新能力和实践能力。

1强调课程内容技术性，提高学生探索兴趣

随着科学技术的发展，通信领域的新技术、新标准、新规范层出不穷，与通信系统相关的软硬件技术也在不断的更新，如何让学生能够了解掌握和运用最新的技术手段构建通信系统是本门课程内容设置所考虑的重要因素。为此，本门课程首先从应用的角度，完成如下设计的教学。由于课程内容的先进性，为了让学生能够快速掌握C，keil，Eclipse平台的实用，课程配5名研究生同学现场指导，每人负责6个本科学生，课程表明，详细的指导对学生掌握基础平台具有重要的帮助。

1.1软件相关平台教学

1.1.1 Keil C51平台

在实验室局域网环境中，采用教师在主控计算机讲课、学生每人一台机器，同步教学的方式，依次讲授Keil C51 C编译器、宏汇编、链接器、库管理和仿真调试器，通过例程，讲授工程的建立、程序的编辑、汇编方法和运行。Keil C主要用于ARM中的软件调试，进而为构建一个能够实现信息发送与接收以及信息处理的智能通信系统节点提供软件实现。

1.1.2 Eclipse平台

这部分内容为理论和实际相结合教学，为将来同学们的APP编程打下基础。Eclipse是目前使用最广泛的Android应用程序开发环境。首先从应用的角度讲授Android开发环境的搭建过程，学生根据老师的演示，研究生的指导下、同步安装程序包。

1.2硬件相关平台教学

ARM处理器目前已经成为智能传感器节点构建的主流处理器，本设计为每个同学提供一块ARM板作为硬件平台，处理器采用ARM7LPC2132。 keilc51作为编程软件，实现数据帧的发送，接收与显示并最终完成环网的组建。

1.2.1 ARM板数码管显示电路

实验硬件平台的显示电路是用74HC595芯片作为显示驱动的，74HC595用于将串行输入的8位数字，转变为并行输出的8位数字，控制8位数码管，显示想要的码型。实验中，要求学生安装焊接595芯片和数码管，并根据电路用C编写调试数码管显示驱动程序。电路图1所示。教学中要求学生查阅资料明了595芯片的功能和管脚图，在此基础上学生再用C完成ARM板显示软件的设计，这部分内容提高学生数字电路设计、调试和软硬件结合综合能力。

1.2.2无线传输

这部分主要锻炼学生对无线电台接口的掌握和实现通信系统数据传输的问题，同时掌握实际ISM频段的433Mhz信道的分配、调制方式、信道编码、校验方法、常用的485和232通信接口，本实验采用一款 JZ863数传模块，模块与ARM板终端设备接口采用232接口。教学中学生完成232接口电路的研究后，正确焊接一个232接口，并通过接口连接电脑和电台。进而通过操作电台检测软件进行电台检测，当检到电台时（软件会提示检测成功），设置相应的信道频率等参数，并完成对单个参数进行读取或更改和设置。

2课程教学实施

在完成了软件平台和硬件平台教学后，学生使用软硬平台完成通信系统数据的传输。

2.1 LED数码管显示电路的设计

LED数码管实际是由7个发光管外加小数点组成8字形构成的。当不同的数码管施加电压后，这些特定的段会发亮，从而就会显示不同的数字。数码管显示程序主要包括相应的管脚设置，共阳极码表，IO端口的设置以及延时函数。程序中通过一个包含延时函数的循环，实现数码管动态显示功能。实验要求每个同学一组，在理解显示硬件电路的前提下，通过硬件电路图，找到共阳极码表的设计，然后完成显示程序。学生独立完成显示程序的设计，指导教师负责检查程序和运行结果。

2.2通信协议的设计

这部分培养学术对通信协议理论知识的理解和设计物理层通信协议的能力。通要求每位学生与另一位同学共同完成双方点对点通信协议的设计。下面是学生自行设计的数据帧格式：

实验首先设置了天线的信道，波特率等参数，然后利用天线发送数据。发送的数据通过另一条匹配的天线接收并通过RS232串口发送到接收方ARM板，最终将接收到的数据显示在数码管电路上。

2.3点对点通信与环网的实现

在完成通信协议设计后，两个同学之间要基于通信协议完成数据的无线传输，在数据传输中要求加入信道编码提高传输的可靠性，从而把通信原理课程的理论知识和算法用程序加以实现，培养了学生的理论和实际的统一。学生所编写的核心函数主要有：发送与接收函数，数码管显示函数，CRC（循环冗余校验码）函数，以及相应的初始化函数等。

发送端与接收端的流程框图如图2：

教师和每组学生讨论发送程序和接收程序的流程图，然后按照流程图学生编写程序。图2右图是教师对学生图2左图指导意见之后的框图，发送方首先依次发送同步码，接收方IP，发送方IP，添加CRC校验位后的数据包以及停止位信息。接收方在接收到同步码后，开始校验双方的IP地址来判断此消息是否是来自指定的发送方。校验成功后，接收方正式接收数据包，数据接收完毕后，进行CRC校验位的计算，若计算结果相同，则在数码管显示接收的数据，并向发送端返回“OK”字符串，代表数据已正确接收，若未能正确接收，将丢弃此数据包，返回初始状态继续等待接收同步码。发送方在接收到“OK”字符串后，在数码管上显示“8888”代表数据已正确的传输，若未能接收到回复的“OK”字符串，则代表数据发送有误，此时发送方会再次发送数据。指导教师检验，通信双方能够正确无误的实现数据的收发。

构建环网的过程当中，需要全班同学参与团队讨论最终设计一个大家通信均遵守的通信协议。在这个过程中，锻炼团队合作协调能力。 每组作为接收方的同时又是数据的发送方，A在接收到正确的消息后，还需要将信息转发给下一个接收方B，所以在A在向发送方回复消息正确无误后，需要更新数据帧中接收双方的IP，然后作为新的发送方将更新后的数据帧发送给B，由此完成环网的功能。实验过程中，学生之间相互协调合作，共同努力，完成了数据在环网的传输。

3结束语和展望

在通信工程专业本科应用能力的培养与探索的过程中，教师应当充分发挥学生的自主创造力，提高学习兴趣，使教学不再成为学生枯燥与被动的接受过程，从而培养学生积极上进的学习态度，并使学生通过学习形成自我评价，自我反思的学习能力，同时研究生助研的指导对学生快速进入编程角色也起到了重要作用。同时优化教学内容，提高教学质量，在注重理论基础的同时，更要强化学生的实践能力。通过理论与实践的结合，不断提高学生的思维，表达与合作能力，从而帮助学生在未来复杂激烈的竞争环境中变得更加自信。

本课程下一步想法将采用移动互联网数据传输技术，基于设计的通信协议将数据传输到云数据库，然后基于eclipse平台、增加课程设计中采用Java完成手机APP软件的设计内容，从而完成在移动互联网的数据显示。

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