簡易數(shù)字電壓表教案.doc

淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作課程名稱智能電子電路設(shè)計(jì)與制作課程總學(xué)時120課程總學(xué)分8教學(xué)項(xiàng)目名稱簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作項(xiàng)目學(xué)時20教學(xué)項(xiàng)目性質(zhì)必修項(xiàng)目、理實(shí)一體化任課教師楊永（）張洪明（）孫岐峰（）潘漢懷（）馬勇（）羅時書（）職稱副教授教學(xué)目標(biāo)與要求學(xué)生通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，掌握mega16的a/d轉(zhuǎn)換模塊的應(yīng)用，會根據(jù)一般的模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換要求，設(shè)計(jì)電路原理圖；會根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換的原理正確使用與設(shè)置與a/d相關(guān)的寄存器；掌握a/d轉(zhuǎn)換的三個子程序編寫原則即，初始化子程序、數(shù)據(jù)讀取子程序及數(shù)據(jù)處理子程序，會根據(jù)項(xiàng)目要求的精確值把數(shù)據(jù)合理地顯示；會根據(jù)項(xiàng)目要求的電路板大小及安裝環(huán)境設(shè)計(jì)控制電路板的大小、形狀；能對電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的相關(guān)軟件工具熟練使用。項(xiàng)目完成后，學(xué)生完成作品仿真文件、硬件作品、項(xiàng)目設(shè)計(jì)任務(wù)單、項(xiàng)目總結(jié)設(shè)計(jì)文檔。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)本項(xiàng)目教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)容有：1、 項(xiàng)目電路原理圖的詳細(xì)設(shè)計(jì)（要針對單片機(jī)的資源分配）2、 單片機(jī)的a/d轉(zhuǎn)換相關(guān)寄存器位的意義3、 a/d轉(zhuǎn)換程序框架結(jié)構(gòu)的組成本項(xiàng)目教學(xué)難點(diǎn)內(nèi)容有：1、 a/d與普通i/o口的功能轉(zhuǎn)換2、 a/d轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電壓含義3、 a/d初始化的子程序4、 a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取5、 float型變量含義6、 數(shù)據(jù)類型的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換7、 10位二進(jìn)制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在處理成習(xí)慣的十進(jìn)制數(shù)據(jù)8、 數(shù)據(jù)拆分方法教學(xué)方法與手段1、行動導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動教學(xué)為主2、任課老師可根據(jù)個人授課特點(diǎn)開展討論法等其他方法教學(xué)3、小組學(xué)習(xí)、培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作意識簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作教案第一節(jié)課（45分鐘）一、新課導(dǎo)入（2分鐘）主要講述內(nèi)容，模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的意義：數(shù)字量是計(jì)算機(jī)能處理的量，但是自然界的許多物理量都是模擬量，把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量是現(xiàn)在信息技術(shù)能廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。二、本項(xiàng)目作品演示（10分鐘）1、告訴同學(xué)們，本項(xiàng)目作品的功能：0-5v的直流電壓測量范圍；精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位；液晶顯示。2、簡要敘述電子產(chǎn)品控制電路的設(shè)計(jì)步驟：方案設(shè)計(jì)、原理圖設(shè)計(jì)、驅(qū)動程序設(shè)計(jì)、電路仿真、pcb圖設(shè)計(jì)、硬件裝配與調(diào)試、性能確定與設(shè)計(jì)文檔總結(jié)三、方案設(shè)計(jì)（5分鐘）mega16液晶顯示電壓測試探頭變阻器模擬產(chǎn)生0-5v的電壓量重點(diǎn)講述實(shí)際探頭的應(yīng)用四、電路原理圖詳細(xì)設(shè)計(jì)（20分鐘）1、mega16的關(guān)于a/d轉(zhuǎn)換部分的管腳認(rèn)識（5分鐘）與pa口共用8路數(shù)據(jù)采集通道基準(zhǔn)電源端，如果不用外部基準(zhǔn)，加電容濾波接地端與vcc端不能相差0.3v2、讓學(xué)生動手對mega16的i/o口進(jìn)行分配（10分鐘）pa口：已經(jīng)作為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換不能用作普通i/o口pc口：用作jtage程序下載接口結(jié)論：液晶1602只能有pb、pd口來驅(qū)動（完成下表）1602對應(yīng)管腳/rsr/wed0-d7mega16i/o資源3、原理圖設(shè)計(jì)分析（5分鐘）五、本節(jié)課總結(jié)（8分鐘）1、a/d管腳2、顯示電路管腳分配（后面的驅(qū)動程序要用到）3、重點(diǎn)同學(xué)遇到問題分析簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作教案第二節(jié)課（45分鐘）驅(qū)動程序設(shè)計(jì)一、運(yùn)用以前學(xué)過的知識在液晶1602指定位置顯示特定的字符（10分鐘）學(xué)生可以在一行、兩行的指定位置對上述的數(shù)據(jù)字符顯示。教師可自己演示一下重要提示：小數(shù)點(diǎn)前空一位，小數(shù)點(diǎn)后面空兩位。有的同學(xué)不能達(dá)到要求的，課后在繼續(xù)練習(xí)。二、a/d轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)（30分鐘）1、概述（5分鐘）a/d初始化子程序（本次課重點(diǎn)）讀取a/d轉(zhuǎn)換值子程序a/d轉(zhuǎn)換值處理子程序2、 a/d模塊特點(diǎn)簡要概述，重點(diǎn)在基準(zhǔn)電壓、10位數(shù)據(jù)、通道選擇、第二功能啟用單次啟動轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志、a/d工作時鐘等。（5分鐘）3、admux（10分鐘）基準(zhǔn)電源選擇位00、01、10、11轉(zhuǎn)換通道選擇00000通道0 00001通道1 00010通道2 -10位二進(jìn)制數(shù)據(jù)在16位容器中如何裝載4、學(xué)生練習(xí)（5分鐘）練習(xí)題1：基準(zhǔn)電壓選擇5v，數(shù)據(jù)右對齊、從通道0輸入模擬電壓量練習(xí)題2：基準(zhǔn)電壓選擇5v，數(shù)據(jù)左對齊、從通道1輸入模擬電壓量練習(xí)題3：基準(zhǔn)電壓選擇2.56v，數(shù)據(jù)右對齊、從通道2輸入模擬電壓量練習(xí)題4：基準(zhǔn)電壓選擇5v，數(shù)據(jù)右對齊、從通道3輸入模擬電壓量練習(xí)題5：基準(zhǔn)電壓選擇2.56v，數(shù)據(jù)右對齊、從通道4輸入模擬電壓量重點(diǎn)提示：學(xué)生一定要在原顯示子程序的基礎(chǔ)上，新建一個a/d初始化子程序名字，在這個初始化子程序中，寫入上述的對應(yīng)程序語句。規(guī)范的程序名稱重點(diǎn)關(guān)注三、本次課總結(jié)（5分鐘）1、由總體設(shè)計(jì)-具體設(shè)計(jì)2、三個子程序3、admux寄存器簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作教案第三節(jié)課（45分鐘）驅(qū)動程序設(shè)計(jì)一、adcsra寄存器1、第二功能與普通i/o口之間的切換使用、a/d轉(zhuǎn)換的時鐘（5分鐘）000：2分頻；001：2分頻；010：4分頻011：8分頻；100：16分頻；-128分頻1切換第二功能0是普通i/o口普通i/o口與第二功能口的切換（重點(diǎn)提示）a/d轉(zhuǎn)換的時間65-260us，所以a/d的時鐘需要控制一下。注意：在a/d初始化程序中，首先要關(guān)閉a/d轉(zhuǎn)換的功能，然后才能對寄存器進(jìn)行設(shè)置老師：完成漢語編程，完整的a/d初始化程序編程：（5分鐘）a/d初始化程序名稱（）關(guān)閉a/d的轉(zhuǎn)換功能；選擇基準(zhǔn)電壓源與模擬量輸入通道；啟動a/d轉(zhuǎn)換功能與a/d的時鐘分頻系數(shù)；學(xué)生動手：學(xué)生按照admux與adcsra寄存器的描述，練習(xí)編寫初始化程序（10分鐘）參考程序：2、單次轉(zhuǎn)換與一次轉(zhuǎn)換結(jié)束等的處理（5分鐘）轉(zhuǎn)換一次結(jié)束控制位單次轉(zhuǎn)換控制位老師講解：示范用“或”邏輯功能編寫啟動一次a/d轉(zhuǎn)換的語句，adcsra|=（1adsc;提示學(xué)生還有沒有其他的語句能實(shí)現(xiàn)這樣的功能。比如：#define a/d_start adcsra|=（1adsc;就可以用前面的語句代替了，這給大型程序維護(hù)修改帶來了方便。3、如何等待與判斷一次a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束（15分鐘）難點(diǎn)內(nèi)容：學(xué)生最不好理解的程序語句之一while(!(adcsra&(1adif);老師要對過程演算一邊。二、本次課總結(jié)（5分鐘）1、adcsra寄存器的位功能2、兩句c語句的重點(diǎn)理解3、這是讀取a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的子程序中的重要語句簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作教案第四節(jié)課（45分鐘）驅(qū)動程序設(shè)計(jì)一、a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器（10分鐘）老師：10位的二進(jìn)制數(shù)怎么裝入16位的存儲器中呢?adch與adcl兩個8位的寄存器是a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果保存容器。二、怎么讀取呢（10分鐘）重點(diǎn)內(nèi)容：讀取原則，先讀取低8位，然后再讀取高2位數(shù)據(jù)難點(diǎn)內(nèi)容：數(shù)據(jù)類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換ad_value=(unsigned int)adcl;ad_value|=(unsigned int)(adch&0x03)8;老師：詳細(xì)解釋adcl是8位寄存器，ad_value是事先定義的16位數(shù)據(jù)寄存器所以必須對數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換。難點(diǎn)：把10位數(shù)據(jù)合并裝入16位變量中， 三、數(shù)據(jù)讀取子程序編程練習(xí)（20分鐘）數(shù)據(jù)讀取子程序名（）（學(xué)生練習(xí)編程） 定義一個16位整型變量，準(zhǔn)備存儲轉(zhuǎn)換值 啟動一次a/d轉(zhuǎn)換 等待這次a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束 讀取低8位 讀取高2位 合并成10位 返回 a/d值 老師演示：單步操作，讓學(xué)生能看到ad_value的值參考：四、本次課總結(jié)（5分鐘）1、強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換2、完整的數(shù)據(jù)讀取子程序3、單步斷點(diǎn)調(diào)試，察看變量值簡易數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)與制作教案第五節(jié)課（45分鐘）驅(qū)動程序設(shè)計(jì)一、a/d轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的處理（重點(diǎn)與難點(diǎn)內(nèi)容）1、學(xué)生要明白05v的模擬電壓量與轉(zhuǎn)換成的10位二進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系（15分鐘）mega16的a/d模塊基準(zhǔn)電壓5v工作時鐘05v的模擬量01023的數(shù)字量轉(zhuǎn)換的關(guān)系為：mega16的10位a/d轉(zhuǎn)換模塊把基準(zhǔn)電壓分成平均1024份，每一份的數(shù)值是5/1024=0.0048828125v，轉(zhuǎn)換的結(jié)果是模擬輸入的電壓量是0.0048828125的多少份，這個多少份就是轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量。2、為什么要對數(shù)字量進(jìn)行處理（5分鐘）這是因?yàn)?，我們最熟悉的還是十進(jìn)制的數(shù)值，數(shù)字量的處理就是把人們不熟悉的二進(jìn)制數(shù)字量再轉(zhuǎn)換成人們數(shù)字的十進(jìn)制數(shù)值最終用液晶1602直觀顯示出來。3、數(shù)字量的處理過程（20分鐘）數(shù)字量處理的最終結(jié)果，是按照項(xiàng)目提出的要求精確到小數(shù)點(diǎn)后兩位，這樣，我們就知道要顯示的數(shù)值是除小數(shù)點(diǎn)外，我們要把3個十進(jìn)制數(shù)字找出來送到1602的指定位置上顯示。難點(diǎn)內(nèi)容：float型變量，32位二進(jìn)制數(shù)值，能表示小數(shù)點(diǎn)后7位。為什么要用到float型變量？這是因?yàn)椋?1023之間的二進(jìn)制數(shù)字量乘0.0048828125的時候，結(jié)果肯動會帶小數(shù)點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際的要求我們要舍棄小數(shù)點(diǎn)后面的一些數(shù)據(jù)。只保留小數(shù)點(diǎn)后2位就可以了。數(shù)據(jù)處理子程序名稱（）定義一個float型變量；為什么？學(xué)生思考定義一個int 型變量；為什么？學(xué)生思考定義一個包含3個變量的字符數(shù)組；為什么？學(xué)生思考把轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制量乘0.0048828125后賦給float型變量；數(shù)據(jù)含義是什么？把float乘100后型變量賦給int型變量；要強(qiáng)制數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換，舍棄小數(shù)點(diǎn)后兩位以后的數(shù)據(jù)，為什么？把“百位數(shù)據(jù)”、“十位數(shù)據(jù)”、“個位數(shù)據(jù)”分拆后送到3個字符數(shù)組中存儲；注意要變換成asc