任务三 活动一 接受任务、制订方案（课件）-《单片机应用技术一体化教程》同步教学（中国科学技术大学出版社）

任务三 设计与制作电压监测报警器 任务描述 在实际生产中，电压波动会导致电器工作异常并烧毁，因而时刻检测电压并发出警告非常必要。电压监测报警系统可以对交流电路进行实时采样，一旦电压高于或低于设定的正常阈值，系统就会触发报警动作，提醒人们做出相应措施。本章我们就使用单片机作为控制器，设计一个电压监测报警系统。 2 学习内容 2 3 1 数码管类型、内部结构、驱动方式以及 动态显示原理 TLC0831 A/D转换器的应用 蜂鸣器的使用 单片机定时器的应用 4 学习内容 6 7 5 伪指令DB、除法指令DIV、加法指令 ADD 查表指令MOVC 中断的概念及应用 比较转移指令CJNE、位条件转移指令JC、 进栈指令PUSH、出栈指令POP 逻辑“与”指令ANL、空指令NOP 8 活动一 接受任务、制订方案 学习目标 学习地点 学习过程 活动评价 学习目标 能按照要求选择LED数码管、蜂鸣器和A/D转换器的型号。 能根据数码管的特点确定驱动元器件。 通过查找相关资料，在老师的指导与团队合作下制订电压报警器方案。 电子创新实训室 学习地点 学习过程 一、接受任务单 表3-1-1 设计与制作电压监测报警器任务单 任务编号： 开单部门： 开单人： 开单时间： 年 月 日 时 分 接单部门： 部 组 任务等级 □一般 □紧急 □非常紧急 任务阐述 某企业接到客户要求，批量生产电压监测报警器，因生产设备比较陈旧，电压不稳定，需在原设备上加装电压监测报警器，现需进行分析、设计和制作电压报警器。部门主管将该任务交给设计工程师，要求其一周内完成设计并提供样品。 任务完成时间   接单人 （签名）： 年 月 日 学习过程 二、引导问题 1．电压检测报警器主要由哪些部分组成？ 2．LED数码管不可以）直接用单片机驱动，需要采用哪 些元器件，请列出2～3种. 4．将模拟信号转换成数字信号的集成电路常称为什么？ 5．蜂鸣器可分为哪两类? 3．LED数码管显示的亮度与电流大小有无直接的关系? 为了避免因电流过大而损坏，通常每段发光二极管需要 串联还是并联一个电阻？ 学习过程 三、实施活动 电压监测报警系统由A～E几部分组成，各系统间的关系如图3-1-2所示，将下列选项添加到图中合适位置。 A．数码管驱动电路 B．A/D转换电路 C．时钟振荡电路 D．复位电路 E．ISP下载线接口电路 学习过程 图3-1-2 电压监测报警器的方框图 活动评价 表3-1-2 学习活动评价表 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 接受任务、制订方案 1．是否做好课前准备（充分10分，一般4分，没有准备0分） 2．活动完成情况（好10分，一般5分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（积极10分，不积极但有收获2分） 30 自我评价：     学生签名：   1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出独特的见解（10分） 4．团队意识强（5分） 5．能准确说出设计流程与方法（10分） 40 小组评价：     组长签名：   1．能制订电压监测报警器设计与制作方案（10分） 2．能完善电压监测报警器的方框图（5分） 3．能较流利地讲解方案（5分） 4．遵守操作规程（5分） 5．工作台及场地整洁干净（5分） 30 教师评价：     教师签名：   活动二 设计电压监测控制电路 学习目标 学习过程 知识天地 活动评价 学习目标 根据电路的特征，可以选择正确的数码管。 按照原理图，可以写出各元件的型号和作用。 根据原理图，可以讲述电路的工作过程。 能够正确区分数码管静态显示与动态显示原理。 学习过程 一、设计电压监测控制电路 单片机通过A/D转换器对被检测电压进行实时监控和检测，所检测的电压通过单片机的运算和判断，将运算结果送到LED数码管进行显示，如果所测电压超过设置数值（默认为3V），就会发出报警，报警声直至电压低于3V时才可解除。其电路原理图如图3-2-1所示。 学习过程 图3-2-1 电压监测控制电路 学习过程 二、绘制电压监测电路图 参照图3-2-1所示，在Proteus中绘制电压监测控制电路，请记录绘制电压监测控制电路过程中所遇到的问题及解决办法。 知识天地 一、数码管基础知识 数码管由8个发光二极管（七段加一个小数点）构成，如图3-2-2所示，通过不同的组合可以显示数字0～9、字符A～F、H、L、P、U、符号“－”及小数点“．”。 图3-2-2 数码管外部结构 知识天地 （一）单位数码管的内部结构 根据发光二极管物理连接的不同，七段数码管可以分为共阳极和共阴极两种结构。共阳极型数码管的内部结构如图3-2-3所示，所有字段的阴极均连接低电平，因此在使用共阴极数码时，需要在相应字段上加高电平，才会使其发光。共阴极数码管如图3-2-4所示，所有字段的阳极均连接高电平，在使用时，需要在相应字段上加低电平。 知识天地 图3-2-3 共阳极数码管内部结构 图3-2-4 共阴极数码管内部结构 知识天地 （二）数码管显示原理 （1）静态显示 静态显示是指显示某个数字时，对应段的发光二极管常处于导通或截止状态。 例如，当显示数字“0”时，发光二极管的阳极接5V，a、b、c、d、e、f、段的阴极都为低电平，g、dp段的阴极为高电平时即可显示“0”，如图3-2-5所示。 图3-2-5 显示数字“0” 知识天地 （2）动态显示 动态显示是指各个数码管分时轮流导通，利用人眼的“视觉暂留”效应，当扫描速度足够快时，人眼就不能分辨出轮流显示，而是看到所有数码管同时显示的效果。 知识天地 二、常见蜂鸣器的区别 将两种蜂鸣器的引脚朝上放置时，可以看到有绿色电路板的一种是无源蜂鸣器，没有电路板而用黑胶封闭的一种是有源蜂鸣器，如图3-2-7和图3-2-8所示。 图3-2-7 无源蜂鸣器 图3-2-8 有源蜂鸣器 知识天地 三、AD转换器 A/D转换器用于将模拟信号转换为数字信号，从模拟量到数字量的转换可以分为采样、保持、量化和编码四个步骤。 ① 采样 采样是指周期地获取模拟信号的瞬时值，从而得到一系列时间上离散的脉冲采样值，如图3-2-9（a）所示。 ② 保持 保持是指在两次采样之间，将前一次采样值保存下来，使其在量化编码期间不发生变化，如图3-2-9（b）所示。 知识天地 （a）采样 （b）保持 图3-2-9 A/D转化过程 知识天地 ③ 量化 量化是将采样保持电路输出的模拟电压转化为最小数字量单位整数倍。 ④ 编码 编码是指将量化后的数值通过编码用一个代码表示出来，代码就是A/D转换器输出的数字量。 知识天地 TLC0831是八位逐次逼近式AD转换器，它有一个差分输入通道，串行输出与微处理器兼容的Microwire总线接口，极性设置固定，不需寻址。其特点如下： 8位分辨率； 单通道差输入； 5V的电源提供0～5V可调基准电压； 输入和输出可与TTL和CMOS电平兼容； 时钟频率为250KHz，转换时间为32μs； 总失调误差为1LSB； 提供DIP8封装。 知识天地 图3-2-10 TLC0831实物图和引脚图 引脚号 符 号 功 能 1 CS 片选端（低电平有效） 2 IN+ 差模输入正端 3 IN- 差模输入负端 4 GND 地 5 REF 输入基准电压 6 DO 串行数据输出端 7 CLK 串行时钟信号端 8 Vcc 电源 表3-2-1 TLC0831引脚功能表 活动评价 完成 时间   学习 活动 评分标准 所占分数 考核情况 设计电压监测控制电路 1．为完成本次活动是否做好课前准备（充分10分，一般5分，没有准备0分） 2．本次活动完成情况（好10分，一般6分，不好3分） 3．完成任务是否积极主动（积极10分，不积极但有收获2分） 30 自我评价：     学生签名：     1．准时参加各项任务（5分） 2．积极参与本次任务的讨论（10分） 3．为本次任务的完成提出较好的方法（10分） 4．团结、协作能力强（5分） 5．能准确说出设计流程（10分） 40 小组评价：     组长签名：   1．电路设计正确（5分） 2．软件操作熟练（5分） 3．遵守操作规程（10分） 4．工作台及场地整洁干净（10分） 30 教师评价：     教师签名：   表3-2-2 学习活动评价表 Thank You! $$