任务一 制作数字显示电压表（3）（教案）-《单片机技术及应用》(高教版第四版) 同步精品课堂

《单片机技术及应用》(高教版第四版) 教案 课 题 制作数字显示电压表（3） 课 型 理论 课 时 2 授课班级 授课时间 授课教师 教材分析 内容为 “数字电子技术” 或 “单片机应用” 课程的核心理论章节，聚焦 A/D 转换器技术指标的系统解析。教材以 “定义→分类→应用” 为逻辑链，详细阐述分辨率（位数表示精度）、转换速率（不同类型转换器的速度差异）、量化误差（有限分辨率的偏差）等 7 项关键指标，通过逐次比较型（微秒级）与并行型（纳秒级）转换器的对比，强化技术指标与实际选型的关联。该章节是前序 “A/D 转换原理” 的深化，为后续 “数据采集系统设计”（如温度表信号采集）提供选型依据与误差分析工具，是培养学生电子系统性能评估与优化能力的核心环节，通过理论讲解与工程案例（如电压表精度调试）实现知识向实践的转化。 学情分析 学生已掌握 A/D 转换的基本概念（如模拟信号转数字信号）及 ADC0832 芯片的基础操作（引脚功能、时序控制），但对技术指标的系统性认知不足，尤其对分辨率（满刻度与 2ⁿ比值）、转换速率（微秒级与毫秒级差异）等抽象概念理解较浅。部分学生能区分 A/D 转换器类型（如逐次比较型、积分型），但易混淆转换速率与取样时间的关系（取样速率≤转换速率）；量化误差（1LSB/1/2LSB）、偏移误差（输入为零输出非零）等误差指标因涉及数学计算与特性曲线，需结合实验数据（如电位器调节下的电压偏差）辅助理解。学生可能因技术指标的理论性强、关联性复杂产生畏难情绪，需通过 “指标定义→实例对比→误差测量” 强化实践，建立技术指标与系统设计的关联认知。 学习目标 知识目标： 1. 理解 ADC0832 的工作时序和 A/D 转换函数的工作过程。 技能目标： 1. 掌握主程序中调用 AD 转换函数、处理数据和显示数据的方法。 2. 了解 A/D 转换器的各项技术指标及其含义。 情感目标： 培养情绪管理与自我调节能力，在高强度工作中维持身心平衡与职业健康。 学习重难点 重点： 1. ADC0832 的工作时序和 A/D 转换函数的实现。 2. 主程序的数据处理和显示流程。 3. A/D 转换器的分辨率、转换速率等技术指标。 难点： 1. 理解 ADC0832 工作时序中各阶段的信号输入和输出要求。 2. 分析 A/D 转换器各项技术指标对实际应用的影响。 教学方法 案例分析、讲授法、小组讨论法 课前准备 1.查找相应网站资料，课堂演示使用。 2.学生课前预习。 教学媒体 电子课件、多媒体视频 教学过程 教学环节 教师活动设计 学生活动设计 设计意图 活动一： 创设情境 生成问题 【课程导入】 在电子测量和控制系统中，A/D 转换器起着关键作用。今天我们将深入分析 ADC0832 的 A/D 转换函数和主程序，同时了解 A/D 转换器的各项技术指标。 【新知识传授】 · A/D 转换函数分析 (1) 工作时序概述 图中所示为 ADC0832 的工作时序，其工作过程可分为两个阶段：起始和通道配置、A/D 转换数据串行输出。 (2) 起始和通道配置 由单片机发送片选、启动和通道选择数据，从ADC0832的DI端输入。 ①选中该芯片 当 ADC0832 未工作时，其 CS 输入端应为高电平，此时芯片禁用，CLK 和 DO/DI 的电平可任意。当要进行 A/D 转换时，必须先将 CS 使能端置于低电平并且保持低电平直到转换完全结束。 ②发送启动信号 由单片机向 ADC0832 的时钟输入端 CLK 输入时钟脉冲，DO/DI 端则使用 DI 端输入通道功能选择数据信号。在第 1 个时钟脉冲的下降沿之前 DI 端必须是高电平，表示起始信号 ③发送通道选择信号 在第 2、3 个脉冲下降沿之前，DI 端应输入 2 位数据用于通道选择 (CHO 或 CH1)。当此 2 位数据为 1、0 时，只对 CHO 进行单通道转换。当 2 位数据为 1、1 时，只对 CH1 进行单通道转换。当 2 位数据为 0、0 时，将 CHO 作为正输入端 IN+，CH1 作为负输入端 IN - 进行输入。当 2 位数据为 0、1 时，将 CHO 作为负输入端 IN - ，CH1 作为正输入端 IN + 进行输入。 (3) A/D 转换数据串行输出 由 AD0832 从 DO 端输出，单片机接收。 到第 3 个脉冲的下降沿之后 DI 端的输入电平就失去输入作用，此后 DO/DI 端则开始利用数据输出端 DO 读取转换数据。从第 4 个脉冲下降沿开始由 DO 端输出转换数据的最高位 (D7 位)，随后每一个脉冲下降沿 DO 端输出下一位数据，直到第 11 个脉冲时发出最低位数据 (D0 位)，一个字节的数据输出完成。从此位开始输出相反字节的数据，即从第 11 个字节的下降沿输出 D0 位，随后输出 8 位数据，到第 19 个脉冲时数据输出完成，也标志着一次 A/D 转换结束。 2.引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 3.展示本讲学习目标。 1. 接收并查看本节课堂任务书。 2. 了解学习目标，带着目标进行学习。 3. 观察生活中常见的多媒体信息形式，思考其背后的技术支撑。 4. 针对教师给出的问题，初步发表个人见解。 5. 目标明确：跟随教师引导，明确本节课学习目标。 1.以提问的方式导入课程，让学生带着问题有针对性的进行学习。 2.通过任务实施，调动学生积极性。 活动二： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · 主程序分析 · (1) 调用 AD 转换函数 调用 AD 转换函数，转换结果存入 AD_val 中。 (2) 处理电压值 将电压值的每一位数分别存入显示缓存 buf [] 中。 (3) 数据动态显示 调用显示函数完成数据动态显示。 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 阅读探究：阅读课本相关内容，探究多媒体技术的产生背景。 2. 概念理解：理解多媒体、多媒体技术和多媒体系统的定义，并尝试用自己的话复述。 3. 要点记录：记录多媒体技术强调的要点，加深理解。 1. 了解学生现有知识储备。 2. 巩固练习。 活动三： 调动思维 探究新知 【新知识传授】 · A/D 转换器的技术指标 (1) 分辨率 指数字量变化一个最小量时模拟信号的变化量，定义为满刻度与 2ⁿ的比值。分辨率又称精度，通常以数字信号的位数来表示。ADC的分辨率可以用表示每个模拟信号值得位数来表示，一个4为ADC可以表示16个模拟信号的值(24 = 16) (2) 转换速率 转换速率是指完成一次从模拟量到数字量转换所需的时间的倒数。 · 积分型 A/D 转换器的转换时间是毫秒级，属于低速 A/D 转换器； · 逐次比较型 A/D 转换器是微秒级，属于中速 A/D 转换器； · 并行 / 串并行比较型 A/D 转换器可达到纳秒级。 (3) 取样时间 ADC的另一个重要特性是转换时间，即将一个模拟信号转换为一个数字信号并不是瞬时完成的，而是需要一定的转换时间，如下图所示，在t0时刻转换开始，在t1时刻转换完成。常用单位是 ksps 和 Msps，表示每秒采样千 / 百万次。 (4) 量化误差 由于 A/D 转换器的有限分辨率而引起的误差，即有限分辨率 A/D 转换器的阶梯状转移特性曲线与无限分辨率 A/D (理想 A/D) 转换器的转移特性曲线 (直线) 之间的最大偏差。通常是 1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为 1LSB、1/2LSB。 (5) 偏移误差 (Offset Error) 偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。 (6) 满刻度误差和线性度 满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差 2. 教师操作演示 3. 引导学生带着问题去课本寻找答案，明确本节课的学习内容。 1. 应用列举 2. 影响分析 3. 创新思考 1. 引导学生主动思考，发散思维，参与课堂。 2. 培养学生发现问题，解决问题的能力。 3. 了解相关知识。 4. 辩论形式让学生参与并归纳总结。 活动四： 巩固练习 素质提升 【随堂检测】 1　 在 ADC0832 的起始和通道配置阶段，如何选中该芯片？ 2　 A/D 转换器的分辨率是如何定义的？ 3　 积分型 A/D 转换器的转换速率属于什么级别？ 4　 A/D 转换器的量化误差是如何产生的？ 5　 简述 A/D 转换数据串行输出的过程。 6　 简述 ADC0832 的起始和通道配置阶段的主要步骤。 【分组讨论】 讨论如何根据实际应用需求选择合适的 A/D 转换器及其技术指标。分析在 A/D 转换过程中，如何减小量化误差和偏移误差。 1. 答案交流 2. 话题讨论 3. 效率分析 4. 挑战探讨 5. 总结汇报 知识检测与巩固 课堂小结 作业布置 课堂小结 作业布置 复习本节课内容，预习下节课内容。 板书设计 1. A/D 转换函数分析 2. 主程序分析 3. A/D 转换器的技术指标 教学反思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$