单片机应用技术 教案10-2 项目10 信号发生器设计与实现（仿真调试与软件实现）

教案2项目10信号发生器设计与实现（仿真调试与软件实现）一、教学设计课程名称单片机应用技术学习项目项目10信号发生器设计与实现授课学时授课班级授课人数授课地点所选教材《单片机应用技术》授课时间授课方式教学内容信号发生器设计与实现（仿真调试与软件实现）其他资源媒体资源微课，PPT，视频，动画，职教云平台，Keil软件，Proteus软件，51单片机实训平台等环境资源嵌入式（单片机）实训室、教学一体机、职教云学情分析知识基础1.具有一定的电路基础知识。2.熟悉C语言基本语法。3.掌握51单片机I/O端口的结构原理。认知能力1.具有一定的电路阅读分析和设计能力，能识别常见的电子元器件。2.具备C语言程序设计基础能力。3.具有使用51单片机I/O端口实现控制信号设置与检测的能力。学习特点1.喜欢网络学习，大多数同学能够认真学习资源库课程平台的动画、视频等相关数字资源，熟悉常用的网络工具和软件；对单片机的应用充满好奇。2.对抽象概念畏难和抵触，不喜欢枯燥的理论讲解。教学目标素质目标知识目标能力目标1.通过信号发生器的仿真调试，深入理解信号发生器的工作原理，培养电路仿真调试的能力。2.通过信号发生器的软件设计，培养学生具备程序功能编写和调试的能力。3.通过分组项目考核检验的形式，培养学生团队协作、合作开发项目的能力。1.能阐述信号发生器实现原理。2.能说明D/A转换原理和作用。3.能完成信号发生器的软件实现。1.熟练运用Proteus进行电路仿真。2.熟练运用信号发生器的各种波形算法实现波形输出。3.熟练掌握软件与硬件结合调试开发。教学重难点重点D/A转换原理和作用。2.DAC0832芯片与51单片机的程序编写。3.Proteus仿真软件和Keil软件的使用。难点单片机时钟振荡电路、复位电路。Proteus仿真软件和Keil软件的使用。教学方法教法任务驱动教法、理虚实一体化教法、情景化教法、讨论式教法、问题引导教法学法自主式学习、协作式学习、体验式学习、探究式学习二、教学内容思维导图三、教学实施教学环节教学内容教学活动设计意图信息化手段教师活动学生活动课程导入1.DAC0832接口仿真电路设计参考单片机引脚分配表中设计的引脚，绘制信号发生器仿真电路。项目参考：发布单片机引脚分配表，要求仿真电路参考表格要求完成绘制。职教云|讨论：发布讨论任务，要求每位同学将绘制的仿真电路上传？（职教云词云统计展示）查看提示：查看单片机引脚分配表，按照表中的要求完成电路图的绘制。绘制&回帖：将绘制的电路图上传职教云讨论，查看其他同学结果并学习。通过课程知识的提醒和回顾，让学生能够承上启下，将知识贯通，明确学习目标。职教云/视频/PPT项目引入1.项目任务仿真电路绘制完成后，将SignalGenerator.HEX文件下载到仿真电路中进行功能测试。2.测试情况记录测试步骤如下：1.按下波形切换按键，观察示波器上波形种类是否发生切换；2.使用频率增加和频率降低按钮对信号进行频率调节，观察示波器上波形状态是否发生变化。仿真运行：讲解信号发生器电路测试程序运行流程。小组展示：抽选提交讨论的小组进行项目展示，演示信号发生器的仿真程序SignalGenerator.HEX文件测试流程。讨论总结&任务发布：结合演示的结果，挑出重点注意问题，提醒其他小组注意测试时的问题，并将发现的问题上传讨论。聆听&记录：听取老师的讲解，了解信号发生器测试程序的运行流程。观看&记录：观看并记录，思考并掌握测试程序的操作过程。同步操作：信号发生器仿真电路同步运行测试。讨论&回帖：小组回顾讨论并参与职教云回帖。聆听&记录：聆听讲解并做好新知记录。在课堂中，通过实践效果的演示，让学生直观的感受到知识的应用和表现，让学生能够更好的理解抽象的理论知识。职教云/实物/实物样机极域课堂项目分析信号发生器软件设计引导讨论：结合测试程序运行流程，启发学生分组完成任务分析讨论，确定设计总体方案。组织分享：引导学生分组进行讨论成果分享。小组讨论：根据信号发生器程序运行流程和DAC0832芯片工作原理，确定软件方案。分享&反思：小组代表分享本组讨论结果并反思。任务分析，能有效培养学生勤于思考，敏于发现，勇于发言，敢于表达的习惯。职教云PPT/实物样机项目实施任务要求：根据系统方案，结合硬件电路，设计信号发生器单片机软件程序，至少包含如下信号类型：1.锯齿波信号；2.三角波信号；3.方波信号；4.正弦波信号。任务发布：发布本次项目具体内容和功能。功能展示：根据任务要求完成多种信号的程序实现，依次在信号发生器仿真电路上展示功能。聆听&记录：聆听讲解，知悉本次项目具体任务。观看&思考：观看老师演示，记录演示流程并思考功能逻辑关系。任务明晰，引导学生明确本次项目具体内容，帮助学生进行功能梳理。职教云PPT/实物样机项目实施1.D/A转换器模拟量波形生成方法DAC0832芯片的硬件结构可知，DAC0832是8位D/A转换器，其输出模拟量信号强度与输入数字量信号强度成正比，利用这一特点，就可以使用STC12C5A60S2单片机控制DAC0832芯片输出特定波形的模拟量信号。波形分析：结合DAC0832芯片的硬件结构，分析如何生成锯齿波的模拟量信号。强化提问：软件如何实现当输出达到最大值后，复位为最小值，并往复执行此过程？（职教云）聆听&思考：听取老师的知识讲解，了解锯齿波的生成原理，并做好思考记录。思考&回复：根据新知内容参与职教云讨论。将原理结合现象进行教学展示，强化实际效果，帮助理解产生锯齿波的原理。职教云PPT/实物样机视频项目实施2.锯齿波生成算法流程以STC12C5A60S2单片机P2端口为例，P2端口寄存器长度为8位，也就是说P2端口可以输出个不同的数字量，范围为0至255，将这些不同的数字量输入DAC0832芯片，就算法讲解：以P2端口为例讲解锯齿波算法实现逻辑，突出幅值变化的计算和实现。聆听&思考：认真听取锯齿波算法实现的逻辑，思考如何利用DAC0832的特性，通过软件实现锯齿波信号输出。从简单问题入手，先引入算法的理论，结合流程图方式进行讲解，培养学生的流程算法思维。职教云PPT/实物样机项目实施可以使DAC0832输出不同强度幅值的模拟量信号，值得注意的是，每个不同数字量输入DAC0832的时间间隔，会使输出模拟量信号产生不同的频率。职教云|提问：锯齿波的跳变怎样通过软件实现控制？（职教云）绘制流程图：完成锯齿波生成算法的流程分析，引导学生思考算法实现流程图的绘制，并要求上传到职教云。总结|说明：结合上传的流程图进行讲解分析，找出较好的同学鼓励思考的成果。思考&抢答：根据讲解的算法实现逻辑，结合自己的思考回答问题。绘制&上传：结合算法流程实现逻辑，绘制锯齿波生成算法流程图上传职教云。思考&聆听：结合其他同学的流程图和老师讲解，理解实现的逻辑。职教云PPT/仿真软件项目实施软件算法分析由于STC12C5A60S2单片机P2端口寄存器为8位寄存器，最大值为255，根据锯齿波生成算法流程，在锯齿波生成时，波形的周期即为数字量从0叠加到255的时间，假设忽略D/A转换所需要的时间。引导思考：以P2端口输出10Hz锯齿波信号为参考，锯齿波的周期如何计算？程序实现：结合锯齿波的生成算法，进行程序实现的编写演示，完成锯齿波周期程序编写。讨论&回顾：结合前面的算法实现逻辑，根据8位寄存器的最大值255为条件，小组讨论并进行成果分享。观看&记录：观看聆听老师讲解和程序实现过程，并做好知识记录。结合软件程序的编写，将算法通过程序实现，帮助学生理解抽象的算法知识，培养学生的编程实现能力。职教云PPT/编程软件原理动画项目实施程序流程图设计信号发生器输出的信号和频率收到发生器按键的控制，具体工作逻辑如下：1.信号发生器上电时，系统启动且无波形输出；2.波形切换按键按下时，信号发生器产生输出不同类型的模拟量信号波形，初始信号频率为1Hz，包括但不限于锯齿波、方波、三角波和正弦波；3.选定输出波形后，通过频率增和频率减按键可以实现输出信号波形频率调节，调节频率步长为10Hz。引导讨论：根据锯齿波的实现原理，其他波形输出的实现方法是否一致？任务发布：发布软件程序项目具体要求，说明条件和结果，发布程序流程图设计任务。总结&评价：总结各小组完成的程序流程图设计，评价不同小组的完成情况，鼓励较差的小组继续努力？查阅&讨论：通过资料查阅等方法了解其他的波形信号实现方法。聆听&记录：聆听老师发布的任务要求，根据要求完成程序流程图的绘制。展示&聆听：聆听老师的总结，根据老师的评价情况反思程序流程图的问题。以探究讨论开始，着力培养学生的自主探究能力，结合图形关联，帮助学生转换学习方法和角色定位，完成难点突破。职教云PPT/项目实施任务1：项目创建及源程序编写1.启动KeiluVision软件，创建新工程：SignalGen_学号.UVPROJ。2.对工程的属性进行设置：目标属性OutPut选项卡中勾选“CreateHEXFile”。3.编写源程序，文件命名为“SignalGen_学号.c”，以C为扩展名保存在工程文件夹中。4.编译生成HEX文件。组织讨论：项目创建及实现的过程要素是哪些？任务发布：发布编程任务，要求将指定的功能实现并运行。教师点评：对各小组完成的项目架构进行查看和评价，指出风格习惯不对的小组并指导。小组讨论：组内讨论项目创建的要求和文件风格，并上传职教云进行讨论。编程实现：在项目中进行编程实现，按照指定功能实现测试程序。上传截图：各小组完成项目创建和程序编写，并上传对应截图。小组讨论培养学生团结协作的能力、锻炼学生沟通交流的能力。PPT/职教云任务2：信号发生器调试与运行1.在Keil中编译项目程序，生成HEX文件；2.将HEX文件导入到Protues仿真电路图中进行功能测试。测试流程如下：1.按下波形切换按键，观察示波器中波形是否发生变化；2.选择2个波形进行频率调整测试，先进行频率增加测试，观察示波器上波形变化情况，同时读取示波器上的信号周期；3.进行频率降低测试，观察示波器上波形变化情况，同时读取示波器上的信号周期。调试讲解：讲解仿真电路中的项目调试，选择2个波形演示调试过程，同时展示示波器屏幕变化。发起讨论：组织学生反馈调试记录，将调试结果填写到活页式调试记录表中。查看记录：巡视查看记录表填写情况，了解学生小组的调试进度和运行情况并指导。聆听&记录：跟随老师一起学习并记录项目波形调试步骤，验证小组的程序是否正确。思考&讨论：小组讨论，将调试记录及时填写到活页式调试记录表，并反馈问题。按照项目式任务管理，结合活页式调试记录表，让学生体验企业项目式任务管理，培养学生的企业项目实践能力。PPT/职教云项目评价功能考核：根据项目评分细则，对学生作品进行项目功能考核，并评分、记录。测验：发布课堂测验题目项目考核：进行项目考核并记录成绩，并记录典型问题。测验发布：引导学生完成职教云课堂测验题目。完成考核：完成任务考核完成测验：在职教云中独立完成课堂测验，将还存在疑问的题目记录下来。通过准确合理，富有鼓励性的考核和评价，调动学生学习的积极性。STM32CubeIDE工具/职教云总结反思学生任务完成情况和存在问题分析与解决考核反馈：对任务完成度进行评价，充分鼓励学生的实践结果，同时对学生存在的问题进行反馈。学生反思总结，跟随老师汇总归纳本堂课的知识内容，加深对新知识的理解和记忆。以准确简练的语言，总结归纳，培养其综合概括能力。项目拓展课后任务-理论&实操理论知识点测试：课后测验实操：焊接制作DA