一种基于LED点阵显示屏的横波模拟器的做法.doc

一种基于LED点阵显示屏的横波模拟器的做法 普通高中物理教科书对机械振动提出明确的要求，其中横波的产生机制、传播过程、传播特性以及相关物理量都是学生必须掌握的内容。但在物理课堂教学中，要实现在课堂上演示横波较为困难，无法达到较好的演示效果。例如，发波水槽，由于只能在水平面内产生和持续，导致了其可视角度小，观察效果不佳。另外一款现有的横波模拟器，异常笨重，且只能演示横纵波的产生机制和传播特点，功能较为单一。鉴于以上原因和教学实际，提出一种用LED点阵显示屏显示，用89C51单片机控制的横波模拟器，用于实际教学，效果很好。现将该模拟器的制作原理、材料和制作过程介绍如下，与各位同好分享。一、 模拟器的特点及用途1、 特点：本模拟器用51单片机控制高亮LED显示屏，产生各种图形来模拟以绳波为典型的横波。具有形象、直观的特点，可使横波的教学简单化、形象化。给学生认识横波的本质和特点，提供一个思维的空间。2、 用途：本模拟器可以模拟以下效果（1） 显示波源和平衡位置（2） 显示单一波源的振动（向学生解释，一条绳子上不可能只有波源在振动而其他的地方都不动）（3） 演示质点间的带动关系。（4） 演示各质点初始振动方向与波源的起振方向相同。（5） 演示波上的质点在波传播过程，只在垂直于传播方向的平衡位置附近做往复运动，而不随波迁移。（6） 演示传播中的同相和反相。（7） 演示波长、半波长，传播方向。（8） 演示微平移和波传播方向与质点振动方向的相互判断。（9） 等等。二、 制作材料蓝色高亮LED400个绿色高亮LED13个红蓝双色高亮LED26个铝塑板约24cm*42cm 三片薄三合板24cm*42cm一片双槽铝合金条约2米89c51单片机一个1k电阻、4.7k电阻、9014三极管、接线柱、晶振、电容、排线若干万用板3块1.2寸PVC管一段（24cm）4开面板开关一个按钮2个2mm有机玻璃板一块（24cm*42cm）自攻螺丝若干三、 制作方法1、 在铝塑板上以0.7cm，1.0cm，1.6cm，1.8cm，1.9cm ，2.1cm，1.9cm，1.8cm，1.6cm，1.0cm，0.7cm 的间距，用5mm的转头成排打孔，共40列13排。装上5mm高亮LED。如图1 所示。图12、 将排列好的LED用铜线焊成行列式点阵，如图2。注：请参考led点阵的连接方法 图23、 将焊接好的显示屏用双槽铝合金条做边框固定。如图3所示图34、 依电路图连接电路，分模块搭建单片机和显示屏控制电路及电源电路。如图4、5 图4 图55、 将1.2寸PVC给水管切开，在两边用热熔胶固定两片铜板，做为导电电极。如图6图66、 用锉刀在铝塑板上锉两个圆孔和一个方孔，大小以可以装入按钮和开关面板为宜。 如图7所示。图77、 在板上装上开关和按钮，开关分别控制总电源、第一个双色LED、第二个双色LED。第四个开关为备用开关。 绿色按钮为功能选择按钮，红色为复位按钮。如图8，图9所示。 图8 图98、 用5mm转头在板上每一厘米打一个孔，共8个，装上绿色LED，用8针排线连接至单片机的P0端口，用来显示不同的功能。如图10所示。图109、 编写程序，实现各个功能。附：参考程序四、 使用方法1、 用螺丝刀旋下面板上的螺丝，在电池盒中装入4个3号电池。盖上面板。2、 演示时，按下电源开关，显示屏开始快速全屏扫描。3、 轻按绿色功能选择按钮，功能一：显示绿色的波源和介质的平衡位置。4、 功能二：显示单一波源的振动。5、 功能三：显示波源向下振动，并带动周围介质一起振动。6、 功能四：显示波源向上振动，并带动周围介质一起振动。7、 功能五：显示连续的向右传播的简谐横波。此时开始第二个和第三个开关，将原本蓝色的质点标记成红色，可显示波传播的本质，以及同相，反相，波长，半波长等物理量。8、 功能六：显示连续的向左传播的简谐横波。9、 功能七：显示向左微平移。10、功能八：显示向右微平移。附：参考程序#include unsigned char gongneng;/定义十位char idata zhendong=6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,0,1,2,3,4,5;/ 显示段码值01234567unsigned char code lie=0x0f,0x0e,0x0d,0x0c,0x0b,0x0a,0x09,0x08,0x07,0x06,0x05,0x04,0x03,0x02,0x01,0x00,0x00,0x10,0x20,0x30,0x40,0x50,0x60,0x70,0x80,0x90,0xa0,0xb0,0xc0,0xd0,0xe0,0xf0;unsigned char i=0,l,j,k,time;void delay(unsigned int cnt) while(-cnt);main() EA=1;/全局中断开 EX0=1;/外部中断0开 IT0=1;/边沿触发/全景扫描/for(j=0;j32;j+) for(i=0;i13;i+) P0=liej; /显示第一列 if(j16) P2=i+32;else P2=i+16; for(k=0;k3;k+)delay(18); /扫描间隙延时 P2=54; while(1) switch(gongneng) case 0:/显示平衡位置/ P1=254;for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=38;elseP2=22;delay(50);break;case 1:/显示波源的震动和平衡位置/P1=253;for(l=0;l24;l+)for(k=0;k6;k+)for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)if(i=0)P2=zhendongl+32;elseP2=38;elseP2=22;/for(time=0;time5;time+) /延时服务程序delay(50);P2=54;break;case 2:/显示波源和质点间的带动关系，起震方向向上/ P1=251; for(l=0;l200;l+)/控制循环100次,延时约5秒 for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=38;elseP2=22;delay(50);for(j=1;j72;j+)/控制72次变化for(k=0;k8;k+) /控制震动的频率for(i=0;i32;i+)/控制从左到右32列的扫描P0=liei;if(j17)if(ij)P2=zhendongj-i+12+32;elseif(i16)P2=38;elseP2=22;delay(80);/点亮每个灯的延时P2=54;/灯全部灭掉elseif(i16)P2=zhendongj-i+12+32;elseif(ij)P2=P2=zhendongj-i+12+16;elseP2=22;delay(80);/点亮每个灯的延时P2=54;/灯全部灭掉break;case 3:/显示波源和质点间的带动关系，起震方向向下/ P1=247;for(l=0;l200;l+)/控制循环100次,延时约5秒for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=38;elseP2=22;delay(50);for(j=1;j72;j+)/控制72次变化for(k=0;k8;k+)for(i=0;i32;i+)/控制从左到右32列的扫描P0=liei;if(j17)if(ij)P2=zhendongj-i+32;elseif(i16)P2=38;elseP2=22;delay(80);/点亮每个灯的延时P2=54;/灯全部灭掉elseif(i16)P2=zhendongj-i+32;elseif(ij)P2=P2=zhendongj-i+16;elseP2=22;delay(80);/点亮每个灯的延时P2=54;/灯全部灭掉break;case 4:/显示向右移动的波形/P1=239; for(l=0;l24;l+)for(j=0;j24;j+)/控制波形移动速度，j越大，移动越慢for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+36-l+32;/若改成P2=zhendongi+l,则变成往左边传播elseP2=zhendongi+36-l+16;delay(20);P2=54; break; case 5:/显示向左移动的波形/P1=223; for(l=0;l24;l+)for(j=0;j24;j+)/控制波形移动速度，j越大，移动越慢for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+l+32;/若改成P2=zhendongi+l,则变成往左边传播elseP2=zhendongi+l+16;delay(20);P2=54; break;case 6:P1=191;for(j=0;j10;j+)/执行次数多，不会闪烁/for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+32;/若改成P2=zhendongi+l,则变成往左边传播elseP2=zhendongi+16;delay(20); P2=54; /如果取消该行程序，则会出现下一段虚影/for(i=0;i32;i+) P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+2+32;/若改成P2=zhendongi+l,则变成往左边传播elseP2=zhendongi+2+16;delay(20);P2=54; P2=54; delay(100);break;case 7:P1=127;for(j=0;j10;j+)/执行次数多，不会闪烁/for(i=0;i32;i+)P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+32;/若改成P2=zhendongi+l,则变成往左边传播elseP2=zhendongi+16;delay(20); P2=54; /如果取消该行程序，则会出现下一段虚影/for(i=0;i32;i+) P0=liei;if(i16)P2=zhendongi+22+