基于单片机多谱勒效应实验仪的设计.doc

第卷第期大学物理实验 年月出版 点盯文章编号：（）基于单片机多谱勒效应实验仪的设计陈国杰张潞英谢嘉宁周有平（佛山大学，佛山，）摘要介绍了用单片机设计多谱勒效应实验仪的电路组成和典型电路，电路简洁，操作方便，成本低，教学效果好。关键词多谱勒效应；声速测量；放大器；单片机中豳分类号：文献标识码：多谱勒效应是大学物理综合性实验项目，实验原理简单，但实验装置不简单，涉及机械传动、信号放大、光电计时等电路，是光机电一体的实验装置。目前用于多谱勒效应实验教学的仪器很少，文献介绍了一种声波多谱勒效应综合实验装置，需要数字毫秒计、信号放大器、数字频率计等仪器，仪器多、成本高，且电机正反转探制采用传统的继电器和行程开关电路，寿命短，噪声大，控制不灵活。我们对文献实验装置进行了改进，用单片机的计数器定时器做数字毫秒计和频率计，用无触点的固态继电器控制电机正反转，用集成芯片做放大器，研制了一种声波多谱勒效应实验仪，电路简洁，操作方便，寿命长，成本低，教学效果好。实验仪电路组成及工作原理声波多谱勒效应实验装置见文献，装有反射面的小车通过传动装置沿水平直导轨往返运动，用扬声器做声源，用话筒做声波接收器。扬声器发出频率固定的声波，声波遇小车反射面后返回被话筒接收。由于多谱勒效应，反射波将发生频移，频移大小与声源频率和反射面（小车）的速度有关。只要测出小车的速度，就可以求出频移；若同时测出速度和频移，就可以求出声速。图是多谱勒效应实验仪电路组成。光电门、光电门和单片机的定时器组成小车的测速计时电路，小车经过光电门时向时哟端发出中断申请，启动计时，经过光电门时向的端发出中断申请，停止计时，从而测出小车的运动时间，根据光电门到光电门的距离就可求出小车的速度。若小车反向运动，则小车经过光电门时启动计时，经过光电门时停止计时，从而可求出小车反向运动速度。话筒放大器是将接收的反射声波信号经电压放大后送给的计数器进行计数，用收稿日期：一万方数据的定时器计时，他计时秒时，的计数就是反射声波的频率。扬声器放大器是将信号发生器输出的正弦音频信号进行功率话筒放大，然后驱动扬声器发声。电机控制继电器和定位行程开关用来控制电机的正反转，显示屏显示光电门计时时间和话筒信号频率；按键用来启动电机和计时、测频电路工作。广光电门卜 盯 厂 一光电门卜 【盯 日昆单片机电路设计信号放大电路圈多谱勒效应实验仪电路组成图是扬声器功率放大器。是单片高性能音频放大器，外围电路简单，最大输出功率，时失真仅为，最高频率可达，有交直流保护、过热保护。通常为双电源供电，为了简化电源，本实验仪采用单电源供电。与对电源分压，为脚提供的偏置电压，则静态时输出端脚也为圈单电源功搴放大矗。图是输出动态范围近似为的交流功率放大器，放大倍数为：警。话筒信号放大器用运放构成，也是单电源供电，电路与图类似，图略。电机探制电路如图所示，交流电机的起停用固态继电器控制，电机的正反转用双刀双掷继电器控制。电机反转时，的输出高电平，三极管截止，截止，切断电机电源；然后的输出高电平，三极管导通，继电器动作，使电机电流反向；最后的输出低电平，三极管导通，固态继电器导通，电机反转。由于电机反转时先用切断电源，再用继电器使电流反向，无触点，通过程序不可圈电机自动正反转控制电器调节电机反转的延迟时间，因而寿命长、无干扰。图中是行程开关，当小车运动到导轨的右端点时，闭合，的脚变为低电平，然后控制电机停转或者反转。行程开关工作于低压小电流，因而寿命较长。万方一据倍撇广一扬声器功率放大数软件设计图是软件流程图。单片机上电复位后。首先设置标志、赋初值、显示初始状态，然后检测是否有键按下，若无键按下。等待；若有键按下，则执行按链子程序。在按“测量”键后，单片机先检测行程开关是否接通，若没有接通，电机驱动小车向右运动，到达导轨的右端时，行程开关接通，小车停止。导轨的右端作为每次实验的起点。然后电机驱动小车向左运动，测量小车运动时间和话筒信号频率，当小车经过第二个光电门后停止。为了测小车反向运动多谱勒效应，电机停留秒后自动反转，小车向右运动，测量时间和频率，直到右端行程开关接通小车才停止，完成一次测量周期。测量时间和频率在屏上显示。圈软件渡程圈实验结果实验表明，本多谱勒效应实验仪机械传动平稳，电机控制灵敏有软硬件保护措施。计时准确度脚，频率测量误差小于，信号放大顺稳定可靠，显示清晰。本实验仪在大学物理实验中使用了半年，教学效果良好。参考文献陆正兴、王亚伟声波多谱勒效应综合实验物理实验， （ 黯，）增： 陀础 ， ， 【毛：叩硪；万方数据删；凹；一 托“ 珏色 鹏 基于单片机多谱勒效应实验仪的设计作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：陈国杰， 张潞英， 谢嘉宁， 周有平， Chen Guojie， Zhang Luying， Xie Jianing，Zhou Youping佛山大学,佛山,528000大学物理实验PHYSICAL EXPERIMENT OF COLLEGE2005，18(1)2次参考文献(1条)1.陆正兴.王亚伟 声波多普勒效应综合实验期刊论文-物理实验 2002(7)相似文献(0条)引证文献(2条)1.陈国杰.谢嘉宁.黄义清.李斌.伍贤栋.周有平 改革大学物理实验教学构建三级双循环教学模式期刊论文-实验室研究与探索 2007(08)2.陈国杰.谢嘉宁.黄义清.张潞英 构