当地重力加速度的测量Word下载.docx
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Abstract
ThispaperintroducestheSTC89C52RCbasedonsinglechipmicrocomputermeasurementofthelocalgravityaccelerationdesignmethodsofsoftwareandhardware.Systemofasimplependulumfirsttakefixedlong1m,andthenthroughthehallelementandthemagnetballinduction,inordertoputtheballfrom5°
balancepositionthepositionoftheswingingbegan,andwithsmallballafterbalancepositionbegantotakeplacetheballafterbalancepositionnumberoftimesandthetime,toputtheballthroughbalanceposition60times(alsois30cycle)stoptheclock,againthroughthealgorithmcalculatedthelocalgravityacceleration;
Recordnumberandtimeisthroughtheinterruptwaytoimplement,thecountoftimebytimers0disruptedandthenumberisthroughtheexternalinterruptiontotheimplementation;
Andthesystemalsothroughliquidcrystaldisplaywith1602throughthenumberofbalancepositionC,timeusedT,asimplependulumlongL,gravityaccelerationGdisplay;
Bysingle-chipmicrocomputersystemasthemaincontrollerandthebasicprincipleofthesystemisgiven,thecomponentsdiagramandsoftwareflowchart,adetaileddescriptionoftheprincipleofworkofthehallelement,finallyabouttosoftwareandhardwaredebuggingproblems,andgivesthesolutionstotheimprovementofthemethod,makethesystemmoreperfect.
Keywords:
Gravityacceleration,singlependulum,cycle,hallelement,LCDscreen1602
1.引言
重力加速度g是一个反映地球引力强弱的地球物理常数,它跟地球上各个地区的经纬度、海拔高度及地下资源分布有关(两极的g最大,而赤道附近的g最小,两者相差约为1/300)。
重力加速度的测量在理论、生产和科学研究中都具有重要意义[1]
2.系统总体方案设计
2.1.设计要求
2.1.1.设计任务
设计并制作一个测量当地重力加速度的软硬件,并通过液晶显示重力加速度的值。
2.1.2.具体要求
(1)测量当地的重力加速度。
(2)正确理解、应用单摆的周期公式,用一定重量并下方带有磁铁的小球,并且摆角小于5°
的情况下测量。
(3)摆单的摆长固定为1m,测量摆球经过平衡位置的次数C、摆球摆动60次(30周期)的时间T,并实时显示在液晶上,测量结束后将计算后的重力加速度的值显示在液晶上。
2.2.系统的硬件实现方案
2.2.1.总体设计思路
设计不采用基于单片机改进重力加速度测量仪[2],而是利用51单片机、单摆和霍尔元件对系统进行监测并记录相关数据,并通过单摆的摆球的摆动来实时记录数据;
当摆球经过平衡位置时,摆球下得磁铁与霍尔元件相互感应,并外接一个LED1灯,通过产生一个电平讯号来使得led1灯亮灭[3],便于观测者对系统的监测;
当液晶上记录单摆经过平衡位置的次数为60(30个周期)时,对系统不再进行记录数据,而是转入计算当地的重力加速度,并将结果显示在液晶上。
2.2.2.系统结构框图
3.系统硬件设计
3.1.单片机控制电路设计
3.1.1.STC89C52RC简介
近年来,随着电子技术的迅速发展,单片机技术的出现给现代化工业测控领域带来了一次新的技术革命。
目前,单片机以其可靠性高、性能价格比高,在工业控制系统、智能化仪器仪表、数据采集系统、办公自动化等诸多领域都得到极为广泛的应用,并已走入家庭,洗衣机、空调等,到处都可以见得到单片机的踪影,引脚图如图2。
STC89C52RC具有以下标准功能:
兼容MCS-51的指令系统,有8K可反复擦写FlashROM,32个双向I/O口,256*8bit内部RAM,可以编程UART串行通道,有共6个中断源,3级加密位,软件可设置睡眠和唤醒功能,功耗空闲和掉电模式,2个读写中断口线,2个串行中断,3个可编程定时/计数器中断,时钟频率可用0-24MHz,看门狗,E2PROM[4]。
3.1.2.单片机控制电路
单片机控制电路,采用的晶振是12MHZ,可通过按键复位,电路主要I/O口分配为:
P0口需外接上拉电阻。
P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。
作为输出口,每位能驱动8个TTL逻辑电平。
对P0端口写“1”时,引脚用作高阻抗输入。
当访问外部程序和数据存储器时,P0口也被作为低8位地址/数据分时复用。
在这种模式下,P0不具有内部上拉电阻。
在Flash编程时,P0口也用来接收指令字节;
在程序校验时,输出指令字节,而且程序校验时,需要外接上拉电阻[5]。
(1)液晶LCD1602:
数据线P0.0~P0.7。
控制线P2.5、P2.6、P2.。
(2)霍尔元件:
输出口接P3.2。
3.2.电源电路设计
3.2.1.电路原理
如图3所示,为电源电路原理图,50Hz、220V的市电经变压器降压后变成9V交流电,经整流二极管构成的桥式整流电路后,把正弦波交流电整流为脉动直流电,该信号经电解电容470充放电后变成带一定纹波的直流电,之后通过7805三端稳压块稳压后输出5V的直流电,为后级电路供电,其中LED0为电源指示灯。
3.2.2.参数的选择
(1)整流二极管的选取原则为:
每个整流二极管平均电流等于0.5倍的负载电流;
每个整流二极管反向耐压等于1.4U2(有效值)。
这里选取1N4007。
(2)电解电容C1的选择原则为:
电容容量的选择应使电路充放电的时间常数是信号周期的3~5倍。
50Hz的交流电经全桥整流变成脉动直流电,信号周期为10ms,故而考虑RLC1=40ms,RL=(0.9U2-0.7)/IL(IL为负载电流)。
经计算,C1取470uF合适。
(3)7805是三端稳压块,为在7805的输出端获得稳定的输出电压,要求7805输入端电压比输出端电压高2.5V以上。
(4)C2、C3用于消除7805三段稳压块的自激,可选用瓷片电容104。
(5)电解电容C4为滤波电容,要求其电容值要小于C1的容量,以免掉电时C5通过7805向C1反充电而损坏7805[6]。
3.3.霍尔元件监测电路
3.3.1.霍尔元件简介
电路如图4所示,电路中霍尔元件的输出端接单片机的外部中断0接口,通过与摆球底端的磁铁感应,从而开始监测并记录。
(1)作用:
通过霍尔元件与磁铁的感应,能准确的知道摆球经过了平衡位置,再通过单片机的外部中断0接口采用下降沿触发,并将此中断设置为高优先级,使得单片机系统能准确的记录摆球经过平衡位置的次数。
(2)工作原理:
霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,先已经发展成一个品种多样的磁传感器产品族,并已得到广泛的应用。
本系统采用霍尔元件的开关电路的特性,使用时通过霍尔元件的背面放置一块永久磁体,从而可以与带有磁铁的小球进行感应[7]。
(3)而霍尔接近开关主要用于各种自动控制装置,完成所需的位置[8]。
3.3.2.电路工作原理
在实际电路中,霍尔元件相当于开关,当摆球中的磁铁与其感应时,相当于开关状态,LED1灯亮,而没有感应到的时候就处于关闭状态,LED1灯不亮;
霍尔元件的输出的接至单片机的I/O口,通过检测I/O口的高低电平来判断摆球经过与否,进行软件编程,转至计数、计时模块和计算、显示模块。
3.3.3参数选择
该部分电路中只有一个LED1灯,故只串接一个330Ω的限流电阻,以保证其正常工作。
3.4.显示电路的设计
显示电路如图5所示,用于显示摆球经过平衡位置的次数、摆球摆动60次(30个周期)的时间、摆长的长度,重力加速度的理论值,采用液晶1602实时显示。
(1)液晶1602简介
液晶1602是16字X2行的字符型液晶模块,采用+5V单电源供电,外围电路配置简单,而且价格便宜,具有很高的性价比。
与数码管相比该模块有如下一些优点:
a.可用的位数多,有32位,而32个数码管体积相当庞大了。
b.显示的内容丰富,可显示所有数字、字母、符号等192种ASCII码对应的字符。
c.编写程序简单,如果用数码管动态显示,需占用很多时间来刷新显示,而1602则是自动完成此功能,从而节约时间。
(2)液晶1602的主要引脚功能简介
1 VO:
液晶显示器对比度调整端。
如果对比度过高时会产生“鬼影”,若需要对液晶进行对比度调节的话,可通过一个10K的电位器调整对比度。
本设计中只串接一个1K的电阻来使液晶的亮度达到合适。
2 RS:
寄存器选择。
高电平时选择数据寄存器,而低电平时选择指令寄存器。
3 R/W:
读写信号线。
高电平时进行读操作,而低电平时进行写操作。
当RS和R/W同时为低电平时,可以写入指令或者显示地址;
而当RS为高电平R/W为低电平时,可以写入数据。
4 E:
使能端。
当E端由高电平跳变成低电平时,液晶模块执行命令[9]。
4.系统软件设计
4.1.系统软件实现的功能
(1)记录单摆摆球经
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- 关 键 词:
- 当地 重力加速度 测量