论文总字数：25631字

摘 要

本毕业设计是针对目前国内高校物理实验中较为广泛使用的的波尔共振实验仪存在的不足之处进行改进优化。使用光电编码器代替闪光灯来测量摆轮受迫振动稳定时和受迫力之间的相位差。使用光电编码器的零位信号作为测量摆轮和电机转动时周期和振幅的信号码，获得高精度的摆轮和电机的周期和振幅。以单片机结合触控屏的使用作为主要控制系统和显示方式，并增加了仪器校零功能，使得仪器整体更加智能化。改进后的波尔共振仪结构简单，结果直观，实验所测得数据更为准确，仪器的完好率增加。

关键词：波尔共振仪 光电编码器 单片机 触控屏

A Bohr resonance instrument experimental with the photoelectric encoder and touch screen

Abstract

This graduation project is aimed at improving and optimizing the shortcomings of the Bohr resonance experimental instrument which is widely used in the physics experiment of domestic colleges and universities. The photoelectric encoder is used instead of the flash to measure the phase difference between the forced vibration and the forced force. The zero position signal of the photoelectric encoder is used as the signal number to measure the period and amplitude of the cycloid and motor rotation, and obtain the high precision cycloid and motor cycle and amplitude. With the use of the single chip microcomputer as the main control system and the touch screen as the main display mode, the zero function of the instrument is added, which makes the whole instrument more intelligent. The architecture of the improved Bohr resonator is simple, the results are intuitionistic, the data measured in the experiment is more accurate, and the completion rate of the instrument is increased.

Key words: Bohr resonance experimental instrument; photoelectric encoder; single chip microcomputer; touch screen

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1实验原理简介 1

1.2现有仪器不足之处分析 3

1.3整体方案设计 4

第二章 硬件设计 6

2.1 单片机模块部分 6

2.1.1单片机简介 6

2.1.2 STC15W4K32S4单片机 7

2.2阻尼线圈电流控制模块 8

2.2.1主要元器件介绍 8

2.2.2线性恒流源电路设计 10

2.3光电编码器模块 11

2.3.1光电编码器简介 11

2.3.2光电编码器功能实现 12

2.3.3光电编码器模块电路设计 13

2.4 TL431基准稳压源模块 14

2.4.1 TL431简介 14

2.4.2基准稳压电路设计 15

2.5触控屏模块 16

2.5.1 DGUS屏简介 16

2.5.2 DGUS屏通信 18

2.5.3 DGUS屏指令说明 18

第三章 主要软件设计 20

3.1光电编码器控制部分主要程序 20

3.1.1.外部中断定时器初始化程序 20

3.1.2.外部中断执行子函数程序 21

3.2 可编程计数器阵列（CCP/PCA）模块部分主要程序 22

3.2.1 CCP/PCA相关寄存器定义 23

3.2.2 CCP0初始化程序 24

3.2.3 相关子函数程序 24

3.3 模数转换ADC部分主要程序 24

3.3.1 ADC模块初试化程序 25

3.3.2 ADC模块执行子函数程序 25

3.4触控屏部分主要程序 25

3.4.1 相关寄存器定义 26

3.4.2 与单片机串口通信程序 26

3.4.3 触控屏功能执行子函数 30

3.5 主函数部分程序 35

3.5.1自由振动部分 36

3.5.2阻尼振动部分程序 38

3.5.3强迫振动部分程序 40

第四章 仪器相关图片 41

4.1 仪器实物图 41

4.2仪器具体实验操作图片 41

4.3仪器整体电路设计图 45

4.4仪器实际电路板原图 45

第五章 总结 47

5.1作品所具有的特色 47

5.2作品展望 47

参考文献 48

致 谢 49

第一章 绪论

波尔共振实验是研究在受迫振动情况下的的振幅变化和受迫力频率以及相位变化和受迫力频率之间的关系，并观察研究在外部施加不同阻尼力情况下产生的共振现象。在我们实际进行实验的过程中，研究的对象是摆轮的振动，通过与之机械连接的电机提供受迫力。整个实验分为三部分，分别是自由振动、阻尼振动和受迫振动，需要测量的物理量有摆轮的周期和振幅以及达到共振时摆轮和受迫力的相位差。

1.1实验原理简介

在波尔实验中，我们通过手拨动摆轮，使得摆轮在弹簧的作用下在空气中左右摆动，我们视为自由振动。我们在摆轮的下方放置一对带有铁心的线圈，当线圈通电时，摆轮切割磁感线受到电磁阻尼力的作用，这样摆轮的振幅随着时间逐渐衰减，摆轮作阻尼振动。将一电机与摆轮机械连接，电机周期性转动，通过连杆给摆轮一个周期性的外力，使得摆轮作受迫振动。我们知道，当强迫力频率与系统的固有频率相同时产生共振，此时振幅最大，相位差为90°^[1][2]。

摆轮受到周期性强迫力作用时，其振幅和相位差与不同阻尼系数的关系如图1-1和1-2所示，其中表示在强迫力作用下达到共振时的圆频率， 表示强迫力频率^[3][4]。

请支付后下载全文，论文总字数：25631字