Створення аналогово-цифрових перетворювачів та проведення автоматизованого фізичного експерименту

Створення аналогово-цифрових перетворювачів та проведення автоматизованого фізичного експерименту Автор: Андрухов Д. Я. Науковий керівник: проф. Тищук В. І.

Розглянемо основні типи аналоговоцифрових перетворювачів

l l Загальні рекомендації по роботі над виготовленням АЦП плати Для виготовлення АЦП на базі спеціалізованих мікросхем достатньо мінімального набору інструментів (паяльник, кусачки, тощо) та вимірювальних приладів (мультиметр). Необхідний також комп’ютер з операційною системою Windows не нижче 98 -ї версії. Комп’ютер повинен мати процесор не нижче Pentium II на 300 МГц, та мати порти COM і LPT, а також встановлену РСІ звукову карту з ігровим портом. Програмне забезпечення завантажується з відповідних ресурсів які будуть подані в відповідному розділі. Виконувати друковану плату можна довільно керуючись правилами для виготовлення перешкодонестійких приладів: вхідні кола повинні бути віддалені від вихідних, доріжки повинні бути якнайкоротші, та інш. Для розробки друкованих плат в даній роботі використовувалася безкоштовна програма Sprint. Layout 4. 0.

Розглянемо основні саморобні конструкції ПК Термометр Метод вимірювання температури, використовуючи ігровий порт ПК. Вимоги Microsoft Windows 95, 98, 2000, XP Pro. Необхідно встановити драйвер джойстика. Додайте джойстик в Windows панель управління. Якщо ви маєте джойстик використовуйте в настройках точні вимірювання – це допомагає лінійності вимірювання, хоча тип джойстика не важливий.

Програма обробки даних l l l l l Робоче вікно програми Визначення і позначення застосовані в програмі Indor- температура в кімнаті Оutside- температура назовні Use Farenheit- використати шкалу Фаренгейта Log data to file- записувати дані до логфайлу Sample time- час вімкнення запису, тобто через скільки часу знімати покази N. of sensor Ics-вибрати датчики Com port-вибрати порт підключення приставки

Виготовлення АЦП на базі мікросхем ADC 0820 та ADC 08061 l l l l Основні технічні характеристики: Роздільна здатність 8 біт Час перетворення 560 нс максимально (WR-RD режим) Cмуга вхідних частот 300 к. Гц Частота вибірок 1. 5 Мгц Розсіювана потужність 100 м. Вт (максимально) Загальна некоректована помилка + 1/2 МSР і + 1 МSР

Програмне забезпечення для роботи з АЦП на базі мікросхем ADC 0820

Методика вибору аналогово-цифрових перетворювачів l l l Розглянемо методику вибору описаних АЦП в залежності від типу фізичного досліду. Найбільш швидкий АЦП на ADC 0820, його вхідна частота може досягати 300 к. Гц, проте він має низьку роздільну здатність 8 біт, його слід використовувати в процесах де важливо виявити деякий сигнал, імпульс, тощо. Найбільш високу роздільну здатність має АЦП на ADS 1100, проте його робочий діапазон обмежений 60 к. Гц, він дозволяє отримати найточніші осцилограми, та значення постійної напруги. Для дослідів де необхідно одночасно отримати велику кількість даних слід використовувати пристрій збору даних, він має роздільну здатність 8 біт, проте одночасно ведеться запис данних по 8 -мох каналах. Для дослідів де не вимагається високої точності, а головне простота використання можна використовувати прості приставки на базі ігрового порта, та звукової карти. Серед програмного забезпечення найкраще для проведення демонстраційних дослідів підходить програма Power. Graph.

Вимірювання швидкості звуку l l l l Обладнання: Звукова плата ІВМ комп’ютера 2 мікрофони Лінійка довжиною 1 м Встановлена програма „Power. Graph” Установка експерименту Установка збирається подібно до тієї, що зображена на рис.

l Установка для вимірювання швидкості звуку

l Стандартна звукова карта комп’ютера має лінійний стереофонічний вхід, і одночасно є досить швидкодіючим АЦП. За допомогою програми „Power. Graph” ми можемо дослідним шляхом виміряти швидкість звуку. Для цього необхідно до початку роботи з програмою підключити до лінійного входу два мікрофони, і виставити в настройках Windows максимальний рівень підсилення лінійного входу

Час затримки сигналу можна визначити по часовій шкалі програми. При проведені досліду слід також враховувати вологість і температуру повітря. В наведеній таблиці вказані значення швидкості звуку за певних кліматичних умов. В результаті проведення досліду було отримано швидкість звуку за температури 23, 7 о. С та вологістю 60%, 301 м/с, теоретичне значення 345 м/с. Важливою умовою правильного проведення досліду є наявність однакових мікрофонів, це дозволить отримати подібні осцилограми і більш точно визначити швидкість звуку в повітрі. Також бажано щоб в кімнаті були відсутні шуми, що можуть вплинути на результат. Дослід добре проводити в кондиційованих приміщеннях з одним тим самим джерелом звуку (наприклад ГЗВ) або використати коробку в якій можна було б змінювати температуру або вологість. Це дозволить побудувати залежність швидкості звуку від температури, і вологості.

Отримані результати. Чорним виділено піки першого сигналу.

Типові значення швидкостей звуку за різних кліматичних умов (експериментальні) RH% M/S T ОC 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 331. 5 331. 6 331. 7 5 334. 6 334. 7 334. 8 334. 9 10 337. 5 337. 6 337. 7 337. 8 337. 9 338. 0 15 340. 6 340. 7 340. 8 340. 9 341. 0 341. 1 341. 2 20 343. 5 343. 6 343. 7 343. 9 344. 0 344. 1 344. 2 344. 4 344. 5 25 346. 4 346. 6 346. 8 347. 0 347. 1 347. 3 347. 5 347. 6 347. 8 30 349. 4 349. 6 349. 9 350. 1 350. 3 350. 5 350. 8 351. 0 351. 2

Демонстрація явища магнітної індукції l l l l Обладнання: Прямий магніт Котушка Пластмасова трубка Штатив В якості АЦП використовуємо звукову плату Установка експерименту Установку можна зібрати подібну до тієї яка зображена на фотографії

. Фотографія зібраної установки В даному досліді нам необхідно зафіксувати амплітуди які виникають при проходженні магніту крізь котушку. Для цього досить використати звукову плату та програму Power. Graph. До початку досліду необхідно підключити до лінійного входу звукової плати котушку з проводом , та налаштувати програму згідно з порядком проведення досліду.

Висновки l Виконавши дану роботу, було розглянуто виготовлення сучасних приладів на основі АЦП, для проведення дослідів з фізики. Описані саморобні прилади дають змогу на шкільному рівні проводити багато фізичних дослідів, та можуть замінити деякі застарілі прилади. Можливість збереження даних після роботи дозволяє проводити серії дослідів, і максимально ефективно зберігати результати