加速度测量仪的设计

<<综合课程设计>>

课程设计报告

题目：加速度测量仪的设计专业：电子信息工程

年级：2010级

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完成日期：2013年 12月10日

摘要

利用ADXL345模块、STC89C52RC、LCD1602、12MHZ晶振等元件，制作加速度测量仪，实现能够测量静态下的重力加速度值和物体的倾角。经测试，系统达到课程设计的基本要求，具有易于操作，制作成本低的优点。

关键词：ADXL345模块；STC89C52RC；LCD1602；加速度测量仪；重力加速度；倾角

ABSTRACT

Using the ADXL345 module, STC89C52RC, LCD1602, 12MHZ crystal element, making acceleration measurement instrument, and can dip angle acceleration of gravity measuring static values and objects. After testing, the system to meet the basic requirements of curriculum design, has the advantages of easy operation, advantages of low production cost.

Key Words:the ADXL345 module; STC89C52RC; LCD1602; accelerometer; gravity acceleration; angle

摘要.............................................................................................................................................. II ABSTRACT .................................................................................................................................... I II 1 设计要求及方案选择. (1)

1.1设计要求 (1)

1.2方案选择 (1)

2 理论分析与设计 (2)

2.1加速度测量仪电路的分析及设计 (2)

3 电路设计 (3)

3.1 硬件电路的设计 (3)

3.2 软件的设计 (6)

4 系统测试 (7)

4.1调试所用的基本仪器清单 (7)

4.2调试结果 (7)

4.3测试结果分析 (7)

5 总结 (8)

参考文献 (9)

1 设计要求及方案选择

1.1设计要求

1.能测量静态下的重力加速度值；

2.能测量运动加速度，包括直线运动和圆周运动（或摆动）；

3.实时显示加速度值；

4.能测量物体的倾角。

1.2方案选择

利用单片机89C52、LCD1602和ADXL345等元件设计并制作加速度测量仪，电路设计框图如图1-2-1所示。

图1-2-1加速度测量仪设计方案框图

（1）根据设计要求，本设计选择STC89C52芯片为核心控制器件。

（2）测量所得的数据的显示用LCD1602液晶屏来显示，加速度感应仪器，我采用ADXL345模块。功能选择部分由按键控制，4个按键分别连P1.1、P1.2、P3.2、P3.3。

（3）其他方面，89C52第31脚（EA）接电源，第19、18（XTAL2、XTAL1）脚接晶振电路，第9脚接复位电路。

（4）软件设计方面用C语言编写控制程序。

2 理论分析与设计

2.1加速度测量仪电路的分析及设计

加速度测量仪电路如图2-1-1所示

图2-1-1 加速度测量仪电路图

它由复位电路、晶振电路、核心控制电路、显示电路、按钮切换电路和加速度感应电路组成。工作电压是5V。

3 电路设计

3.1 硬件电路的设计

加速度测量仪总电路如图3-1-1所示

图3-1-1 加速度测量仪总电路图

其中（1）复位电路如图3-1-2所示

图3-1-2 复位电路图

复位电路由1k电阻、10uf的电容、10k电阻、按键组成，主要是实现复位功能。

（2）晶振电路如图3-1-3所示

图3-1-3 晶振电路图

晶振电路由2个30pf的电容、12MHZ晶振组成，主要实现向电路提供时钟信号的功能。

（3）核心控制电路如图3-1-4所示

图3-1-4 核心控制电路图

它是一个STC89C52芯片，是整个电路的核心，用来写入程序，控制整个电路，控制加速度感应器和显示器，让模块实现数据测量和数据显示功能。

（4）加速度测量模块电路如图3-1-5所示

图3-1-5 加速度测量模块电路图

它是一个ADXL345模块，SCL管脚接P1.4，SDA管脚接P1.3，5v管脚接电源+5v，GND接地。实现加速度感应功能。

（5）显示电路如图3-1-6所示

图3-1-6 显示电路图

它由1k排阻、LCD1602液晶屏、P1、P0口等组成，实现显示所测得的数据的功能。

3.2 软件的设计

1）主要流程图如图3-2-1所示

图3-2-1 主要流程图

4 系统测试

4.1调试所用的基本仪器清单

调试的仪器有：焊烙铁、焊锡、1k电阻、导线、万用表等。

4.2调试结果

经过调试，实物能经过控制按钮来切换测量所得数据，其中有静止时的重力加速度和物体的倾角。其中测量静止加速度值显示如下图4-2-1所示。

其中物体倾角值显示如下图4-2-2所示.。

4.3 测试结果分析

第一次焊成实物后，接上电源+5V，89C52芯片写入我的程序，发现显示屏不亮，后来用万用表测试发现有虚焊，是电源输入插口插针虚焊，后来焊好虚焊处，LCD1602亮了，但是不够亮，我就在P0口接人一个1K排阻，LCD1602明显更亮更清晰了。由于时间短促，我对ADXL345模块的工作原理不是那么的吃深吃透，我不断的调试程序，也只能实现老师的其中两个实验要求，我非常的难过。我一定找点时间认真的理解ADXL345模块的程序。

5 总结

大四的第一学期末了，这一次课程设计整体来说时间十分紧张，时间不是那么的充分，已经没有时间去学习课程设计所需要的其他软件的应用，总体来说我们还是收获颇丰，我做的是利用单片机设计加速度测量仪，首先我是按照老师给的题目要求，按照要求模块画好电路，程序编好后仿真成功，就画PCB。这次设计我学习了新的软件，那就是Keil编程软件，懂得了仿真时的HEX文件是如何生成的；在画PCB时我注意到点阵的封装是这次画PCB的关键，我网上查找了资料，按照资料仔细画图。做好实物时接电源而LCD345不亮，经检查发现是虚焊，这时我深刻意识到我的焊功真的很普通，以后要多加练习，而且要认真焊接。这次课程设计我深刻意识到我的C语言学不到家，以后要多加练习啊，C语言是大学里面比较重要的专业！

这次的课程设计还算满成功的，收获也很丰富的！希望以后还有此类机会增强提高自己的能力的机会！

参考文献

[1] 姜志海、黄玉清.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2009.

[2] 江思敏、姚鹏翼.PADS电路原理图和PCB设计[M].机械工业出版社，2007.

[3] 李玉峰.MCS-51系列单片机原理与接口技术[M].北京：人民邮电社，2004.

[4] 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计[M]北京：北京航空航天大学出版社，2007.

[5] 朱善军等.单片机接口技术与应用[M]北京：清华大学出版社，2005.

单片机课程设计报告——智能数字频率计汇总

单片机原理课程设计报告题目：智能数字频率计设计专业：信息工程班级：信息111 学号：*** 姓名：*** 指导教师：*** 北京工商大学计算机与信息工程学院

1、设计目的（1）了解和掌握一个完整的电子线路设计方法和概念；（2）通过电子线路设计、仿真、安装和调试，了解和掌握电子系统研发产品的一个基本流程。（3）了解和掌握一些常见的单元电路设计方法和在电子系统中的应用：包括放大器、滤波器、比较器、计数和显示电路等。（4）通过编写设计文档与报告，进一步提高学生撰写科技文档的能力。 2、设计要求（1）基本要求设计指标： 1.频率测量：0～250KHz； 2.周期测量：4mS～10S； 3.闸门时间：0.1S，1S； 4.测量分辨率：5位/0.1S，6位/1S； 5.用图形液晶显示状态、单位等。充分利用单片机软、硬件资源,在其控制和管理下,完成数据的采集、处理和显示等工作,实现频率、周期的等精度测量方案。在方案设计中,要充分估计各种误差的影响,以获得较高的测量精度。（2）扩展要求用语音装置来实现频率、周期报数。（3）误差测试调试无误后，可用数字示波器与其进行比对，记录测量结果，进行误差分析。（4）实际完成的要求及效果 1.测量范围：0.1Hz～4MHz，周期、频率测量可调； 2.闸门时间：0.05s～10s可调； 3.测量分辨率：5位/0.01S，6位/0.1S； 4.用图形液晶显示状态、单位（Hz/KHz/MHz）等。 3、硬件电路设计（1）总体设计思路

本次设计的智能数字频率计可测量矩形波、锯齿波、三角波、方波等信号的频率。系统共设计包括五大模块: 主芯片控制模块、整形模块、分频模块、档位选择模块、和显示模块。设计的总的思想是以AT89S52单片机为核心，将被测信号送到以LM324N为核心的过零比较器，被测信号转化为方波信号，然后方波经过由74LS161构成的分频模块进行分频，再由74LS153构成的四选一选择电路控制档位，各部分的控制信号以及频率的测量主要由单片机计数及控制，最终将测得的信号频率经LCD1602显示。各模块作用如下: 1.主芯片控制模块: 单片机AT89S52 内部具有2个16位定时/计数器T0、T1，定时/计数器的工作可以由编程来实现定时、计数和产生计数溢出时中断要求的功能。利用单片机的计数器和定时器的功能对被测信号进行计数。以AT89S52 单片机为控制核心，来完成对各种被测信号的精确计数、显示以及对分频比的控制。利用其内部的定时/计数器完成待测信号周期/频率的测量。 2.整形模块：整形电路是将一些不是方波的待测信号转化成方波信号，便于测量。本设计使用运放器LM324连接成过零比较器作为整形电路。 3.分频模块: 考虑单片机利用晶振计数，使用11.0592MHz 时钟时，最大计数速率将近500 kHz，因此需要外部分频。分频电路用于扩展单片机频率测量范围，并实现单片机频率测量使用统一信号，可使单片机测频更易于实现，而且也降低了系统的测频误差。本设计使用的分频芯片是74LS161实现4分频及16分频。 4.档位选择模块：控制74LS161不分频、4分频或者 16分频，控制芯片是74LS153。 5.显示模块：编写相应的程序可以使单片机自动调节测量的量程，并把测出的频率数据送到显示电路显示，本设计选用LCD1602。 (2)测频基本设计原理所谓“频率”，就是周期性信号在单位时间（1s）内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数N，则其频率可表示为f=N/T（右图3-1所示）。其中脉冲形成电路的作用是将被测信号变成脉冲信号，其重复频率等。利用单片机的定时/计数T0、T1的定时、计数于被测频率f x 功能产生周期为1s的时间脉冲信号，则门控电路的输出信号持图3-1

频率特性测试仪(精)

频率特性测试仪摘要:本频率特性测量仪以 MSP430单片机为控制核心,由信号源、被测双 T 网络、检波电路、检相电路及显示等功能模块组成。其中,检波电路、检相电路由过零比较器、鉴相器、有效值检波器、 A/D、 D/A转换器等组成;被测网络采用带自举功能的有源双 T 网络;同时本设计还把 FPGA 作为 MCU 的一个高性能外设结合起来, 充分发挥了 FPGA 的高速信号处理能力和 MCU 的复杂数据分析能力;通过DDS 可手动预置扫频信号并能在全频范围和特定频率范围内为自动步进测量, 在数码管上实现频率和相位差的显示, 以及实现了用示波器观察幅频特性和相频特性。关键词:单片机; DDS ;幅频特性;相频特性一、方案比较与论证 1. 方案论证与选择 (1系统总体方案描述该系统以单片机和 FPGA 为控制核心,用 DDS 技术产生频率扫描信号,采用真有效值检测器件 AD637测量信号幅度。在 FPGA 中,采用高频脉冲计数的方法测量相位差,经过单片机运算,可得到 100 Hz ~100 kHz 中任意频率的幅频特性和相频特性数据, 实现在该频段的自动扫描, 并在示波器上同时显示幅频和相频特性曲线。用键盘控制系统实现各种功能, 并且在 LCD 同步显示相应的功能和数据。系统总体设计框图如图 1所示。

图 1 系统总体框图 (2扫描信号源发生器方案一:采用单片函数发生器。其频率可由外围电路控制。产生的信号频率稳定度低,抗干扰能力差,灵活性差。方案二:采用数字锁相环频率合成技术。但锁相环本身是一个惰性环节, 频率转换时间长, 整个测试仪的反应速度就会很慢 , 而且带宽不高。其原理图如图 2所示: 图 2 PPl原理图方案三:采用数字直接频率合成技术 (DDFS。以单片机和 FPGA 为控制核心 , 通过相位累加器输出寻址波形存储器中的数据 , 以产生固定频率的正弦信号。该方案实现简单,频率稳定,抗干扰能力强。其原理图如图 3所示:

用凯特摆测量重力加速度实验报告

用凯特摆测量重力加速度实验目的：学习凯特摆的实验设计思想和技巧，掌握一种比较精确的测量重力加速度的方法。实验原理：1、当摆幅很小时，刚体绕O轴摆动的周期：刚体质量m，重心G到转轴O的距离h，绕O轴的转动惯量I，复摆绕通过重心G的转轴的转动惯量为I G 。当G轴与O轴平行时，有I=I G+mh2 ∴ ∴复摆的等效摆长l=( I G+mh2 )/mh 2、利用复摆的共轭性：在复摆重心G旁，存在两点O和O′，可使该摆以O为悬点的摆动周期T?与以O′为悬点的摆动周期T?相同，可证得|OO′|=l，可精确求得l。 3、对于凯特摆，两刀口间距就是l，可通过调节A、B、C、D四摆锤得位置使正、倒悬挂时得摆动周期T?≈T?。 ∴4π2/g=(T?2+T?2)/2l + (T?2-T?2)/2(2h?-l) = a + b 实验仪器：凯特摆、光电探头、米尺、数字测试仪。实验内容：1、仪器调节选定两刀口间得距离即该摆得等效摆长l，使两刀口相对摆杆基本对称，并相互平行，用米尺测出l的值，粗略估算T值。将摆杆悬挂到支架上水平的V形刀承上，调节底座上的螺丝，借助于铅垂线，使摆杆能在铅垂面内自由摆动，倒挂也如此。将光电探头放在摆杆下方，让摆针在摆动时经过光电探测器。

让摆杆作小角度摆动，待稳定后，按下reset钮，则测试仪开始自动记录一个周期的时间。 2、测量摆动周期T?和T? 调整四个摆锤的位置，使T?和T?逐渐靠近，差值小于，测量正、倒摆动10个周期的时间10T?和10T?各测5次取平均值。 3、计算重力加速度g及其标准误差σg 。将摆杆从刀承上取下，平放在刀口上，使其平衡，平衡点即重心G。测出|GO|即h?，代入公式计算g。推导误差传递公式计算σg 。实验数据处理：1、l的值 l=?(l?+l?+l?)= σ＝，u A =σ/=， ∴ΔA ＝t P ?u A =*= u B=ΔB /C=3= ∴u L == T e == 2、T?和T?的值 T?＝ σ＝*10ˉ?s，u A =σ/=*10ˉ?s ∴ΔA ＝t P ?u A =*=*10ˉ?s u B=ΔB /C=3=*10ˉ?s ∴u T1 ==*10ˉ?s T?= σ＝*10ˉ?s，u A =σ/=*10ˉ?s ∴ΔA ＝t P ?u A =*=*10ˉ?s u B=ΔB /C=3=*10ˉ?s

基于单片机的重力加速度测量

基于单片机的重力加速度测量王磊摘要：重力加速度通常使用重力加速度测量仪进行测量，其测量过程是通过两个光电门检测物体的下降时刻，由数字毫秒计显示物体所经历的时间，最后通过繁琐的手工计算求得，主要缺点是效率较低且不可避免粗大误差的影响。为了提高实验效率以及实验结果的准确度，我们对传统重力加速度测量仪进行了改进，主要是利用单片机对原实验的光电信号进行检测，通过VC编程完成较精确的计算、存储、显示以及数据处理等一系列工作，极大的改善了实验环境、丰富了实验内容以及提高了实验效率。关键词：重力加速度；单片机；VC++ 0 引言在力学实验中，通常测量重力加速度所用的重力加速度测量仪[1]，是通过光电门得到物体的下降时间，并由数字毫秒计显示，通过设定不同的距离进行多次测量，然后按最小二乘法进行手工计算求得重力加速度值。其主要缺点是手工计算不方便，会引入计算误差，实验效率较低。为了精确、有效地测量出重力加速度，设计了以上位PC机VC++程序作为主控制机，以AT89C51单片机作为辅助的重力加速度测量装置，所测时间以10μs 计，误差小，精度高，功耗低，比较适合物理实验用。 1 基本测量原理物理上测量重力加速度的方法有很多，比如落体法、摆球法、液体测量法等等[2]。本文采用落体法测量重力加速度。基本原理如下： (1)根据自由落体运动，测下落的高度和时间．高度可由米尺测出。测量时间可用手表、秒表、打点计时、闪光照片、滴水法(自来水、滴定管)、光电门、单片机等。 (2)利用小球在保证初速度不变的情况下下落两个不同的高度，则有，。是小球经过上光电门时的初速度。由上两式得：

(3)针对上个方案。采用多种数据处理，实验方案也不同，如多次测量、逐差法、作图法、最小二乘法等。其结构简图如图1所示。开始时小刚球7被电磁铁6吸住，测量时断开电磁铁，使钢球以初速度为零下落，钢球依次通过二只光电管4和5，落到球座2中的球窝内，测量过程结束。 1—底座 2—球座 3—立柱及标尺 4—移动光电管 5—固定光电管 6—电磁铁 7—小钢球图1 测量装置简图 2 系统硬件电路及程序 2.1 硬件电路本系统采用AT89C51芯片，完成从光电门接收数据，并把接收到的数据发送到PC机，而其他外围设备或芯片都起到辅助作用。AT89C51的最小系统电路图如图2中间部分所示，它由三部分组成：复位电路、时钟电路、中断指示电路[3]。复位电路和时钟电路都是使单片机正常工作所必须的电路，而对于指示灯电路是为了说明有外部中断信号。 AT89C51外部中断电路的作用是实现外部中断信号，也就是在遮光杆通过光电门时要单片机产生外部中断。

实验2--自由落体法测定重力加速度(详写)

《实验2 自由落体法测定重力加速度》实验报告一、实验目的和要求 1、学会用自由落体法测定重力加速度； 2、用误差分析的方法，学会选择最有利的测量条件减少测量误差。二、实验描述重力加速度是很重要的物理参数，本实验通过竖直安放的光电门测量自由落体时间来求重力加速度，如何提高测量精度以及正确使用光电计时器是实验的重要环节。三、实验器材 MUJ-5C型计时计数测速仪（精度0.1ms），自由落体装置（刻度精度0.1cm），小钢球，接球的小桶，铅垂线。四、实验原理实验装置如图1。在重力实验装作用下，物体的下落运动是匀加速直线运动，其运动方程为 s=v0t+1/2g t2 该式中，s是物体在t时间下落的距离；v0是物体运动的初速度；g是重力加速度；若测得s, v0,t，即求出g值。若使v0=0，即物体（小球）从静止释放，自由落体，则可避免测量v0的麻烦，而使测量公式简化。但是，实际测量S 时总是存在一些困难。本实验装置中，光电转换架的通光孔总有一定的大小，当小铁球挡光到一定程度时，计时-计数-计频仪才开始工作，因此，不容易确定小铁球经光电转换架时的挡光位置。为了解决这个问题，采用如下方法：让小球从O点处开始下落，设它到A处速度为v0，再经过 t1时间到达B处，令AB间距离为s1，则 gt12 s1=v0t1?1 2 同样，经过时间t2后，小球由A处到达B’处，令AB’间的距离为s2，则有 s2=v0t2+1/2g t22 化简上述两式，得: 图1 实验装置图g=2（s2t1-s1t2)/ t1t22-t2t12=2(s2/t2-s1/t1)/ t2-t1 --------------------------------------------（1）

基于单片机的简单频率计课程设计报告

《单片机原理与接口技术》课程设计报告频率计

1功能分析与设计目标 0 2频率计的硬件电路设计 (3) 2.1 控制、计数电路 (3) 2.2 译码显示电路 (5) 3频率计的软件设计与调试 (6) 3.1软件设计介绍 (6) 3.2程序框图 (8) 3.3功能实现具体过程 (8) 3.4测试数据处理，图表及现象描述 (10) 4讨论 (11) 5心得与建议 (12) 6附录（程序及注释） (13)

1 功能分析与设计目标背景：在电子技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为重要。为了实现智能化的计数测频，实现一个宽领域、高精度的频率计,一种有效的方法是将单片机用于频率计的设计当中。用单片机来做控制电路的数字频率计测量频率精度高，测量频率的范围得到很大的提高。题目要求：用两种方法检测（△m ,△ T ）要求显示单位时间的脉冲数或一个脉冲的周期。设计分析：电子计数式的测频方法主要有以下几种：脉冲数定时测频法（M 法）,脉冲周期测频法（T 法）,脉冲数倍频测频法（AM 法）,脉冲数分频测频法（AT 法）,脉冲平均周期测频法（M/T 法）,多周期同步测频法。下面是几种方案的具体方法介绍。脉冲数定时测频法（M 法）：此法是记录在确定时间Tc 内待测信号的脉冲个数Mx ,则待测频率为： Fx=Mx/ Tc 脉冲周期测频法（T 法）：此法是在待测信号的一个周期Tx 内,记录标准频率信号变化次数Mo。这种方法测出的频率是： Fx=Mo/Tx 脉冲数倍频测频法（AM 法）：此法是为克服M 法在低频测量时精度不高的缺陷发展起来的。通过A 倍频,把待测信号频率放大A 倍,以提高测量精度。其待测频率为： Fx=Mx/ATo 脉冲数分频测频法（AT 法）：此法是为了提高T 法高频测量时的精度形成的。由于T 法测量时要求待测信号的周期不能太短,所以可通过A 分频使待测信号的周期扩大A倍，所测频率为： Fx=AMo/Tx 脉冲平均周期测频法（M/T法）:此法是在闸门时间Tc内，同时用两个计数器分别记录

简易频率特性测试仪毕业设计论文

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简易频率特性测试仪摘要：简易频率特性测试仪是以51单片机为控制核心的一种测量频率的仪器，具有较宽的可测试带宽。电路由正交扫频信号源、被测网络、混频器、低通滤波器、ADC以及液晶显示部分组成。正交扫频信号源AD9854采用DDS技术产生高稳定的频率、相位、幅度可编程调制的正弦和余弦信号。被测网络是一个RLC串联谐振电路，其前后分别添加电压跟随器和电阻网络使其与相邻电路电阻匹配。混频器采用性能高，功耗低的SA602A，将信号源输出的正余弦信号与经过被测网络出来的处理信号进一步处理，产生高频与低频两种信号。低通滤波器采用max274芯片过滤较高频信号，外接元件少，参数调节方便，也具有良好的抗干扰性。ADC选用AD8317外置，提高AD转换性能。整体电路实现了测量较高频率信号的频率测量及幅频特性与相频特性的显示。关键词：DDS技术、中频正交解调原理、RLC振荡电路。 Abstract：Simple frequency characteristic tester is a metrical instrument which is operated by 51 single chip computer, It has a wide bandwidth. The circuit is composed of orthogonal frequency sweep signal source, the measured network, mixer, low-pass filter, ADC and liquid crystal display part. Orthogonal frequency sweep signal source AD9854 using DDS technology to produce frequency, phase, amplitude and high stability of the programmable modulation sine and cosine signal. The measured network is a RLC series resonant circuit, a voltage follower and the resistor network to match the adjacent circuit resistance respectively before and after adding the. The mixer uses high performance, low power SA602A, the sine and cosine signal source output and the processed signal measured network for further processing, to produce high and low frequency signal two. Low pass filter using MAX274 chip filter high frequency signals, less external components, easy to adjust the parameters, and also has good anti-interference performance. ADC use AD8317 external, enhance AD conversion performance. The whole circuit of the display frequency measurement and the amplitude frequency characteristic measurement of high frequency signal and the phase frequency characteristic. Keywords：DDS technology、Quadrature demodulation, RLC oscillating circuit.

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大学物理重力加速度的测定实验报告范文一、实验任务精确测定银川地区的重力加速度二、实验要求测量结果的相对不确定度不超过5% 三、物理模型的建立及比较初步确定有以下六种模型方案：方法一、用打点计时器测量所用仪器为：打点计时器、直尺、带钱夹的铁架台、纸带、夹子、重物、学生电源等. 利用自由落体原理使重物做自由落体运动.选择理想纸带，找出起始点0，数出时间为t的p点，用米尺测出op的距离为h，其中t=0.02秒×两点间隔数.由公式h=gt2/2得g=2h/t2，将所测代入即可求得g. 方法二、用滴水法测重力加速度调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个(n 取50—100)水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法三、取半径为r的玻璃杯，内装适当的液体，固定在旋转台上.旋转台绕其对称轴以角速度ω匀速旋转，这时液体相对于玻璃

杯的形状为旋转抛物面重力加速度的计算公式推导如下：取液面上任一液元a，它距转轴为x，质量为m，受重力mg、弹力n.由动力学知： ncosα-mg=0 (1) nsinα=mω2x (2) 两式相比得tgα=ω2x/g，又tgα=dy/dx，∴dy=ω2xdx/g， ∴y/x=ω2x/2g. ∴ g=ω2x2/2y. .将某点对于对称轴和垂直于对称轴最低点的直角坐标系的坐标x、y测出，将转台转速ω代入即可求得g. 方法四、光电控制计时法调节水龙头阀门，使水滴按相等时间滴下，用秒表测出n个(n 取50—100)水滴所用时间t，则每两水滴相隔时间为t′=t/n，用米尺测出水滴下落距离h，由公式h=gt′2/2可得g=2hn2/t2. 方法五、用圆锥摆测量所用仪器为：米尺、秒表、单摆. 使单摆的摆锤在水平面内作匀速圆周运动，用直尺测量出h(见图1)，用秒表测出摆锥n转所用的时间t，则摆锥角速度ω=2πn/t 摆锥作匀速圆周运动的向心力f=mgtgθ，而tgθ=r/h所以mgtgθ=mω2r由以上几式得： g=4π2n2h/t2. 将所测的n、t、h代入即可求得g值.

重力加速度的测量及应用

重力加速度的测量及应用重力加速度g值的准确测定对于计量学、精密物理计量、地球物理学、地震预报、重力探矿和空间科学等都具有重要意义。测量：最早测定重力加速度的是伽利略。约在1590年，他利用倾角为θ的斜面将g的测定改为测定微小加速度a=gsinθ,。1784年，G?阿特武德将质量同为M的重物用绳连接后，挂在光滑的轻质滑轮上，再在另一个重物上附加一重量小得多的重物m，使其产生一微小加速度a ＝mg/（2M＋m），测得a后，即可算出g。 1888年，法国军事测绘局使用新的方法进行了g值的计量.它的原理简述为：若一个物体如单摆那样以相同的周期绕两个中心摆动，则两个中心之间的距离等于与上述周期相同的单摆的长度。当时的计量结果为：g=9.80991m/s2。 1906年，德国的库能和福脱万勒用相同的方法在波茨坦作了g值的计量，作为国际重力网的参考点，即称为“波茨坦重力系统”的起点，其结果为g（波茨坦）=9.81274m/s2。根据波茨坦得到的g值可以通过相对重力仪来求得其他地点与它的差值，从而得出地球上各地的g值，这样建立起来的一系列g值就称为波茨坦重力系统。国际计量局在1968年10月的会议上推荐，自1969年1月1日起，g（波茨坦）减小到9.81260m/s2。根据上述修正了的波茨坦系统，在地球上的一级点位置的g值的不确定度可小于5×10-7。应用：地球对表面物体具有吸引力，重力加速度是度量地球重力大小的物理量。按照万有引力定律，地球各处的重力加速度应该相等。但是由于地球的自转和地球形状的不规则，造成各处的重力加速度有所差异，与海拔高度、纬度以及地壳成分、地幔深度密切相关。重力预震:地球物理学研究中要求观测重力长期的细微的变化，即所谓g的长度；这种变化可能是由于地壳运动，地球的内部结构和形状的演变，太阳系中动力常数的长度以及引力常数G的变化等等。观测这些变化要求g值的计量不确定度达10-8至10-9量级。观测g值的变化可能对预报地震有密切的关系.据有关方面报道，七级地震相对应的g值变化约为0.1×10-5m/s2。目前，许多国家都在探索用g值的变化作临震预报。重力探矿:利用地下岩石和矿体密度的不同而引起地面重力加速度的相应的变化。故根据在地面上或海上测定g的变化，就可以间接地了解地下密度与周围岩石不同的地质构造、矿体和岩体埋藏情况，圈定它们的位置。所用的仪器是重力仪和扭秤（目前已为高精度重力仪所代替）。

实验用单摆测定重力加速度教案

实验:用单摆测定重力加速度教案实验目的：学会用单摆测定当地重力加速度，正确熟练使用秒表。实验器材：①球心开有小孔的小金属球②长度大于1米的细尼龙线③铁夹④铁架台⑤游标卡尺⑥米尺⑦秒表实验原理：根据单摆周期公式T=2πg l /，得：g=224T l 。据此，只要测得摆长l 和周期T 即可算出当地的重力加速度g 。实验步骤 1、用细线拴好小球，悬挂在铁架台上，使摆线自由下垂，如图1。注意：线要细且不易伸长，球要用密度大且直径小的金属球，以减小空气阻力影响。摆线上端的悬点要固定不变，以防摆长改变。 2、用米尺和游标卡尺测出单摆摆长。注意：摆长应为悬点到球心的距离，即l=L+D/2；其中L 为悬点到球面的摆线长，D 为球的直径。 3、用秒表测出摆球摆动30次的时间t ，算出周期T 。注意：为减小记时误差，采用倒数计数法，即当摆球经过平衡位置时开始计数，“3，2，1，0，1，2，3……”数“0”时开始计时，数到“60”停止计时，则摆球全振动30次，T=t/30。计时从平衡位置开始是因为此处摆球的速度最大，人在判定它经过此位置的时刻，产生的计时误差较小。为减小系统误差，摆角a 应不大于10°，这可以用量角器粗测。 4、重复上述步骤，将每次对应的摆长l 、周期T 填于表中，按公式T=2πg l /算出每次g ，然后求平均值。 [实验记录] 图1

注意：（1）为减小计算误差，不应先算T的平均值再求g，而应先求出每次的g值再平均。（2）实验过程中： ①易混淆的是：摆通过平衡位置的次数与全振动的次数。 ②易错的是：图象法求g值，g≠k而是g=4π2/k；T=t/n和T=t/（n-1）也经常错用，（前者是摆经平衡位置数“0”开始计时，后者是数“1”开始计时）。 ③易忘的是：漏加或多加小球半径，悬点未固定；忘了多测几次，g取平均值。实验结论从表中计算的g看，与查得的当地标准g值近似相等，其有效数字至少3位。实验变通变通（1）：变器材，用教学楼阳台代替铁架台，用数米长的尼龙细线拴好的小挂锁代替摆球，用米尺只测量摆线的一段长度，用秒表测量周期T仍能测量当地重力加速度，其简要方法如下：如下图所示，设阳台上的悬点为O，挂锁的重心为O′在摆长上离挂锁附近作一红色标记M，用米尺量OM=L1，而MO′=L2，不必测量，则： T12=4π2（L1+L2）/g……①在悬点处放松（或收起）一段线，再量OM=L2，MO′=L0不变，则T2=4π2（L2+L0）/g……② 由①②式得：g=4π2（L2+L1）/（T12-T22）（其中T1、T2测量方法同上述方法）此实验也可以用T2-l图象法去求。变通（2）：变器材，变对象，在地球表面借助电视机，依据周期公式，用机械手表测月球表面自由落体的加速度g月。有一位物理学家通过电视机观看宇航员登月球的情况，他发现在登月密封舱内悬挂着一个重物在那里微微摆动，其悬绳长跟宇航员的身高相仿，于是他看了看自己的手表，记下了一段时间t内重物经最低点的次数，就算出了g月，已知他记下重物由第一次经最低点开始计时数到n=30次的时间t为1分12.5秒，并估计绳长l约等于宇航员身高l。 l/计算出了g月。由T=t/[（n-1）/2]和T=2πg

数字逻辑数字频率计的设计课程设计报告

滁州学院课程设计报告课程名称：数字逻辑课程设计设计题目：数字频率计的设计系别：网络与通信工程系专业：网络工程（无线传感器网络方向）组别：第七组起止日期:2012年5月28日～2012年6 月18日指导教师:姚光顺计算机与信息工程学院二○一二年制

课程设计任务书

目录 1绪论 (1) 1.1设计背景 (1) 1.2主要工作和方法 (1) 1.3本文结构 (1) 2相关知识 (1) 2.1数字频率计概念...................................................................................................................... .. (1) 2.2数字频率计组成 (1) 3系统设计 (2) 4系统实现 (2) 4.1计数译码显示电路 (2) 4.2控制电路 (3) 5系统测试与数据分析 (5) 6课程设计总结与体会 (8) 6.1设计总结 (8) 6.2设计体会 (8) 结束语 (9) 参考文献 (9) 附录 (10) 致谢 (12)

1绪论 1.1设计背景数字频率计是一种基础测量仪器，到目前为止已有 30 多年的发展史。早期，设计师们追求的目标主要是扩展测量范围，再加上提高测量精度、稳定度等，这些也是人们衡量数字频率计的技术水平，决定数字频率计价格高低的主要依据。目前这些基本技术日臻完善，成熟。应用现代技术可以轻松地将数字频率计的测频上限扩展到微频段。随着科学技术的发展，用户对数字频率计也提出了新的要求。对于低档产品要求使用操作方便，量程（足够）宽，可靠性高，价格低。而对于中高档产品，则要求有高分辨率，高精度，高稳定度，高测量速率；除通常通用频率计所具有的功能外，还要有数据处理功能，统计分析功能，时域分析功能等等，或者包含电压测量等其他功能。这些要求有的已经实现或者部分实现，但要真正完美的实现这些目标，对于生产厂家来说，还有许多工作要做，而不是表面看来似乎发展到头了。随着数字集成电路技术的飞速发展，应用计数法原理制成的数字式频率测量仪器具有精度高、测量范围宽、便于实现测量过程自动化等一系列的突出特点。 1.2主要工作和方法设计一个数字频率计。要求频率测量范围为1Hz-10kHz。数字显示位数为四位静态十进制计数显示被测信号。先确定好数字频率计的组成部分，然后分部分设计，最后组成电路。 1.3本文结构本文第1部分前言主要说明频率计的用处和广泛性。第2部分简要说明了本次课程设计的要求。第3部分概要设计大致的勾画出本次设计的原理框架图和电路的工作流程图。第4部分简要说明4位二进制计数器74160的原理和搭建计数译码显示电路的原理，同时分析控制电路的功能，形成控制电路图，及搭建显示电路和控制电路的组合原理图。第5部分调试与操作说明，介绍相关的操作和输入不同频率是电路的显示情况。 2相关知识 2.1数字频率计介绍 2.1.1数字频率计概念数字频率计是一种直接用十进制数字现设被测信号频率的一种测量装置，它不仅可以测量正弦波、方波、三角波等信号的频率，而且还可以用它来测量被测信号的周期。经过改装，在电路中增加传感器，还可以做成数字脉搏计、电子称、计价器等。因此，数字频率计在测量物理量方面有广泛的应用。 2.1.2数字频率计组成数字频率计由振荡器、分频器、放大整形电路、控制电路、计数译码显示电路等部分组成。其中的控制脉冲采用时钟信号源替代，待测信号用函数信号发生器产生。数字频结构原理框图如图3.1

简易频率特性测试仪

简易频率特性测试仪（E题） 2013年全国电子设计大赛摘要：本频率特性测试仪由AD9854为DDS频率合成器，MSP430为主控制器，根据零中频正交解调原理对被测网络针对频率特性进行扫描测量，将DDS 输出的正弦信号输入被测网络，将被测网络的出口信号分别与DDS输出的两路正交信号通过模拟乘法器进行乘法混频，通过低通滤波器取得含有幅频特性与相频特性的直流分量，由高精度A/D转换器传递给MSP430主控器，由MSP430对所测数据进行分析处理，最终测得目标网络的幅频特性与相频特性，同时通过LCD绘制相应的特性曲线，从而完成对目标网络的特性测试。本系统具有低功

耗，成本低廉，控制方便，人机交互友好，工作性能稳定等特点，不失为简易频率特性测试仪的一种优越方案。关键字：DDS9854，MSP430，频率特性测试目录一、设计目标 (3) 1、基本要求： (4)

2、发挥部分： (4) 二、系统方案 (4) 方案一 (5) 方案三 (5) 方案二 (5) 三、控制方法及显示方案 (5) 四、系统总体框图 (6) 五、电路设计 (6) 1、DDS模块设计 (6) 2、DDS输出放大电路 (7) 3、RLC被测网络 (8) 4、乘法器电路 (8) 5、AD模数转换 (9) 六、软件方案 (10) 七、测试情况 (11) 1、测试仪器 (11) 2、DDS频率合成输出信号： (11) 3、RLC被测网络测试结果 (12) 4、频谱特性测试 (12) 八、总结 (12) 九、参考文献 (12) 十、附录 (13) 一、设计目标根据零中频正交解调原理，设计并制作一个双端口网络频率特性测试仪，包括幅频特性和相频特性。

测量重力加速度实验Acceleration due to gravity

Acceleration due to gravity 1. Aim: To measure ‘g’, the acceleration due to gravity using a simple pendulum. 2. Theory: A simple pendulum consists of a particle of mass m, attached to a frictionless pivot P by a cable of length L and negligible mass. When the particle is pulled away from its equilibrium position by an angle θand released, it swings back and forth as Figure 1 shows. By attaching a pen to the bottom of the swinging particle and moving a strip of paper beneath it at a steady rate, we can record the position of the particle as time passes. The graphical record reveals a pattern that is similar (but not identical) to the sinusoidal pattern for simple harmonic motion. Figure 1 A simple pendulum swinging back and forth about the pivot P. If the angle θis small, the swinging is approximately simple harmonic motion. Gravity causes the back-and-forth rotation about the axis at P. The rotation speeds up as the particle approaches the lowest point and slows down on the upward part of the swing. Eventually the angular speed is reduced to zero, and the particle swings back. If the angle of oscillation is large, the pendulum does not exhibit simple harmonic motion. The motion of a simple pendulum is nearly simple harmonic. The periodic time T is related to the length L of the pendulum and the local acceleration due to gravity g. 2 T=or 2 2 4 T L g π ?? = ? ?? If we measure the periodic time T for different lengths L, and plot T2 versus L,

重力加速度测量设计性试验

重力加速度测量（设计性实验）【实验目的】（1）推导单摆测量重力加速度的公式。（2）掌握单摆测量重力加速度实验的实验设计方法及验证方法。（3）掌握间接测量量不确定度的计算方法。（4）了解单摆测量重力加速度实验的主要误差来源。（5）估算实验仪器的选取参数并设计实验数据记录表格。【设计实验】设计性实验的设计过程主要有以下几步：（1）根据待测的物理量确定出实验方法（理论依据），推导出测量的数学公式；判定方法误差给测量结果带来的影响。（2）根据实验方法及误差设计要求，分析误差来源，确定所需要采用的测量仪器（包括量程、精度等）以及测量环境应达到的要求（如空气、电磁、振动、温度、海拔高度等）。（3）确定实验步骤、需要测量的物理量、测量的重复次数等。（4）设计实验数据表格及要计算的物理量。（5）实验验证。要用测得的实验数据，采用误差理论来验证实验结果。若不符合测量要求，则需对上述步骤中的有关参数做出适当调整并重做实验，据测得的实验数据进行实验验证，以此类推直到符合要求为止。设计实验的原则应在满足设计要求的前提下，尽可能选用简单、精度低的仪器，并能降低对测量环境的要求，尽量减少实验测量次数。【设计要求】（1）测定本地区的重力加速度，要求重力加速度的相对不确度小于0.5%，即 g 0.5u g ≤%。确定所需仪器的量程和精度，以及测量参数（摆长和摆动次数）。（2）本实验是测量重力加速度的设计性实验，但考虑到设计难度、仪器资源的限制等因素，规定其实验方法采用单摆法。（3）可用仪器有：钢卷尺（1 mm/2 m ，表示最小分度值为1 mm ，量程为2 m ，下同）、钢直尺（1 mm/1 m ）、游标卡尺（0.02 mm/20 cm ）、普通直尺（1 mm/20 cm ）、电子秒表（0.01 s ）、单摆实验仪（含摆线、摆球等）。【实验内容】（1）原理分析。写出单摆法测量公式完整的推导过程及近似要求，并画出原理图（查阅相关书籍及网站）。（2）误差分析。分析实验过程中的主要误差来源并估算。（3）不确定度的推导与计算。（4）估算实验参数（摆长和摆动次数）。（5）设计实验步骤与数据表格。（6）实验与验证。【设计提示】

数电课程设计报告-数字频率计

数电课程设计报告：频率计目录一、设计指标二、系统概述 1.设计思想 2.可行性论证 3.工作过程三、单元电路设计及分析 1.器件选择 2.设计及工作原理分析四、电路的组构及调试 1.遇到的问题 2.现象记录及原因分析 3.解决及结果 4.功能的测试方法、步骤、设备、记录的数据五、总结 1.体会 2.电路总图六、参考文献一、设计指标设计指标：要求设计一个测量TTL方波信号频率的数字系统。测试值采用4个LED七段数码管显示，并以发光二极管只是测量对象（频率）的单位：Hz、kHz。

频率的测量范围有四档量程。 1）测量结果显示四位有效数字，测量精度为万分之一。 2）频率测量范围：100.1Hz——999.9kHz，分为：第一档： 100.0Hz——999.9Hz 第二档： 1.000kHz——9.999kHz 第三档： 10.00kHz——99.99kHz 第四档： 100.0kHz——999.9kHz 3）量程切换可以采用两个按键SWB、SWA手动切换。扩展要求：一、当被测频率大于999.9kHz，超出最大值时，设置亮一个警灯，并同时发出报警声音。二、自动切换量程提示： 1.计数器计到9999时，产生溢出信号CO，启动量程加档。 2.显示不足4位有效数字时量程减档。三、各量程输出信号的频率最高位有效数字为1、2、3、4、5、6、7、8、9。二、系统概述 1.设计思想周期性信号频率可通过记录信号在1s内的周期数来确定其频率。

累计标准时间Ts中被测信号的脉冲个数Nx，被测信号频率：fx≈Nx/Ts 测量时间Ts选择：由于测量时间Ts需要根据被测信号的频率切换，所以通常对振荡时钟进行分频以获得不同的定时时间。采样定时、显示锁存、计数器清零的控制时序波形图 2.可行性论证用计数器实现记录周期数的功能；用时基信号产生计数时间作为采样时间；用四位动态扫描通过数码管显示结果；因为如果计数器直接把数据输入到数码管显示，那么数码管的数据就会不断变化，累计增加的情况，所以采用锁存器，在每个时间信号内，通过一个高电平使能有效，将计数器的数值锁存到寄存器或者锁存器；为了不要让每次锁存的数据会比上次

(完整版)重力加速度的测定实验报告

重力加速度的测定一，实验目的 1，学习秒表、米尺的正确使用 2，理解单摆法和落球法测量重力加速度的原理。 3，研究单摆振动的周期与摆长、摆角的关系。 4，学习系统误差的修正及在实验中减小不确定度的方法。二，实验器材单摆装置，停表（精度为0.01s），钢卷尺（精度为1mm），游标卡尺（精度为0.02mm) 三，实验原理单摆是由一根不能伸长的轻质细线和悬在此线下端体积很小的重球所构成。在摆长远大于球的直径，摆球质量远大于线的质量的条件下，将悬挂的小球自平衡位置拉至一边（很小距离，摆角小于5°），然后释放，摆球即在平衡位置左右作周期性的往返摆动，如图2-1所示。 f =F sinθf θ T=F cosθ F= mg L 单摆原理图

摆球所受的力f 是重力和绳子张力的合力，f 指向平衡位置。当摆角很小时（θ<5°），圆弧可近似地看成直线，f 也可近似地看作沿着这一直线。设摆长为L ，小球位移为x ，质量为m ，则 L x = θsin f=θsin F =-L x mg - =-m L g x 由f=ma ，可知a=- L g x 式中负号表示f 与位移x 方向相反。单摆在摆角很小时的运动，可近似为简谐振动，比较谐振动公式：a = m f =-ω2 x 可得ω=l g ，即02 22=+x dt x d ω，解得)cos(0?ω+=t A x ，0A 为振幅，?为初相。应有[])2cos())((cos )cos(000?πω?ω?ω++=++=+=t A T t A t A x 于是得单摆运动周期为：T =ωπ 2=2πg L 即 T 2=g 2 4πL 或 g=4π22 T L 又由于细线不是完全没有质量，他在外力作用下也不可能完成伸长，所以，单摆的重力加速度公式修正为 22 21 4T d L g +=π 四，实验步骤 1，数据采集（1）测量摆长L 用米尺测量摆球支点和摆球顶点或最低点的间距l ，用游标卡尺测量小球的直径d,则摆长 d l L 2 1+= （2）测量摆动周期用手把摆球拉至偏离平衡位置约? 5放开，让其在一个铅直面内自由摆动，当小球通过平衡位置的瞬间，开始计时，连续默数100次全振动时间为t ，再除以100，得到周期T 。（3）将所测数据列于下表中，并计算出摆长、周期及重力加速度。

自由落体重力加速度测量仪

自由落体重力加速度测量仪/重力加速度测量仪型号：HAD-LG-2 利用自由落体(条形物体)测定重力加速度,比球体测量准确.方便.配有数字毫秒计,五位半数显. 自由落体实验仪 1 自由落体重力加速度测量仪概述自由落体实验仪是基础力学教学实验的必备仪器，利用自由落体实验仪可进行定性观测和定量研究物体在自由落体状态下的运动规律。从而达到教学演示实验的目的。 HAD-LG-2型为：主体高度1.6m，铸铁腿三脚支架，底座稳固，抗震动好，利于实验室摆放操作。从教学使用出发，HAD-LG-1型为：主体高度1.2m，便携式三脚支架，底座轻巧，便于移动，利于课堂演示教学。以上两种自由落体实验仪均可与J0201-G-2型计时器， J0201-CC存贮式计时器，J0201-CHJ存贮式数字毫秒计，J0416-2型多用大屏幕数字显示测试仪配合使用，适用于中学进行物理教学的演示实验或分组实验。本仪器还可以与J02015-2型简易频闪光源和照相机同步配合使用，用频闪照像法研究自由落体运动的规律。 2 重力加速度测量仪技术性能 2.1 仪器总高： HAD-LG-1型≥1.2m ；HAD-LG-2型≥1.6m 2.2 实验有效高度： HAD-LG-1型≥1.0m ；xe77FT-LG-2型≥1.4m 2.3 电磁铁电源： DC6V 2.4 钢球直径： 18mm 2.5 g值实验相对误差：≤ 2％ 3 结构与特点 3.1 见图一。仪器由带有标尺的铝合金型材为主体，顶端装有电磁铁吸球器，中间装有两个可任意移动的光电门光电传感器，下端装有接球架网，立柱下端固定在可调节的三脚支架上。 3.2 钢球的起始位置由电磁铁的固定支架端板的下端“ ”形的下边沿作为位置指针，能方便地调节确定钢球自由下落的起始刻度基准。 3.3 立柱上端装有电磁铁吸球器，当电磁铁线圈接通直流6V电源时，电磁铁吸住钢球，切断电源时，钢球下落作自由落体运动。电磁铁的支架上还装有两个接线柱，可以与频闪光源的同步输入开关及学生实验电源直流6V相连接用于频闪照相实验用。（注:原接电缆的接线端子可卸下不用） 3.4 两个光电门由小型聚光电珠和光敏接收管组成。两个光电门可以上下任意移动，在立柱上的位置由光电门支架的凹型槽底边所对标尺的刻度决定。