(完整word)DMA测试

合集下载

(完整word版)嵌入式系统模拟试题及答案

(完整word版)嵌入式系统模拟试题及答案

学习中心/函授站_姓名学号西安电子科技大学网络与继续教育学院2014学年下学期《嵌入式系统》期末考试试题(综合大作业)考试说明:1、大作业于2014年12月25日下发,2015年1月10日交回;2、考试必须独立完成,如发现抄袭、雷同均按零分计;3、答案须手写完成,要求字迹工整、卷面干净。

一、问题简述(每小题4分,共20分)1、简述嵌入式系统的定义和组成结构。

答:嵌入式系统是以应用为中心,以计算机技术为基础,并软硬件可剪裁、功能、,可靠性、体积、重量、成本、功耗、成本、安装方式等方面符合要求的专用计算机系统。

嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、存储与I/O部分、外设与执行部分、嵌入式软件等四个部分组成.2、简单说明ARM微处理器的特点。

答:(1) 体积小、低功耗、低成本、高性能。

(2)支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好地兼容8位/16位器件。

(3)大量使用寄存器,指令执行速度更快。

(4)大多数数据操作都在寄存器中完成,通过Load/Store结构在内存和寄存器之间批量传递数据。

(5)寻址方式灵活简单,执行效率高。

(6) 指令长度固定.3、简述嵌入式系统产品的设计和开发过程。

答:①在嵌入式系统的开发过程中,一般采用的方法是首先在通用PC机上的集成开发环境中编程;②然后通过交叉编译和链接,将程序转换成目标平台(嵌入式系统)可以运行的二进制代码;③接着通过嵌入式调试系统调试正确;④最后将程序下载到目标平台上运行。

要强调,选择合适的开发工具和调试工具,对整个嵌入式系统的开发都非常重要。

4、简述嵌入式系统设计中要考虑的因素。

答:在嵌入式系统的开发过程中,要考虑到实时性、可靠性、稳定性、可维护性、可升级、可配置、易于操作、接口规范、抗干扰、物理尺寸、重量、功耗、成本、开发周期等多种因素。

5、什么是BootLoader,了解其在嵌入式系统中作用。

答:就是启动载入或引导加载又叫自举装载.由于系统加电后需要首先运行BootLoader这段程序,因此它需要放在系统加电后最先取指令的地址上。

DMA实验

DMA实验

DMA实验---MDMA部分一、实验目的1. 掌握DSP MDMA的工作原理。

2. 熟悉DMA各个寄存器的作用。

二、实验内容编写程序,使用MDMA完成数据的复制。

三、预备知识1. ADSP-BF533集成开发环境的使用,程序的编写和调试;2. DMA的工作原理;3. 中断控制器的使用;四、实验设备及工具硬件:EBF-LAB533实验平台、Blackfin仿真器、PC机。

软件:操作系统Win2000或Win XP、VisualDSP++集成开发环境。

五、实验原理1. 实验框图BF533MemoryA数据搬移MemoryB图DMA实验示意图2. DMA概述Blackfin使用直接存储器访问(DMA)进行存储器空间内部或者存储器空间与外设之间的数据传送操作。

ADSP-BF533 有多个独立的DMA 控制器,能够以最小的DSP 内核开销完成数据自动传输。

DMA 传输可以发生在ADSP- BF533 的内部存储器和任一有DMA 能力的外设之间。

此外,DMA 传输也可以在任一有DMA 能力的外设和已连接到外部存储器接口的外部设备之间完成(包括SDRAM 控制器、异步存储器控制器)。

有DMA 传输能力的外设包括SPORT、SPI 端口、UART 和PPI 端口。

每个独立的有DMA 能力的外设至少有一个专用DMA 通道。

ADSP- BF533 DMA 控制器能够支持一维(1D)或二维(2D)DMA 传输。

DMA 传输的初始化可以由寄存器或名为描述子块的参数来实现。

二维DMA支持任意的行列数量,最大可达64K 乘64K单位,支持任意数量的行列的步进,最大可达+/-32K 单位。

而且,列步进的值可以小于行步进的值,这就允许实现隔行扫描的数据流。

这个特性对于视频应用非常有用,可以在空闲时进行数据的隔行存储。

ADSP-BF533 DMA 控制器支持的典型DMA 操作包括:●单一的、传输完成时停止的线性缓冲区;●自动刷新循环缓冲区,当全部或部分缓冲区满时中断;●一维或二维DMA,使用描述子链表;●二维DMA,使用一个描述子阵列,仅指定公共页内的基DMA 地址;除专用外设的DMA 通道以外,在ADSP-BF533 的不同存储器之间有2个存储器DMA 通道。

DMA原理与测试

DMA原理与测试

DMA原理与测试DMA(Direct Memory Access)直接内存存取是一种计算机用于高速数据传输的技术。

它可以在不占用CPU时间的情况下,将数据从外设(例如硬盘、网络适配器等)直接传送到内存中,或者将数据从内存中直接传送到外设中。

在数据传输过程中,DMA控制器负责管理数据的传输,而不需要CPU进行干预,从而提高了系统的响应速度和效率。

DMA的原理可以简单地分为三个步骤:初始化、传输和中断。

首先,需要初始化DMA控制器以设置数据传输的参数以及当前数据的地址。

初始化包括设置数据传输模式、传输方向和传输的起始地址。

接下来,DMA控制器开始数据的传输。

数据传输的过程中,主机CPU不需要参与,因为DMA控制器将直接通过系统总线与内存和外设进行数据交换。

在传输过程中,DMA控制器会根据设备控制器的请求和指令,进行数据的读取和写入。

一旦数据传输完成,DMA控制器将会发出中断信号通知CPU,以便CPU可以对传输结果进行处理或进行下一步操作。

总之,DMA技术通过减少CPU的参与,提高了数据传输的速度和效率,充分发挥了系统中的硬件设备的性能。

为了验证DMA的功能和正确性,可以进行一些测试。

以下是一些常见的DMA测试:1.基本功能测试:测试DMA控制器是否能够正确地进行数据的传输和中断。

这可以通过在内存和外设之间传输一些数据,并检查传输结果和中断的触发情况来验证。

2.中断测试:测试DMA控制器在数据传输完成后是否能够正确触发中断。

可以通过设置一个固定大小的数据传输任务,并在传输完成后检查系统是否收到了正确的中断信号。

3.性能测试:测试DMA在大规模数据传输时的效率和性能。

可以通过设置大量的数据进行传输,并记录传输时间来评估DMA的吞吐量和效率。

4.冲突测试:测试DMA与其他设备之间的冲突情况。

可以通过同时进行多个数据传输任务,并观察是否会出现资源冲突或传输错误的情况。

5.数据完整性测试:测试DMA在数据传输过程中是否会发生数据丢失或损坏。

DMA实验、AD与DA实验报告

DMA实验、AD与DA实验报告

杭州电子科技大学实验报告课程名称:嵌入式系统原理课程设计姓名:应海东实验项目:DMA实验、A/D与D/A实验班级:10052313 指导教师:任彧学号:10051329 日期:2012.12.11实验目的DMA实验:了解DMA传送原理;掌握S3C2410 DMA控制器的使用;掌握DMA软件编程方法。

A/D与D/A实验:熟悉S3C2410本身自带的八路十位A/D控制器及相应寄存器;编程实现ARM 系统的A/D 与D/A功能;掌握带有A/D 的CPU 编程实现A/D 功能的主要方法;掌握D/A的实现方法,并使用IIC通信的D/A器件MAX5380。

实验环境硬件:DM2410实验板;测控与显示扩展板;PC机;J-Link V8仿真器;软件:PC机操作系统(WINDOWS XP);ARM Developer Suite v1.2;J-link ARM V4.081;实验内容(算法、程序、步骤和方法)DMA实验代码:1)头文件、函数声明及特殊功能寄存器#include <string.h>#include "def.h"#include "option.h"#include "2410addr.h"#include "2410lib.h"#include "2410slib.h"//函数声明static void __irq Dma0Done(void);static void __irq Dma1Done(void);static void __irq Dma2Done(void);static void __irq Dma3Done(void);void DMA_M2M(int ch,int srcAddr,int dstAddr,int tc,int dsz,int burst);//DMA特殊功能寄存器typedef struct tagDMA{volatile U32 DISRC; //0x0 DMA初始源寄存器volatile U32 DISRCC; //0x4 DMA初始源控制寄存器volatile U32 DIDST; //0x8 DMA初始目的寄存器volatile U32 DIDSTC; //0xc DMA初始目的控制寄存器volatile U32 DCON; //0x10 DMA控制寄存器volatile U32 DSTAT; //0x14 DMA状态寄存器volatile U32 DCSRC; //0x18 当前源寄存器volatile U32 DCDST; //0x1c 当前目的寄存器volatile U32 DMASKTRIG; //0x20 DMA掩码触发寄存器}DMA;static volatile int dmaDone;2)DMA内存拷贝函数void DMA_M2M(int ch,int srcAddr,int dstAddr,int tc,int dsz,int burst) {int i,time;volatile U32 memSum0=0,memSum1=0;DMA *pDMA;int length;length = tc*(burst ? 4:1)*((dsz==0)+(dsz==1)*2+(dsz==2)*4);Uart_Printf("[DMA%d MEM2MEM Test]\n",ch);switch(ch){case 0:pISR_DMA0 = (int)Dma0Done;rINTMSK &= ~(BIT_DMA0);pDMA = (void *)0x4b000000; //通道0地址break;case 1:pISR_DMA1 = (int)Dma1Done;rINTMSK &= ~(BIT_DMA1);pDMA = (void *)0x4b000040; //通道1地址break;case 2:pISR_DMA2 = (int)Dma2Done;rINTMSK &= ~(BIT_DMA2);pDMA = (void *)0x4b000080; //通道2地址break;case 3:pISR_DMA3 = (int)Dma3Done;rINTMSK &= ~(BIT_DMA3);pDMA = (void *)0x4b0000c0; //通道3地址break;}Uart_Printf("DMA%d %8xh->%8xh,size=%xh(tc=%xh),dsz=%d,burst=%d\n",ch, srcAddr,dstAddr,length,tc,dsz,burst);Uart_Printf("Initialize the src.\n");for(i=srcAddr; i<(srcAddr+length); i+=4){*((U32 *)i) = i^0x55aa5aa5;memSum0 += i^0x55aa5aa5;}Uart_Printf("DMA%d start\n",ch);dmaDone=0;pDMA->DISRC = srcAddr;pDMA->DISRCC = (0<<1)|(0<<0); // inc,AHBpDMA->DIDST = dstAddr;pDMA->DIDSTC = (0<<1)|(0<<0); // inc,AHBpDMA->DCON = tc|(1<<31)|(1<<30)|(1<<29)|(burst<<28)|(1<<27)|\ (0<<23)|(1<<22)|(dsz<<20)|(tc);//HS,AHB,TC interrupt,whole, SW request mode,relaod off pDMA->DMASKTRIG = (1<<1)|1; //DMA on, SW_TRIGTimer_Start(3);//128us resolutionwhile(dmaDone==0);time = Timer_Stop();Uart_Printf("DMA transfer done.time=%f, %fMB/S\n",(float)time/ONESEC3,length/((float)time/ONESEC3)/1000000.);rINTMSK = BIT_ALLMSK;for(i=dstAddr; i<dstAddr+length; i+=4){memSum1 += *((U32 *)i)=i^0x55aa5aa5;}Uart_Printf("memSum0=%x,memSum1=%x\n",memSum0,memSum1);if(memSum0==memSum1)Uart_Printf("DMA test result--------------------------------------O.K.\n");elseUart_Printf("DMA test result--------------------------------------ERROR!!!\n");}A/D与D/A实验代码:#include <string.h>#include "2410addr.h"#include "2410lib.h"#include "adc.h"#include "def.h"#define REQCNT 100 //May 08, 2002 SOP#define ADC_FREQ 2500000//#define ADC_FREQ 1250000//#define LOOP 1#define LOOP 10000void __irq DMA0_Done(void); //Declare Prototype functionvoid Test_Adc(void);int ReadAdc(int ch);void Test_DMA_Adc(void);int ReadAdc(int ch); //Return type is int, Declare Prototype functionvolatile U32 preScaler;//==========================//名称:Test_Adc()//功能:获得A/D输入得电压值//返回值:void//参数: void//=========================void Test_Adc(void){float a0=0,a1=0,a2=0,a3=0,a4=0,a5=0,a6=0,a7=0; //变量初始化Uart_Printf("[ ADC_IN Test ]\n");Uart_Printf("PRESS ANY KEY TO STOP.\n");preScaler = ADC_FREQ;//Uart_Printf("ADC conv. freq. = %dHz\n",preScaler);preScaler = PCLK/ADC_FREQ -1; //PCLK:50.7MHz//ADC变化时间 5CYCLES*(1/(ADC Freq.)), ADC Freq. = PCLK/(ADCPSR+1) Uart_Printf("PCLK/ADC_FREQ - 1 = %d\n",preScaler);while(!Uart_GetKey()){//获得各路输入的值,调用ReadAdc()函数a0=(float)ReadAdc(0)/1024*3.3*1000;//单位为mVa1=(float)ReadAdc(1)/1024*3.3*1000;a2=(float)ReadAdc(2)/1024*3.3*1000;a3=(float)ReadAdc(3)/1024*3.3*1000;a4=(float)ReadAdc(4)/1024*3.3*1000;a5=(float)ReadAdc(5)/1024*3.3*1000;a6=(float)ReadAdc(6)/1024*3.3*1000;a7=(float)ReadAdc(7)/1024*3.3*1000;Uart_Printf("AIN0:%d AIN1:%d AIN2:%d AIN3:%d AIN4:%d AIN5:%d AIN6:%d AIN7:%d\n", (int)a0,(int)a1,(int)a2,(int)a3,(int)a4,(int)a5,(int)a6,(int)a7);Delay(100);}rADCCON=(0<<14)|(19<<6)|(7<<3)|(1<<2); //进入待机模式节约能量消耗Uart_Printf("TEST FINISHED.\n");}//=======================//名称:ReadAdc()//功能:读取各路A/D得数值//返回值:rADCDAT0//参数: ch//=========================int ReadAdc(int ch){int i;static int prevCh=-1;rADCCON = (1<<14)|(preScaler<<6)|(ch<<3); //设置采样通道 if(prevCh!=ch){rADCCON = (1<<14)|(preScaler<<6)|(ch<<3); //设置采样通道for(i=0;i<LOOP;i++); //延迟时间以等待下一次采样prevCh=ch;}rADCCON|=0x1; //ADC开始采样while(rADCCON & 0x1); //check if Enable_start is low while(!(rADCCON & 0x8000)); //检测是否完成检测return ( (int)rADCDAT0 & 0x3ff );//返回采到的值}实验二:/******************************************函数名称:Da_Test函数功能:驱动DA芯片返回值:void参数: void*****************************************/void Da_Test (void){unsigned int i,save_E,save_PE;static U8 data[3];int ReadAdc(int ch);float a0=0;Uart_Printf("[ D/A TEST. ]\n");Uart_Printf("PRESS ANY KEY TO STOP.\n");//保护现场save_E = rGPECON;save_PE = rGPEUP;rGPEUP |= 0xc000;rGPECON |= 0xa0000000;rGPECON&= 0xafffffff;rIICCON = (1<<7) | (1<<6) | (1<<5) | (0xf);rIICADD = 0x10;rIICSTAT = 0x10;preScaler = PCLK/ADC_FREQ -1;//读出DA输出的值while(!Uart_GetKey()){for(i=1;i<=255;i++){Da_Out(i);//DA输出电压,1-255对应1-2V//读出DA输出的值a0=(float)ReadAdc(0)/1024*3.3*1000;//单位为mVUart_Printf("AIN0:%d mV \n",a0);}}Uart_Printf("TEST FINISHED.");}结论当程序运行正常时,在PC机上串口DNW上会显示一连串信息。

DMA实验

DMA实验
jx44b0实验系统教案dma实验dma实验dma实验dma实验jx44b0实验系统教案武汉创维特信息技术有限公司2015131提纲113322实验目的实验内容预备知识24455基础知识实验设备66实验过程77实验报告要求一实验目的实验目的?了解dma传送原理?掌握s3c44b0dma控制器的使用?掌握dma软件编程方法3二实验内容实验内容?编写单字节方式双字节方式和四字节方式常规内存拷贝及时间检测程序?编写dma方式内存拷贝及时间检测程序4?比较dma方式内存拷贝及常规内存拷贝的效率三预备知识预备知识?了解adt集成开发环境的基本功能?了解dma的原理以及处理步骤5四实验设备实验设备?jx44b0教学实验箱?adt1000仿真器和adtide集成开发环境?串口连接线6五基础知识直接数据存储dma?dma方式?当高速外设要与系统内存或者要在系统内存的不同区域之间进行大量数据的快速传送时查询方式和中断方式可能不能满足要求7?直接存储器存取dma就是为解决这个问题提出的?采用dma方式在一定时间段内由dma控制器取代cpu获得总线控制权来实现内存与外设或者内存的不同区域之间大量数据的快速传送五基础知识典型的dma控制器以下简称dmac的工作电路8五基础知识dma数据传送的工作过程?1dmac发出dma传送请求?2dmac通过连接到cpu的hold信号向cpu提出dma请求?3cpu在完成当前总线操作后会立即对dma请求做出响应9cpu的响应包括两个方面
启动DMA传输并开始计时
rZDCON0=0x1; Timer_Start(3);
23
五 基础知识
DMA的内存拷贝操作
等待传输完成,传输完成标记将在DMA中断服务程序中置位
while(zdma0Done==0);
返回当前定时计数器中的值

dma实验报告

dma实验报告

dma实验报告实验名称:DMA性能测试实验目的:1. 通过DMA性能测试,了解DMA主要性能指标的测试方法与评估标准。

2. 分析DMA主要性能指标的测试结果,优化DMA性能。

实验器材:1. PC机2. PCI-E x1拓展卡:使用基于PLX技术的高速总线接口,支持PCI Express 2.0标准,传输速率可达5Gbps。

3. DMA控制器卡:采用FPGA架构,支持高速DMA传输和中断服务。

实验步骤:1. 驱动安装:安装PCI-E x1拓展卡驱动和DMA控制器卡驱动。

2. DMA性能测试:采用自主开发的测试程序,对DMA主要性能指标进行测试。

a. 带宽测试:生成大量的数据块,使用DMA进行快速传输。

通过计算DMA传输速率,评估DMA的带宽性能。

b. 延迟测试:建立DMA中断服务程序,通过使用高精度计时器,测量DMA传输的延迟时间。

通过计算DMA延迟时间,评估DMA的实时性能。

c. 并发测试:设置多个DMA通道,建立多个DMA传输任务,同时执行多个DMA传输操作。

通过测量每个DMA通道的吞吐量,评估DMA的并发性能。

3. 分析DMA性能结果:根据测试结果,分析DMA性能瓶颈,并进行性能优化。

实验结果:1. DMA带宽测试结果:DMA带宽可达3Gbps。

2. DMA延迟测试结果:DMA传输延迟时间小于10us。

3. DMA并发测试结果:同时执行20个DMA通道,吞吐量可达60Gbps。

实验结论:通过DMA性能测试,我们了解了DMA主要性能指标的测试方法与评估标准,得出DMA带宽可达3Gbps,传输延迟时间小于10us,同时执行20个DMA通道的吞吐量可达60Gbps的结论。

在对测试结果进行分析后,我们对DMA进行了性能优化,进一步提升了DMA的性能。

参考文献:[1] 高速总线接口PLX技术资料手册。

[2] FPGA原理与编程实验教程。

DMA原理与测试

DMA原理与测试

DMA原理与测试DMA(Direct Memory Access)直接内存访问是计算机系统中一种用于数据传输的技术,它可以通过绕过中央处理器(CPU)来实现高速数据传输。

DMA原理是通过一个特殊的硬件控制器来控制数据的传输,而无需CPU的直接参与。

在计算机系统中,数据传输通常需要CPU的介入,即通过CPU的寄存器和内存来进行数据的读写。

这意味着CPU需要在数据传输过程中不断地进行读写操作,从而占用了CPU的时间和资源。

而DMA技术则通过将数据传输的任务交给一个专门的硬件控制器来完成,从而减轻了CPU的负担。

DMA技术可以实现高速数据传输的原理主要包括以下几个步骤:1.初始化:首先,由CPU向DMA控制器发送启动传输的命令,并同时将要传输的数据的起始地址、目的地址和传输长度等信息写入DMA控制器的寄存器中。

2.申请总线控制权:DMA控制器需要通过总线控制权来与内存进行数据传输,因此需要向CPU发送请求总线控制权的信号。

CPU收到请求后会立即释放总线控制权,使DMA控制器可以开始传输。

3.数据传输:DMA控制器开始传输数据。

它通过总线直接与内存进行读写操作,与内存进行交互,并将数据从源地址传输到目的地址。

4.中断通知:当数据传输完成后,DMA控制器会向CPU发送中断信号,以通知CPU数据传输已完成。

通过DMA技术进行数据传输具有以下几个优点:1.提高数据传输速度:DMA技术可以直接在内存和外设之间进行数据传输,无需CPU的参与,从而大大提高了数据传输的速度。

与通过CPU进行数据传输相比,DMA技术的数据传输速度更高效。

2.减轻CPU负担:使用DMA技术进行数据传输可以减轻CPU的负担,使CPU可以更多地用于处理其他任务。

这对于需要大量数据传输的任务而言,对于系统的整体性能至关重要。

3.合理利用系统资源:DMA技术可以高效地利用CPU、内存和外设等系统资源,提高系统的整体性能和效率。

针对DMA技术,可以进行一些测试以验证其性能和功能。

(完整word版)接口习题

(完整word版)接口习题

习题一1.什么是接口?2.为什么要在CPU与外设之间设置接口?3.微型计算机的接口一般应具备哪些功能?4.接口技术在微机应用中起什么作用?5.接口电路的硬件一般由哪几部分组成?6.接口电路的软件控制程序一般包含哪几部分?7.接口电路的结构有哪几种形式?8.CPU与接口之间有哪几种传输数据的方式?它们各应用在什么场合?9.分析与设计接口电路的基本方法是什么?10.外围接口芯片在微机接口技术中的作用如何?你所知道的外围接口芯片有哪些?11.你认为学习接口技术的难点在那几个方面?应如何对付?习题二1.什么是端口?2.I/O端口的编址方式有几种?各有何特点?3.设计I/O设备接口卡时,为防止地址冲突,选用I/O端口地址的原则是什么?4.I/O端口地址译码电路在接口电路中的作用是什么?5.在I/O端口地址译码电路中常常设置AEN=0,这有何意义?6.若要求I/O端口读/写地址为374H,则在图2。

1(b)中的输入地址线要作哪些改动?7.图2.2是PC机系统板的I/O端口地址译码器电路,它有何特点?试根据图中地址线的分配,写出DMAC、INTR、T/C以及PPI的地址范围?8.在图2。

4译码电路中,若要改变I/O端口地址,使其地址范围为300H~307H则开关S1~S9应如何设置?9.GAL器件有哪些特点?采用GAL器件进行I/O地址译码有何优点?10. 采用GAL 器件设计开发一个地址译码电路的步骤和方法如何?11. 通常所说的I/O 操作是指CPU 直接对I/O 设备进行操作,这话对吗?12. 在独立编址方式下,CPU 采用什么指令来访问端口?13. 在I/O 指令中端口地址的宽度及寻址方式有哪两种?14. CPU 从端口读书据或向端口写数据是否涉及到一定要与存储器打交道?15. I/O 端口地址译码电路一般有哪几种结构形式?16. I/O 地址线用作端口寻址时,高位地址线和低位地址线各作何用途?如何决定低位地址线的根数? 17. 可选式I/O 端口地址译码电路一般由哪几部分组成?18. 采用GAL 器件设计地址译码电路时,其核心是编写GAL 器件输入源文件(即GAL 设计说明书).现利用GAL16V8设计一个扩展系统得地址译码电路,要求该系统的I/O 端口地址范围分别为300H~31FH 和340H~35FH ;存储器地址范围为D0000H ~EFFFFH 。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

DMA 测量高聚物性能原理及应用何丽云研一4班 12082100179一、实验目的1.了解DMA的测量原理及仪器结构2.了解影响DMA实验结果的因素,正确选择实验条件3.掌握DMA试样制备方法及测量步骤4.掌握DMA在聚合物分析中的应用二、实验原理在外力作用下,对样品的应变和应力关系随温度等条件的变化进行分析,即为动态力学分析。

动态力学分析能得到聚合物的动态模量( E′)、损耗模量(E″)和力学损耗(tanδ)。

这些物理量是决定聚合物使用特性的重要参数。

同时,动态力学分析对聚合物分子运动状态的反应也十分灵敏,考察模量和力学损耗随温度、频率以及其他条件的变化的特性可得到聚合物结构和性能的许多信息,如阻尼特性、相结构及相转变、分子松弛过程、聚合反应动力学等.高聚物是黏弹性材料之一,具有黏性和弹性固体的特性.它一方面像弹性材料具有贮存械能的特性,这种特性不消耗能量;另一方面,它又具有像非流体静应力状态下的黏液,会损耗能量而不能贮存能量。

当高分子材料形变时,一部分能量变成位能,一部分能量变成热而损耗。

能量的损耗可由力学阻尼或内摩擦生成的热得到证明。

材料的内耗是很重要的,它不仅是性能的标志,而且也是确定它在工业上的应用和使用环境的条件。

如果一个外应力作用于一个弹性体,产生的应变正比于应力,根据虎克定律,比例常数就是该固体的弹性模量。

形变时产生的能量由物体贮存起来,除去外力物体恢复原状,贮存的能量又释放出来.如果所用应力是一个周期性变化的力,产生的应变与应力同位相,过程也没有能量损耗.假如外应力作用于完全黏性的液体,液体产生永久形变,在这个过程中消耗的能量正比于液体的黏度,应变落后于应力900,所示.聚合物对外力的响应是弹性和黏性两者兼有,这种黏弹性是由于外应力与分子链间相互作用,而分子链又倾向于排列成最低能量的构象.在周期性应力作用的情况下,这些分子重排跟不上应力变化,造成了应变落后于应力,而且使一部分能量损耗。

正弦应变落后一个相位角。

应力和应变可以用复数形式表示如下。

σ*=σ0exp(iωt)γ*=γ0 exp[i (ωt-δ) ]式中,σ0和γ0为应力和应变的振幅;ω是角频率;i是虚数。

用复数应力σ*除以复数形变γ*,便得到材料的复数模量。

模量可能是拉伸模量和切变模量等,这取决于所用力的性质。

为了方便起见,将复数模量分为两部分,一部分与应力同位相,另一部分与应力差一个900的相位角,所示。

对于复数切变模量E*=E′+iE″ (2-60)式中E′=∣E*∣cosδE″=∣E*∣sinδ显然,与应力同位相的切变模量给出样品在最大形变时弹性贮存模量,而有相位差的切变模量代表在形变过程中消耗的能量。

在一个完整周期应力作用内,所消耗的能量△W与所贮存能量W 之比,即为黏弹性物体的特征量,叫做内耗。

它与复数模量的直接关系为=2π =2πtanδ (2-61)这里tanδ称为损耗角正切。

聚合物的转变和松弛与分子运动有关。

由于聚合物分子是一个长链的分子,它的运动有很多形式,包括侧基的转动和振动、短链段的运动、长链段的运动以及整条分子链的位移各种形式的运动都是在热能量激发下发生的。

它既受大分子内链段(原子团)之间的内聚力的牵制,又受分子链间的内聚力的牵制。

这些内聚力都限制聚合物的最低能位置。

分子实际上不发生运动,然而随温度升高,不同结构单元开始热振动,并不断外加振动的动能接近或超过结构单元内旋转位垒的热能值时,该结构单元就发生运动,如移动等,大分子链的各种形式的运动都有各自特定的频率.这种特定的频率是由温度运动的结构单元的惯量矩所决定的。

而各种形式的分子运动的开始发生便引起聚合物物理性质发生变化而导致转变或松弛,体现在动态力学曲线上的就是聚合物的多重转变。

线形无定形高聚物中,按温度从低到高的顺序排列,有5种可能经常出现的转变。

δ转变侧基绕着与大分子链垂直的轴运动。

γ转变主链上2~4个碳原子的短链运动——沙兹基(Schatzki)曲轴效应β转变主链旁较大侧基的内旋转运动或主链上杂原子的运动。

α转变由50~100个主链碳原子的长链段的运动。

TⅡ转变液—液转变,是高分子量的聚合物从一种液态转变为另一种液态,两种液态都是高分子整链运动。

在半结晶高聚物中,除了上述5种转变外,还有一些与结晶有关的转变,主要有以下转变。

Tm转变:结晶熔融(一级相变)。

Tcc转变:晶型转变(一级相变),是一种晶型转变为另一种晶型。

Tac转变:结晶预溶。

通常使用动态力学仪器来测量材料形变对振动力的响应、动态模量和力学损耗。

其基本原理是对材料施加周期性的力并测定其对力的各种响应,如形变、振幅、谐振波、波的传播速度、滞后角等,从而计算出动态模量、损耗模量、阻尼或内耗等参数,分析这些参数变化与材料的结构(物理的和化学的)的关系。

动态模量E′、损耗模量E″、力学损耗tanδ=E″/ E′是动态力学分析中最基本的参数。

三、实验设备和材料(1)仪器DMA 采用非接触式线性驱动马达代替传统的步进马达直接对样品施加应力,以空气轴承取代传统的机械轴承以减少轴承在运行过程中的摩擦力,并通过光学读数器来控制轴承位移,精确度达;配置多种先进夹具(如三点弯曲、单悬臂、双悬臂、夹心剪切、压缩、拉伸等夹具),可进行多样的操作模式,如共振、应力松弛、蠕变、固定频率温度扫描,温度范围为广、同时多个频率对温度扫描、自动张量补偿功能、TMA等,通过随机专业软件的分析可获得高解析度的聚合物动态力学性能方面的数据。

(测量精度:负荷0.0001N,形变1nm,Tanδ0.0001,模量1%)。

(2)试样有两个试样四、实验步骤(1)仪器校正(包括电子校正、力学校正、动态校正和位标校正,通常只作位标校正)将夹具(包括运动部分和固定部分)全部卸下,关上炉体,进行位标校正(position calibration),校正完成后炉体会自动打开。

(2)夹具的安装、校正(夹具质量校正、柔量校正),按软件菜单提示进行。

(3)样品的安装1)放松两个固定钳的中央锁螺,按“FLOAT”键让夹具运动部分自由.2)用扳手起可动钳,将试样插入跨在固定钳上,并调正;上紧固定部位和运动部位的中央锁螺的螺丝钉。

3)按“LOCK”键以固定样品的位置。

4)取出标准附件木盒内的扭力扳手,装上六角头,垂直插进中央锁螺的凹口内,以顺时针用力锁紧。

对热塑性材料建议扭力值0。

6~0。

9N.m。

(4)实验程序1)打开主机“POWER'’键,打开主机“HEATER”键.2)打开GCA的电源(如果实验温度低于室温的话),通过自检,“Ready”灯亮.3)打开控制电脑,载进“Thermal Solution”,取得与DMA Q800的连线.4)指定测试模式(DMA、TMA等5项中1项)和夹具。

5)打开DMA控制软件的“即时讯号”(real time signal)视窗,确认最下面的。

“Frame T emperature”与“Air Pressure"都已“OK”,若有接GCA则需显示“GCA Liquid Level:XX%f ull".6)按"Furnace"键打开炉体,检视是否需安装或换装夹具.若是,请依标准程序完成夹具的安装。

若有新换夹具。

则重新设定夹具的种类,并逐项完成夹具校正(MASS/ZERO/COMPLIANCE).若沿用原有夹具,按“FLOAT”键,依要领检视驱动轴漂动状况,以确定处于正常。

7)正确的安装好样品试样,确定位置正中没有歪斜。

对于会有污染、流动、反应、黏结等顾忌的样品,需事先做好防护措施。

有些样可能需要一些辅助工具,才能有效地安装在夹具上. 8)编辑测试方法,并存档。

9)编辑频率表(多频扫描时)或振幅表(多变形量扫描时),并存档。

10)打开“Experimental Parameters"视窗,输入样品名称、试样尺寸、操作者姓名及一些必要的注解。

指定空气轴承的气体源及存档的路径与文件名,然后载入实验方法与频率表或振幅表.11)打开“Instrument Parameters”视窗,逐项设定好各个参数.如数据取点间距、振幅、静荷力、Auto-strain、起始位移归零设定等。

12)按下主机面板上面的“MEASURE”键,打开即时讯号视窗,观察各项讯号的变化是否够稳定(特别是振幅),必要时调整仪器参数的设定值(如静荷力与Auto-Strain),以使其达到稳定。

13)确定好开始(Pre—view)后便可以按“Furnace"键关闭炉体,再按“START”键,开始正式进行实验。

14)只要在连线(ON-LINE)状态下,DMA Q800所产生的数据会自动的、一次次的转存到电脑的硬盘中,实验结束后,完整的档案便存到硬盘罩.15)假定不中途主动停止实验.刚会依据原先载入的实验方法完成整个实验,假如觉得实验不需要再进行的话.可以按“STOP"键停止(数据有存档)或按“SCROL-STOP"或“REJECT”键停止(数据不存档).16)实验结束后,炉体与夹具会依据设定之“END Conditions”回复其状态,若有设定“GCA AUTO Fill”,则之后会继续进行液氮自动充填作业.17)将试样取出,若有污染则需予以清除。

18)关机.步骤如下。

按“STOP”键,以便贮存Position校正值.等待5s后,使驱动轴真正停止。

关掉”HEATER"键。

关掉“POWER"键,此时自然与电脑离线。

关掉其他周边设备,如ACA、GCA、Compressor等。

进行排水(Compressor气压桶、空气滤清调压器、GCA)。

五、实验结果样品一实验所得图谱如下:图1 高聚物玻璃化温度图2 DMA 时间扫描曲线结果分析: Tg是度量高分子材料链段运动的特征温度, 在 Tg以下,高分子材料处于玻璃态, Tg 是非晶态塑料的使用上限,是橡胶的使用温度下限, 测定 Tg 无论对非晶塑料和橡胶都具有重要的意义.用 DMA法就能反映出比较明显的 Tg。

由于玻璃化转变的松弛特性, Tg强烈地依赖于测试作用力的频率和升温速率。

在 DMA 曲线中,有三种定义 Tg 的方法:第一种是以E'曲线上E'下降的转折点对应的温度为 Tg; 第二种是以E"的峰值所对应的温度为 Tg;第三种是以tanδ的峰值对应的温度为 Tg.由图1得:E'曲线上玻璃化温度Tg1=—31。

29℃,tan δ的峰值对应的温度为 Tg2=—10。

40℃阻尼峰在—30-50℃范围内.此物质的玻璃化温度较低,可以初步判断物质为某种橡胶。

DMA 时间扫描曲线时间扫描模式是在恒温恒频率下测定材料的动力学性能随时间的变化,以研究材料动力学性能的时间依赖性。

相关文档
最新文档