多计时器

2024-08-09

多计时器（精选11篇）

多计时器篇1

1 引言

在开发基于Windows系统环境下的应用程序时,经常用到定时器事件,一些对时间精度要求比较高的程序中,定时的精确性是很重要的,而此时Windows提供的几种常用定时器就很难满足控制软件的要求。微软公司在Windows中提供了一类更精确的底层API支持的高精度定时器。目前虽然介绍此类定时器的文献很多,但都没有提及在具体工程中如何选择与应用。

本文以重庆市“朝天扬帆”大型音乐灯光表演工程控制软件的开发为背景,详细介绍了基于多线程技术和高精度定时器在此工程中的应用,并以测试结果验证了该方法完全可以满足控制软件的实时性要求。

2 应用背景

环境艺术照明作为夜景照明的主体,以其艺术性、装饰性以及文化内涵备受瞩目,环境照明在美化城市,创造优美环境,方便社区生活等方面发挥着其独特而重要的作用。将舞台灯光技术运用到户外音乐灯光表演中将会使环境艺术照明更加生动,富有表现力[1]。灯光随着音乐的旋律开始有节奏性的变化,并且灯的色彩也在变化,以表现音乐的主题。这就要求灯光的色彩、动作变化严格跟随音乐的节奏。相应的控制软件必须满足实时性的要求。

在软件开发中,为了保证灯具动作与音乐节奏的同步,即DMX512数据输出的实时性,借鉴了Windows下常用的几种精确定时器的方法后,采用了一种基于多线程技术的高精度定时器来实现控制要求。

3 高精度定时器的实现

在VB.NET中最常用的是Timer控件,它的设置和使用都非常方便,理论上它的记时精度可以达到1ms(毫秒)。但是众所周知的,实际上Timer在记时间隔小于50ms之下精度是十分差的。它只适用于对于精度要求不太高的场合。

3.1 高性能频率定时器

利用这种方法要使用两个API函数Query Performance Frequency和Query Perfo_rmance Counter。Query Performance Frequency函数获得高性能频率定时器的震荡频率,该函数的定义如下:

函数中的数据结构L A R G E_I N T E G E R定义如下:

调用该函数后,函数会将系统频率定时器的震荡频率保存到lp Performance Count中,其中低位保存到lowpart中,高位保存到highpart中。

Query Performance Counter函数获得系统频率定时器的震荡次数,函数的定义如下

获得定时器震荡次数保存lp Performance Co_unt中。

显然,如果首先获得利用Query Perfor_mance Frequency函数获得频率定时器的震荡频率,然后在执行某个程序段之前调用Q u e r y P e r f o r m a n c e C o u n t e r函数获得频率定时器的震荡次数,在程序段结束再调用Query Performance Counter函数获得频率定时器的震荡次数,将两次获得的震荡次数相减后再除以震荡频率就获得了两次间隔之间的时间(以秒为单位)。如果在程序中建立一个循环,在循环中不停的调用Query_Performance Counter获得频率定时器的震次数并同先前的频率定时器的震荡次数相减,将结果除以频率定时器的震荡频率,如果达到一定的时间就执行某个任务,这样就实现了一个比较精确的定时器的功能。

3.2 多媒体定时器函数

实现多媒体定时器首先要定义time Set Event函数,该函数的定义如下:

函数定义中参数u Delay定义延迟时间,以毫秒为单位,该参数相当于Timer控件的Interval属性。参数u Resolution定义记时精度,如果要求尽可能高的精度,要将该参数设置为0;参数l p F u n c t i o n定义了time Set E_vent函数的回调函数的地址。参数dw User定义用户自定义的回调值,该值将传递给回调函数。参数u Flags定义定时类型,如果定义为Time_One Shot,则只会在当达到u Delay定义的时间后调用回调函数一次,如果定义为TIME_PERIODIC,则在每次达到定时时间后调用回调函数[2]。

如果函数调用成功,在系统中建立了一个多媒体定时器对象,每当经过一个u Delay时间后lp Function指定的函数都会被调用。同时函数返回一个对象标识,如果不再需要定时器则必须要使用time Kill Event函数删除定时器对象。

3.3 定时器的选取

由于Windows是一个多任务的操作系统,因此基于API调用的定时器的精度都会受到其它很多因素的干扰[3]。在“朝天扬帆”音乐灯光软件中,分别使用了这两种定时方式执行同样的任务即查询数据库,输出D M X 5 1 2数据等。

经验证两者在10s内的定时效果差异很大,实验数据表格如下:

由于多媒体定时器可靠的精度是以对CPU时间和系统资源的大量占用消耗为代价的,而且DMX512数据由USB接口输出也占用了系统资源,这样就严重影响了多媒体定时器的定时效果。由表1可以看出这种影响。而高性能频率定时器理论定时误差不超过1μs,精度也只与CPU等机器配置有关。所以,软件设计中利用高性能频率定时器比较合适。

图1为利用高性能频率定时器实现D M X 5 1 2数据周期性输出的流程图。在此过程中,需要注意的是:定时执行体的执行时间必须小于定时周期时间。

4 多线程的实现

灯具动作指令D M X 5 1 2数据在由U S B接口输出到外部硬件设备─Usb To Dmx512时耗时较多,经测设达到44ms。这样整个定时器内部的任务执行时间大于了定时器所设定时间,从而造成延时使表演灯具动作越来越缓慢,达不到理想效果。故此考虑另外开辟一个线程专用于D M X 5 1 2数据输出。

4.1 多线程原理及其意义

多任务指的是系统可以同时运行多个进程,每个进程又可以同时执行多个线程。进程中的线程共享进程的虚拟地址空间,可以访问进程的资源,处于并行执行状态,这就是多线程的基本概念[4]。一个采用了多线程技术的应用程序可以更好地利用系统资源。其主要优势在于充分利用了C P U的空闲时间片,可以用尽可能少的时间来对用户的要求做出响应,使得进程的整体运行效率得到较大提高,同时增强了应用程序的灵活性。更为重要的是,由于同一进程的所有线程是共享同一内存,所以不需要特殊的数据传送机制,不需要建立共享存储区或共享文件,从而使得不同任务之间的协调操作与运行、数据的交互、资源的分配等问题更加易于解决。

4.2 Visual Basic.NET对多线程的支持

由于Visual Basic.NET是基于.NET框架的,而.NET框架的重要组成部分CLR(Common Language Runtime,通用语言运行时间)内置支持多线程应用,可以通过系统的System.Threading类直接建立多线程应用程序。任何.NET框架结构下的语言,包括Visual Basic.NET在编写多线程应用程序的时候,都可以利用系统类所提供的对象和方法,而不再需要使用Win32API,因此可以大大减轻开发的困难和错误所发生的几率。

Visual Basic.NET还支持线程池功能,使用该功能可以自动实现线程之间的轮询和状态转换,同时还可以优化计算机的访问性能。使用线程池,可以使用要运行的过程的委托来调Thread Pool Queue User Work Ite方法,Visual Basic.NET将创建线程并运行该过程。默认情况下,每个系统处理器上最多可以运行25个线程池线程,超过该限制的其它线程会被排队,直至其它线程运行结束后它们才能开始运行。

用来创建和维护线程的基类是System.Threading.Thead类。它能够创建并控制线程,设置其优先级并获取其状态。它拥有Start,Stop,Resume,Abort,Suspend和Join(wait for)等方法操纵线程,还可以通过如Sleep,Is Alive,Is Background,Priority,Apartment State和Thread State等方法查询和设置线程状态[5]。最直接的创建线程的方法是创建一个新的线程类实例,并使用Addressof语句为要运行的线程传递任务。

(1)创建线程D i m T h r e a d 1=N e w S y s t e m.Threading.Thread(Address Of过程名)。可以把一个过程定义成一个新线程以便和其他线程并发执行。

(2)挂起进程Thread1.suspend()可以使该线程停止工作,直到再次恢复它为止。

(3)恢复线程Thread1.resume()该线程再次启动,继续工作。

(4)停止线程Thread1.abort()该线程停止工作,并被释放,不能再被恢复。

(5)使线程休眠Thread1.sleep(整数值)可以使线程休眠,单位为ms(1/1000s)

4.3 多线程软件实现

采用多线程技术实现D M X 5 1 2数据在由U S B接口输出到外部硬件设备的代码如下:

采用多线程技术后,频率定时器的时延消除,灯具的表演动作和音乐的节奏完全匹配。

5 结束语

基于高精度定时器和多线程技术的音乐灯光控制系统目前已经在多个音乐灯光工程中得到应用,能够完全满足音乐与灯光动作的同步要求,从而验证了Windows中各种定时器都有其优越性,具体应用时应根据需要合理选择;另外对于大部分时间被阻塞的程序段,采用多线程技术是实现需要并发执行的应用程序的较好选择。

摘要：本文具体阐述了基于Windows的几种定时器特点以及Windows的多任务多线程技术,并以重庆市“朝天扬帆”大型音乐灯光表演控制系统为应用背景,介绍了一种在VB.NET开发环境中利用多线程技术和高精度定时器解决音乐灯光表演控制中的音乐节奏与电脑灯具的同步问题的方法,即实现了控制系统要求的实时性。

关键词：高精度定时器,多线程,声光表演,实时控制.

参考文献

[1]王苡竹,马礼民,万冬华.舞台灯光控制技术发展简史[J].演艺设备与科技,2005,(12):53-56

[2]冀荣华,祁力钧,傅泽田.基于Visual C++的精确定时技术与应用[J].农机化研究,2007,5:191-193

[3]郭占社,孟永钢,苏才钧,吴昊.基于Windows的精确定时技术及其在工程中的应用[J].哈尔滨工业大学学报,2005,12(37):1717-1720

[4]李崴.VisualBasic.NET编程宝典[M].北京:电子工业出版社,2005

[5]田秀华,李国金,蒋玲.多线程在VB.NET下的实现[J].辽宁工程技术大学学报,2004,6(24):175-177

多计时器篇2

我有一个心爱的.计时器，它是前几个星期，爸爸出差时在飞机场领到的，它自然就被我给没收了，

我心爱的计时器

。我非常喜欢它。

这个计时器很特别，它不像其他钟表，没有表盘，直接看上面，只能看到一束红光。必须要把它对着墙，才可以知道它的功能，

作文

晚上，我喜欢把灯关了，把它发出的光投射到白墙，这样就可以清晰地看到时间和日期。虽然没有看说明书，我却发现了爸爸不知道的用法，可以利用它来做计时。

计时器发展史篇3

1.首届现代奥运会于1896年在希腊雅典举行，当时出现了确定选手时间的计时表——浪琴手动计时怀表，当时的精确度只有1／5秒。

2.在20世纪20年代举行的夏季奥运会中，首次使用计时器，精确度达到1／100秒。

3.1948年的瑞士圣莫里茨冬季奥运会上，首次使用光电管，用于终点摄影的狭缝摄影机，被人们俗称为“魔眼”。

4.1952年，第15届夏季奥运会上，欧米茄计时器(OTR)首次采用石英钟并打印比赛成绩：时钟增加至“魔眼”上，用以自动时戳记录，精确度达到1／100秒。

5.1968年的第1 9届墨西哥城夏季奥运会，触摸板首次用于记录水上项目比赛时间。

6.1972年，在德国慕尼黑夏季奥运会中首次测算参赛选手反应时间，并在计时中加以考虑：选手成绩的官方时间从1／10秒精确至1／100秒。

7.1996年美国亚特兰大夏季奥运会，自行车和马拉松比赛中首次采用无线应答器。

8.2002年美国盐湖城冬季奥运会，雪橇比赛中红外光束取代光电管；无线应答器首次用于远距离滑雪比赛。

9.2004年雅典夏季奥运会，终点摄影机每秒可拍摄1000张照片；沙滩排球引入雷达测速仪。

10.2008年北京奥运会，官方指定计时商欧米茄创纪录地使用700名技术人员、400吨重的器材。除担任计时任务外，还提供了数据处理和场馆比赛结果服务。

智能小车计时器篇4

为了加强大学生实践创新能力和团队精神,培养面向未来的科技尖端人才,教育部在已举办全国数学建模、电子设计、机械设计、结构设计4大专业竞赛的基础上设立了第5项大学生设计竞赛——全国大学生智能汽车竞赛。由于目前市场上专用的电子计时器价格较高,一般院校经费有限,难于购买,通常采用秒表计时,由于人反应时间的限制及秒表本身的精度不高,计时精度较差。针对智能汽车比赛计时的问题,充分利用调试所用PC机资源,设计制作了一种价格便宜、计时准确的智能汽车竞赛用计时器。

该计时器巧妙地运用MAX232的DC/DC转换器功能和PC机RS 232接口中的CTS端输入计时脉冲,采用C++.NET编程,设计完成单赛道智能车计时控制程序,线路设计简单明了,经实际使用性能可靠,使用方便,成本低廉。

2 硬件构成

如图1所示,计时器主要由光电传感器、电平转换电路、电源和PC机组成。由于RS 232信号的电平为:逻辑1(MARK)=-3～-15 V,逻辑0(SPACE)=+3～+15 V,而光电传感器的输出在0～+5 V之间,因此光电传感器的输出脉冲必须先经过转换电路,再从RS 232输入PC机。PC机检测到串口状态的改变,控制计时器的开、关。

光电传感器采用对射式光电开关,它包含了在结构上相互分离且光轴相对放置的发射器和接收器,发射器发出的光线直接进入接收器,当被检测物体经过发射器和接收器之间且阻断光线时,光电开关就产生了开关信号[2]。计时器采用南海振华电子厂的PT-A光电开关,经实际测量,当供电10 V时,如果接收器与发射器之间没有障碍物阻挡,输出高电平+3.57 V,如果有障碍物阻挡,则输出0 V。

由于光电开关输出负脉冲,即小车经过计时区时的信号电平为低电平,必须利用三极管和继电器的常闭触点将负脉冲进行翻转,并转换成串口可识别的高低电平,做为计时脉冲从RS 232的CTS针脚输入PC机,电路连接如图2所示,其中1为继电器,2为光电开关。从图中可以看出,电路需要三种电源,分别为+5 V和±10 V。一般来说,电路应尽量使用单电源,考虑到串口电平的要求和电路的简单化,可以利用MAX232的DC/DC转换器功能得到±10 V的电压。

MAX232芯片是Maxim公司生产的低功耗、单5 V电源供电、双RS 232发送/接收器,它的内部包含了+5 V及±10 V的两个电荷泵电压转换器,可以把输入的+5 V转换成RS 232所需的±10 V电压。MAX232可以从+10 V(V+)和-10 V(V-)输出端获取少量的电源功率,为外部电路供电。由于V+、V-未经稳压,输出电压会随负载电流的增大而下降,当V+、V-为外部电路提供电流时,不能使V+、V-低于EIA/TIA-232E驱动器输出电压最小值±5 V的限制[1,5]。实验结果显示,当MAX232为光电开关提供工作电流时,V+降为+8 V,V-为-10 V,电压范围大于±5 V,因此可以用MAX232驱动光电开关。

3 软件设计

串口是常用的计算机与外部串行设备之间的数据通道。实现串口通信有多种方法[4,5,6,7,8,9],并且各有优缺点,考虑到计时信号是单脉冲信号,可以从串口的某一个针脚输入,而不是数据的接收和发送,可以通过检测串口针脚的状态来得到计时脉冲信号。

在C++.NET中,有一个GetCommModemStatus()函数可以检测串口4个针脚的状态,具体返回值如表1所示。

经过选择,计时器采用CTS针脚作为信号输入端, PC机通过不断检测CTS针脚的状态来得到计时脉冲。设计流程如图3所示。

在C++.NET中提供了很多时间控制函数,在要求误差不大于1 ms的情况下,可以采用GetTickCount()函数,该函数的返回值是DWORD型,表示以ms为单位的计算机启动后经历的时间。比赛开始时调用一次GetTickCount(),得到时刻T1,到达终点后再调用一次GetTickCount(),得到时刻T2,T2-T1的时间差即为小车跑完一圈所用的时间。计时开始前先用CreateFile()打开串口,计时脉冲从CTS输入PC机。

程序原代码如下:

为了能实时显示时间的变化,可以使用SetTimer(1,10,TimerProc)函数,每隔一段时间刷新显示小车赛跑时间的变化。计时结束后调用KillTimer(1)关闭计时器,同时调用CloseHandle(m hcomm)关闭串口。

4 去抖动方法

在实验中发现,由于小车车体的不规则,在小车经过计时区时,CTS针脚的输入信号会出现抖动脉冲,如图4所示。

为了消除抖动脉冲的影响,可以有两种方法,一是使用Sleep()函数的延时功能,在检测到高电平后,延时一段时间,再次检测CTS针脚,如果仍是高电平,则记录时间,否则为抖动脉冲。由于Sleep()函数不仅使TimerProc线程暂停,同时还使整个程序进程暂停,影响了程序的界面操作,因此采用第二种方法。首先假设车体经过计时区所需时间不大于4 s,当第一个高脉冲到来时,记录下时间为T1,将第二个高脉冲到来的时间记为T2,如果T2-T1小于4 s,则认为是抖动脉冲,如果T2-T1大于4 s,则将结果记录下来作为比赛成绩输出显示。代码如下:

5 结语

这款智能车计时器采用计算机进行计时处理,充分利用了计算机内部时钟计时的高精度,而且通过计算机也可以很方便地选择串口和设定赛车比赛圈数。实际使用证明,该智能车计时器具有操作简单,方便易用,可长时间工作,输出可视化的优点,同时计时精度高,成本低廉,满足比赛训练与计时的要求,可以广泛应用于智能赛车竞赛和性能测试研究。

参考文献

[1]MAXIM+5V-Powered,Multichannel RS 232 Drivers/Re-ceivers[EB/OL].http://cn.ic-on-line.cn/IOL/viewpdf/MAX232CPE 1664.htm.

[2]光电开关应用简介[DB/OL].http://www.ttet.cn/Article/JYXUYINGYONG/quanganqi/200709/6037.html.

[3]李雪梅.用51单片机制作加、减计时器[J].电子制作,2007(4):24-25.

[4]刘艳玲.采用MAX232实现MCS-51单片机与PC机的通信[J].天津理工学院学报,1999,15(2):57-61.

[5]徐兴元,沈宪章,瓮嘉民.PC机与单片机串行通信的一种新方法[J].矿山机械,2005(1):64-65.

[6]王宏伟,吴建设.基于VC++6.0的串行通信设计与实现[J].黄石高等专科学校学报,2003,19(2):16-19.

[7]曹连民,石健,黄德杰.VC++中实现PC机与单片机的串行通讯[J].山东科技大学学报:自然科学版,2003(1):100-102.

[8]王琳琅,张伯珩,边川平.Windows环境下PC机与单片机串行通信的实现[J].现代电子技术,2004,27(3):81-83.

[9]曾自强,王玉菡.用VC++实现单片机与PC机串口通信的三种方法[J].自动化与仪器仪表,2005(3):60-63.

计时器趣事为题目的作文00字篇5

我有一个计时器(其实是爸爸的BP机由于爸爸忘记了号码，所以就把它“批发”给了我，当计时器用。)我每天早上都会被它“喊醒”按时的起床`洗脸`刷牙、吃饭、上学，突然有一天它不叫了，我才发现没电了！于是，我花了一笔钱，买了一节电池，装上之后，我看了看表20：55，于是我调成了8：55（其实我的BP机也是24时计时法）于是我安心的睡了，第二天是星期一，还要上学，所以我什么都不想，一会儿便睡着了。

第二天早晨我醒来一看BP机18：50，噢！才18：50继续睡什么十八…点…五…十…，我的妈呀！我调错了，现在是6：50，迟到啦！迟到啦！我麻溜的穿好衣服，连饭也没顾上吃，于是，急忙冲到车棚，打开我的自行车，拍拍它的车座说：＂老兄，可全看你的啦＂！于是，我跳上自行车，冲呀！我飞速向学校冲去，于是我以最短的时间到达学校，还有10分钟，我来算算：＂五分钟买烧饼，一分钟停车，路途时间四分钟，我一看表，刚走到7：25，不好！马上要打铃了，我箭一般冲上四楼，哈！刚进教室刚打铃，幸好没迟到．

多计时器篇6

关键词：射频识别；天线模块；中长跑计时系统

1. 引言

随着科技的发展，在体育比赛中，出现了红外线计时、终点全自动电子摄像计时等高新技术设备。其中红外线计时只能记录运动员过终点线时的成绩，却难以判断过终点线的名次顺序，当多人同时过终点时，不能记录每人的成绩。终点全自动电子摄像计时可以保存运动员冲过终点线时的图像和时间信息，通过调出计时图像来读出人员的先后名次和运动时间，但该技术只适合分道、距离短、每组参赛运动员在十几人以下、精度不低于0.01秒的项目，对于不分道、运动员在几十人以上、计时精度为秒级的项目，要准确记录比赛成绩就相当困难，传统方法是裁判员通过人工摆棋盘和画表格等形式协助记圈计时，除耗费大量人力物力外，还不可避免存在人为失误，难以保证比赛的准确性和可靠性。

为促进传统体能训练与测试的科学化、信息化建设，保证训练的有效实施和体能测试的公平可靠，本文利用射频识别这一高新技术，设计出了适合中长距离田径运动的自动计时计圈系统。该系统可以减轻中长跑体能训练测试的计时工作，减少重复劳动和人为因素，提高准确性、可靠性。

2. 射频识别系统工作原理

用于自动识别与数据收集的射频技术的基本原理是利用空间电磁感应或者电磁传播来进行通信，以达到自动识别被标识对象的目的，其是一门多学科技术综合利用的应用技术，所涉及的关键技术包括芯片技术、天线技术、无线通信技术、数据变换与编码技术和电磁场与微波技术等，一般来说射频识别的距离可达几十厘米至几米。

射频识别系统的工作流程如图1所示。专用射频识别卡进入射频线圈所产生的一定口径和一定规则的磁场后，读卡接收器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源或被动识别卡），或者主动发送某一频率的信号（有源或主动识别卡），读卡接收器读取信息并解码后，送至中央处理系统进行有关数据处理。

3. 自动计时系统实现

本文利用射频识别的工作原理，设计了一种中长跑自动计时系统，其系统拓扑结构如图2所示。

自动计时系统由专用射频识别卡、射频天线、读卡机箱、主控计算机及软件系统五部分组成。

专用射频识别卡是一种方便携带的半无源主动式电子卡，可以主动发射自定频率信号，具有较高的探测稳定性。

卡内部装有电池，但仅对内部要求供电维持数据的电路工作所需要的电压作辅助支持，其本身耗电量很小。未进入工作状态前，识别卡一直处于休眠状态，以节约电量，进入射频天线的有效范围时，受到其辐射能量的激励，进入工作状态。识别卡内部含有可编程的64位识别码，可以滿足大容量人员测试需求，该识别码由信号处理系统查询匹配后依特定规则解密得到，可以满足极高的保密和抗干扰传输需求。

射频天线既用于辐射射频信号又用于接收识别卡所辐射的识别信号。

其实质为一圆铜线线圈，我们可以通过调节天线形状、线圈粗细以及调谐电容的大小使其具有特定的辐射口径和谐振频率，以实现最优的无功近场和辐射近场的边界限制，最大限度的保证测试精度。当专用射频识别卡处在射频天线的有效范围内时，通过磁场耦合这种非接触信息传输通道，天线可激励振荡出卡上特定频率的识别信号，并将此信号通过RS232串口方式传至读卡机箱。

读卡机箱是该系统的信号接收设备，是数据中心与测试人员之间的通信载体，主控计算机通过控制读卡机箱来实现对测试人员运动状态的判断，内部包括线性电源、天线板、终端板和处理板四部分。

天线板与射频天线连接；终端板完成供电与接口功能，提供14V稳压直流电源，RS232、Wiegand等协议的数据通信接口；处理板为核心信号处理部件。

信号处理部分的发射电路主要由本地振荡器（LO）、可变增益放大器（VGA）、功率放大器（PA）构成，其中LO提供发射电路的载波频率，输入数据通过VGA来调制发射载波，从而产生幅度调制信号，PA把输出功率进行放大，然后送至天线辐射至空间场。接收电路则利用多通道精密选频网络，将接收到的处在天线有效范围内的识别卡所辐射信号甄别出来，通过对各通道信号放大、滤波、解调、检波、匹配等处理，可得到各个识别卡的ID号码、进入场区时间、场区驻留时间、离天线距离等信息，再将这些信息以RS232或Weigand协议方式打包传至主控计算机。

主控计算机发挥上位机的功能，提供控制和时序信号，实现与读卡机箱的数据通信与解包。

也是软件系统的载体，主要功能模块有：①身份认证模块：可区分不同权限用户，一类为管理员，主要负责数据库内部数据的维护，第二类为普通用户，具有数据库查询等操作权限；②通信与控制模块：主要完成与读卡机箱的RS232串口通信，接收识别数据，发出控制指令；③计时记圈模块：为运动场联系模块，主要功能是人员检录、开始测试、结束测试等；④数据库维护查询模块：用户具有查询数据库的权限，查询内容包括人员基本资料，某次训练或测试的成绩等，软件系统提供各种条件查询，可以选择必要的信息显示；⑤数据统计、报表打印模块：软件系统具备统计功能，可统计出各人员各项成绩，评估体能水平，并根

据需要自动生成各种报表，打印存档。

4. 运行结果

系统控制界面如图3所示。每个参跑者的成绩均会实时显示在界面上。

5. 结论

电磁打点计时器用途新拓展篇7

关键词：电磁打点计时器,新用途,密度,电容

电磁打点计时器是力学实验中的常用计时仪器。常用于研究匀速直线运动、匀加速运动、牛顿第二定律、自由落体运动、动能定理、机械能守恒定律、动量守恒定律及简谐运动等实验。由于电磁打点计时器自身缺陷的存在以及性能更优的新型电火花计时器的出现[1], 近年来, 电磁打点计时器逐渐被淘汰, 很多学校的电磁打点计时器被闲置, 造成很大浪费。利用电磁打点计时器的工作原理, 稍微改造, 可以将其作为它用。如配合激光可显示李萨如图形[2]、进行受迫振动实验[3]、演示“驻波”实验[4~6], 配合刚体转动仪, 可以进行刚体转动实验[7]、甚至可以模拟火箭运动[8]。笔者研究发现, 用闲置的电磁打点计时器加以改造, 其又有新的用途。

一、作为驻波振源, 测量液体的密度

在文献4和文献5中提出了用电磁打点计时器来演示驻波现象。其实这个实验还可以进一步拓展, 用来测量液体的密度。具体原理和方法如下:

1. 测量原理

将弦线一端固定在打点计时器的振动片上, 另一端拴上小球并跨过定滑轮, 小球浸入待测液体中。当打点计时器开始工作时, 振动将以每秒50次的频率击打下方的固定片, 固定片将振动以波的形式向定滑轮方向传播, 遇到劈尖后被反射回来, 从而在弦线上有两列相向而行的机械波, 它们属于相干波, 稍作调节即可形成如图1所示的驻波。

由横波在弦线上的传播规律[9]可知, 在张力T不变的情况下, 波的传播速度v与张力T及弦线的线密度μ之间有如下关系:

若f为弦线的振动频率, 弦线上传播的横波波长为λ, 由v=λf得

设弦线长为L, 振动时弦线上的波腹数为n, 则有λ=2L/n

由浮力定律得T=Mg-ρVg

联立以上几式, 得

式中的V为浸入液体的物体的体积, ρ为待测液体的密度, M为挂在弦线上的砝码和物体的质量。

2. 测量方法

(1) 利用改装的弦振动仪测量出棉线的线密度

取一段棉线作弦, 一端接在电磁打点计时器的振动片上, 另一端跨过定滑轮并挂上质量已知的钩码 (如图2) , 调节劈尖的位置, 当棉线出现稳定的驻波现象时, 量出一段驻波的长度 (即λ/2) , 利用式 (2) 计算出棉线的线密度。

(2) 用事先选定的质量为m0=19.62g, 体积为V=2×10-6m3的小球挂在钩码的下面, 将其浸入待测液体中, 调节劈尖位置, 当棉线出现稳定的驻波现象时, 如图3所示。量出一段驻波的长度 (即λ/2) 。记下此时的钩码和小球的总质量M的, 量出一段驻波的长度L。由式 (3) 可推算出待测液体的密度ρ。

(3) 改变M, 测出相应的L, 求出相应的待测液体的密度ρ, 最后求出其平均值。

3. 实验数据及处理结果

为了测量棉线的线密度, 实验中我们取钩码的质量分别为5g, 10g, 15g, 20g和25g得到的数据及处理结果如表1所示。

表n=

实验中我们选取一般用的自来水, 测得的数据如表2所示。

n=1, μ=10.26×10-5 Kg/m, V=2×10-6m3

由上面数据可以看出, 就用这种方法测量得到的密度的误差并不大。这样的改装不但可以让学生观察到驻波现象, 更是拓展了学生的视野, 对培养学生的创造性思维起到很好的促进作用。

二、作为快速转换的单刀双掷开关, 测量电容值

测量电容的容值, 一般采用交流电桥的方法, 这种方法测量精度较高, 但操作比较复杂。下面本文将打点计时器进行改装, 配合电压表和电流表, 同样可以测量出电容的容值。

1. 电磁打点计时器的改装

在打点计时器振动片的上方装一铜触片A, 使振动片没有被电磁铁吸引时撞针刚好能接触到铜触片A, 下方同样另一铜触片B。

2. 测量原理

然后按图4所示电路接好, 当振动片接触到下方的触片B时, 电源给电容器充电, 当振动片接触到上方的触点时, 电容器放电。则放电频率为f=50次/秒。设充电的电压为U, 电容的值为C, 则所充电量为Q=CU, 放电时的电流为I=f CU。则可求出电容器的电容值为, 即为待测的C

3.数据及处理

以下是标记为10uF电容的测量数据

为评估实验结果的精度, 用回归法处理数据, 由I=fCU得U=I/Cf。令y=U;x=I则线性方程为

由最小二乘法原理得

象棋快棋赛电子裁判计时器篇8

在现代城市中, 随着经济的发展和社会经济的不断发展, 电子产品在社会中的应用越来越普及, 在人们生活中随处可见。正如我们这次设计的象棋快棋裁判计时器一样, 用现代化的科技来取代原始的象棋方法, 在一些地区赛乃至国际赛中发挥了重要作用, 使得比赛更具有公平和效率。

本课程设计的任务就是设计一个电子裁判计时器。鼓励学生在熟悉基本原理的前提下, 与实际应用相联系, 提出自己的方案, 完善设计。

具体设计任务如下:

1. 熟悉象棋快棋赛电子裁判计时器的工作原理;

2. 写出象棋快棋赛电子裁判计时器的设计方案;

3. 用硬件加以实现;

4. 写课程设计报告。

设计要求:

设计一个象棋快棋赛电子裁判计时器的要求:

1.具有清零装置和参赛者控制, 可由参赛甲乙操纵, 裁判清零。

2.具有计时功能, 在3分钟内下完一盘棋, 超时判负。

3.90秒以后其报警电路工作表示棋赛时间耗尽并禁止下棋。

二、总体的设计思路

1. 方案思想

本设计采用74LS192、cd4543、555等芯片来完成路灯亮暗控制与所需要的数字逻辑显示功能 (在七段数码管上按规律显示特定的数字) 。本设计具有逻辑清晰、设计巧妙等特点, 能很好的符合课程设计的要求。

2. 方案说明

甲乙对奕方的计时器共用一个秒时钟, 双方均用3位数码显示, 预定的初值均为三分钟, 采用倒计时方式, 通过按扭启动, 由本方控制对方, 比如甲方走完一步棋后必须按一次甲方的按键, 该按键启动乙方倒计时。同理, 乙方走完一步棋后必须按一次乙方的按键, 该按键启动甲方倒计时

3. 设计任务与要求

象棋快棋赛规则是, 红、黑双方对奕时间累计均为三分钟, 超时判负。

(1) 甲乙对奕方的计时器共用一个秒时钟, 双方均用2位数码显示, 预定的初值均为90秒, 采用倒计时方式, 通过按扭启动, 由本方控制对方, 比如甲方走完一步棋后必须按一次甲方的按键, 该按键启动乙方倒计时。同理, 乙方走完一步棋后必须按一次乙方的按键, 该按键启动甲方倒计时。

(2) 超时能发出亮灯, 报警判负。

三、单元电路设计计算

1. 计数部分

集成十进制同步加/减计数器74LS192。74LS192为双时钟计数器, 加法计数脉冲和减法计数脉冲来自两个不同的脉冲源。该电路完成三个功能:一是计数功能;二是由主持人开关控制计数器置数, 设置倒计时器的初始值;三是为数码显像管提供输出。由于题目要求是倒计时, 所以我们这里要选择减法计数器或者是可逆计数器, 本文选用的是可逆计数器74LS192;由于是十进制的, 所以需要两位数码管分别显示个位、十位, 显示的是计数器的输出出来的结果。工作过程:通过主持人开关对控制个位、十位的计数器进行置数, 控制个位的计数器置数端都接低电平, 控制十位的置数端四位分别接“1””0””0””1”, 高位接高电平, 这样经过译码显示电路之后显示出来的分别就是“0”、“9”。QA, QB, QC, QD接数码管大的“1”“2”“4”“8”输入端。最后一个计数器的“BO”端接报警电路。

2. 555定时器

555定时器是一种将模拟和数字功能巧妙结合在一起的中规模集成电路, 电路功能灵活, 适用范围广。只要外接适当的电阻和电容就能构成单稳态电路555。

由555构成的多谐振荡电路所示电路输出端得到的方波周期为:

其占空比q= (R1+R2) / (R1+2 R2) 是固定的。利用555作秒脉冲可得到周期为1s的电路。

3. 控制电路

功能表中带“*”号的状态是不稳定的, 当直接置位端S和直接复位R回到高电平状态时, 此状态将不再存在。

控制模块采用一个D触发器作为反向器实现。控制模块采用一个D触发器实现红黑双方通过按键交替启动对方计时器、暂停本方计时器的功能。其输出端1Q连接红方计时器的使能端, ~1Q连接黑方计时器的使能端。当输出端1Q为低电平时, 则输出端~1Q为高电平, 此时红方计时器处于计时状态, 黑方计时器处于暂停计时状态。若此时按键A按下, 则1Q与~1Q电平状态交换, 红方计时器将由计时状态转为暂停计时状态, 而黑方计时器将由暂停计时状态进入计时状态。

4. 报警电路

报警电路我们选择一个高电平会亮光的灯和一个非门“74ls04”, “74ls04”的输入端接计数器74ls192的BO口输出端, 在计数器正常计数是, 输出的一直是高电平, 只有个位十位均计数到零时, 十位的BO口会输出低电平, 此时, 报警器亮灯报警。

5. 脉冲锁存电路

脉冲锁存电路我们采用两个74ls02, 或非门。编号为U12A的芯片两个输入端分别接两个74ls192的输出端。之后, U12A的输出端和555一起接到U12B的输入端, U12B的输出端接到74ls192个位计数器的“down”口。

原理是:两个74ls192在正常计数时, 只要有高电平, 或非门输出就是0, 只有当两个输出全是0时, 即计数到“0”“0”是, 输出为“1”高电平。555输出的是稳定的正负脉冲, 当U12A输出为0是, U12B正常输出脉冲。则当U12A输出为1时, U12B输出为低电平, 脉冲消失, 计时器在“0”“0”时便可停止计数。

四、完整的电路图

核心部分为四个74ls192, 作为计数器, 和74ls74, D触发器, 实现红黑选手的计数转换。J2为裁判, 当开关打到低电平, 四个计数器置数, 当开关打到高电平, 开始计数, 即比赛开始。由555提供稳定的秒脉冲, 按键J1和J3分别为红棋和黑棋选手, 当红棋选手走完, 拨动一下相应的开关, 则相应的计数器停止计数, 而对方的计数器开始计数。当计数器走到“0”“0”时, 通过一系列逻辑门电路, 达到计数器停止计数和报警器报警的目的。 (具体内容在上边分块讲解中都已经详细陈述)

五、安装调试

1. 遇到的问题

数码管个位数不能置“0”、按键不能单独控制一方。安装调试问题:源电压不稳、74192清零端用错、耦合干扰信号太大。

2. 解决方法

数码管个位数不能置“0”是由于数码管型号使用错误, 换了数码管型号仿真就可以置“0“了;对于按键不能单独控制一方, 我们对控制电路作了修改。

电源电压不稳是由于试验箱本身问题造成的, 由于我们电路线路已经连好所以没有换试验箱, 而是加了一个稳压电路;

锁存电路逻辑门的错误使用, 我们修改了信号输入电路。

原来的锁存电路原理是运用D触发器, 转变高低电平, 然后经过选手对开关的控制达到转变Q和Q非电平的功能。但是, 在开始设计和仿真模拟时, 都是将输出Q端接到两个74LS192的up端, 但是看74ls192的功能表可见, up端为0是没有任何功能的, 这个问题在仿真时候没有出现, 但是在真正连线的时候, 计数器就不按照我们的想法做了。

所以, 我们及时改进了电路, 将原来与D触发器输出端相连的74ls192的up端接到了高电平, 在锁存电路上加了一个与非门, 电路就正常工作了。

耦合干扰信号的排查解决:由于本次设计使用的芯片, 连线比较多, 而且线路长, 导致耦合干扰信号太大使数码管显示不稳定, 最终我们也没能找到一个比较好的解决办法, 只能将示波器接上来减小耦合干扰信号使数码管正常显示。

六、总结

1. 设计总结

本次设计总体来说是成功的, 实现了所要求的功能, 并且原理简单有效, 成本较低。通过本次课程设计, 我们的理论设计、理论验证、动手能力得到了很大的提高, 对各种画图软件、模拟软件的使用更加熟练, 同时对自己的劳动成果感到非常自豪。在完成自己的作品之后, 我还帮助其他同学检查电路, 排除错误, 进一步增强了自己的分析能力。但我同时发现, 因为经验不足, 设计的有些方面存在不合理因素, 使设计成果不是非常完美。

2. 制作总结

本次作品制作比较成功, 元件布局整洁、美观、合理。连接完全按照PCB模式走线, 连接精细, 无差错。

3. 心得体会

经历几个星期的电子设计终于尘埃落定, 感觉忍不住要长出一口气。我们组除学习外均有一定的日常工作, 数日来, 为了这个设计可谓废寝忘食, 在实验室里日出而作, 日落不息。将所有的课余时间均奉献给了这个设计。

结果怎样已经不再重要, 在这几日里, 我们经历了阶段性成功的狂喜、测试失败后的绝望、陷入困境时的不知所措, 重新投入的振作。这样的设计是无法孤军作战的, 只有通力合作才有可能成功。我们小组成员在朝夕相伴中培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。

除此之外, 我们学会了仿真软件的使用, 掌握了书本以外的电子技术知识, 培养了专心致志的工作学习习惯, 懂得了相互之间的理解与体谅, 可谓获益匪浅。如果非要用一句话来概括我们的体会的话, 那只能是:痛并快乐着。

摘要：象棋快棋赛由主体电路与扩展电路组成。显示器、译码器将参赛者甲乙的输入信号再显示器上输出, 用控制电路和裁判开启报警电路, 以上两部分构成主题电路。通过施密特触发器和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能, 构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后象棋快棋赛电子裁判计时器成形。

关键词：74LS192,74LS74,555芯片

参考文献

[1]路银芝.体育营销管理浅谈[J].河南教育 (高校版) .200 (702)

多计时器篇9

1 Timer 控件的主要属性

Timer控件的属性不是很多, 比较常用的是Interval (间隔) 属性, 该属性值决定两次调用Timer控件的间隔毫秒数, Enabled属性来控制Timer控件的是否有效, 该控件运行时是否可用的, 虽然计时器 (Timer) 控件属性不多, 但是在动画制作, 定期执行某个操作等方面起着重要作用。

1.1 Enabled 属性

计时器的Enabled属性比较常用的属性, 该属性的主要功能是控制计时器 (Timer) 控件是否能对时间的推移做出影响。如将Enabled设计为False此时计时器控件无效, 即Timer事件不会触发;当Enabled设置为True时, 计时器控件有效。由此看来, Enabled相当于是一个启动计时器控件的一个开关。

例如: 设计一个电子表应用程序。要求按运行按钮每秒钟时间变化, 按暂停按钮时间变化暂停。首先窗体 (Form1) 上添加两个命令按钮 (Command1, Command2) , 添加一个计时器 (Timer1) 控件和一个标签 (Label1) 控件, 如图所示。

代码如下 :

1.2 Interval 属性

可以在设计时或在运行时设置计时器控件的Interval属性。这个属性可以设定Timer事件触发的时间间隔, 其时间间隔以毫秒 (ms) 为单位, 取值范围为0 ~ 65535毫秒。一般设为1000毫秒, 这样可以每秒种触发一次Timer事件。如果Interval属性的值设置为0 (默认值) , 即使Enabled属性的值为True, 计时器控件也无效。

例如:设计滚动字幕, 使Label1标签中的内容从左自右移动, Label2标签中的内容从右自左移动。

2 计时器的 Timer 事件

计时器的事件只有一个, 为Timer事件。Timer事件的触发时间是从Interval属性的设置值开始, 以后每隔这样一个时间段, 就触发一次Timer事件。需要说明的是当Interval属性值为0时, 计时器无效。

例如:用计时器自动触发Timer事件, 在该事件中用Move方法移动标签。

代码如下:

3 结语

通过讨论计时器的常用属性和Timer事件 , 设计计时器的常用属性设置和事件代码的编写我们可以利用该控件来实现一些特殊的效果, 如文字移动等。特别掌握计时器 (Timer) 控件的两个基本属性Enabled属性和Interval属性以及Timer事件的使用。

参考文献

[1]林陈雷, 郭安源, 葛晓东.Visual Basic教育信息化系统开发实例导航[M].北京:人民邮电出版社, 2003.

[2]陈翠松, 徐宝林.Visual Basic程序设计实用教程与实训[M].北京:北京大学出版社, 2006.

打点计时器在物理实验中的应用篇10

一、测量速度和加速度

例1 (2007年天津)某学生用打点计时器研究小车的匀变速直线运动.他将打点计时器接到频率为50 Hz的交流电源上,实验时得到一条纸带(如图1所示).他在纸带上便于测量的地方选取第一个计时点,在这点下标明A,第六个点下标明B,第十一个点下标明C,第十六个点下标明D,第二十一个点下标明E.测量时发现B点已模糊不清,于是他测得AC长为14.56 cm,CD长为11.15 cm,DE长为13.73cm,则打C点时小车的瞬时速度大小为______m/s,小车运动的加速度大小为______m/s2,AB的距离应为______cm.(保留三位有效数字)

解析:由于C点是AE时间上的中点,C点的速度就等于AE段的平均速度,即:

所以C的速度为0.986 m/s

又由A到C,C到E的时间相等,满足关系式sCE-sAC=a(2T)2,可得:

即小车运动的加速度为a=2.58 m/s2

又由B到C是做匀加速,逆过程是匀减速,BC的位移满足:

又由sAB=sAC-sBC=5.99 cm.

即:AB之间的距离为5.99 cm

答案:0.986,2.58,5.99.

点评:纸带处理方法是力学实验中必须掌握的一种重要实验数据分析处理方法,要能灵活运用匀变速直线运动的规律.

二、测量角速度

例2一个有一定厚度的圆盘,可以绕通过中心垂直于盘面的水平轴转动.用下面的方法测量它匀速转动的角速度.

实验器材:电磁打点计时器,米尺,纸带,复写纸片.

实验步骤:(1)如图2所示,将电磁打点计时器固定在桌面上,将纸带的一端穿过打点计时器的限位孔后,固定在待测圆盘的侧面上,使得圆盘转动时,纸带可以卷在圆盘侧面上.

(2)启动控制装置使圆盘转动,同时接通电源,打点计时器开始打点-

(3)经过一段时间,停止转动和打点,取下纸带,进行测量.

①由已知量和测得量表示的角速度的表达式为ω=______;式中各量的意义是____.

②某次实验测得圆盘半径r=5.50×10-2m,得到纸带的一段如图3所示.求得角速度为

解析:①由公式(其中s为弧长)可得:.

②在纸带上选取间隔较开的两点,读取对应刻度x1、x2,代入①中表达式求解.

答案:①,T为电磁打点计时器打点的时间间隔,r为圆盘的半径,x1、x2是纸带上选定的两点分别对应米尺上的刻度值,n为选定的两点间的打点数(含两点);

②6.8 rad/s.

点评:本题从实验的角度考查了学生对匀速圆周运动中线速度、角速度两个物理量之间关系的理解和应用.

三、测量功率

例3兴趣小组为测一遥控电动小车的额定功率,进行了如下实验:

①用天平测出电动小车的质量为0.4 kg;②将电动小车、纸带和打点计时器按如图4所示安装;

③接通打点计时器(其打点周期为0.02 s);

④使电动小车以额定功率加速运动,达到最大速度一段时间后关闭小车电源,待小车静止时再关闭打点计时器(设小车在整个过程中所受的阻力恒定).

在上述过程中,打点计时器在纸带上所打的部分点迹如图5所示.请你分析纸带数据,回答下列问题:

(1)该电动小车运动的最大速度为______m/s;

(2)该电动小车的额定功率为______W.

解析:小车匀速运动时速度最大:

小车关闭电源后受到的阻力:f=ma,加速度可由纸带上的数据计算出:

小车额定功率:P=fv=mav=0.4×2.0×1.5 W=1.20 W.

答案:(1)1.50 (2)1.20

点评:本题关键是综合运用前面已做过的练习打点计时器的使用和验证牛顿第二定律等学生实验的设计思想和实验方法,结合对功率的深刻理解进行分析和正确求解.由此进一步说明我们要对课堂内外的物理实验真正动手动脑和理解掌握,只有这样,才能提高自己解决实验问题的能力乃至自己设计实验方案.

四、探究动摩擦因数

例4(2008年宁夏卷-22.Ⅱ)物理小组在一次探究活动中测量滑块与木板之间的动摩擦因数.实验装置如图6所示,一表面粗糙的木板固定在水平桌面上,一端装有定滑轮;木板上有一滑块,其一端与电磁打点计时器的纸带相连,另一端通过跨过定滑轮的细线与托盘连接.打点计时器使用的交流电源的频率为50 Hz.开始实验时,在托盘中放入适量砝码,滑块开始做匀加速运动,在纸带上打出一系列小点.

(1)图7给出的是实验中获取的一条纸带的一部分,0、1、2、3、4、5、6、7是计数点,每相邻两计数点间还有4个打点(图中未标出),计数点间的距离如图7所示.根据图中数据计算的加速度a=______(保留三位有效数字).

(2)回答下列两个问题:

①为测量动摩擦因数,下列物理量中还应测量的有______.(填入所选物理量前的字母)

(A)木板的长度l

(B)木板的质量m1

(C)滑块的质量m2

(D)托盘和砝码的总质量m3

(E)滑块运动的时间t

②测量①中所选定的物理量时需要的实验器材是______.

(3)滑块与木板间的动摩擦因数μ=______.(用被测物理量的字母表示,重力加速度为g).与真实值相比,测量的动摩擦因数______.(填“偏大”或“偏小”).写出支持你的看法的一个论据:______.

解析:(1)对纸带的研究直接利用逐差法取平均值计算加速度.

(2)(1)中已求出了加速度,现测量动摩擦因数,使我们很自然地想到了应用牛顿第二定律.对滑块有:

对托盘和砝码有:

由①②得:

由μ的表达式可知,还需要测量的物理量是m2和m3,测量仪器为天平.

(3)若考虑纸带和空气阻力f,应有:

解得

则测量值μ比真实值μ'偏大.原因是纸带与限位孔之间的摩擦以及空气阻力没有考虑.

答案:(1)0.495～0.497 m/s2

(2)①(C)、(D),②测量仪器为天平(3);偏大;原因是纸带与限位孔之间的摩擦以及空气阻力没有考虑.

点评:(1)本实验并不是课本中的原实验,但利用纸带求加速度是考生很熟悉的.测量动摩擦因数必然涉及到摩擦力,然后头脑中筛选我们学过的重要物理规律,很快便可联系到牛顿第二定律做为本实验的实验原理(因为(1)中已测量了加速度,这是选定牛顿第二定律做为实验原理的一个重要依据).可见,设计一个新的实验所依据的原理是平时所学过的一些重要的物理规律,牢记这一点是很重要的.

(2)本实验的易错点是认为细线对滑块的拉力等于砝码和托盘的重力m3g,得出错误结论.

五、探究动能定理

例5 (.2008年广东卷-16)某实验小组采用图8所示的装置探究“动能定理”,图8中小车中可放置砝码,实验中,小车碰到制动装置时,钩码尚未到达地面,打点计时器工作频率为50 Hz.

(1)实验的部分步骤如下:

①在小车中放入砝码,把纸带穿过打点计时器,连在小车后端,用细线连接小车和钩码;

②将小车停在打点计时器附近,______,______,小车拖动纸带,打.点计时器在纸带上打下一列点,______;

③改变钩码或小车中砝码的数量,更换纸带,重复②的操作.

(2)图9是钩码质量为0.03 kg,砝码质量为0.02 kg时得到的一条纸带,在纸带上选择起始点0及A、B、C、D和E五个计数点,可获得各计数点到0的距离s及对应时刻小车的瞬时速度v,请将C点的测量结果填在表1中的相应位置.

(3)在小车的运动过程中,对于钩码、砝码和小车组成的系统,______做正功,______做负功.

(4)实验小组根据实验数据绘出了图10中的图线(其中),根据图线可获得的结论是______.要验证“动能定理”,还需要测量的物理量是摩擦力和______;

解析:(1)为了使打第1点时速度为零,应先接通打点计时器电源,再释放小车.小车停在打点计时器附近的目的是充分利用纸带,在纸带上打出尽可能多的点.在小车停止运动后,应及时关闭打点计时器电源,使打点计时器停止工作.

(2)对于C点到O的距离s,可由纸带分析得出为:6.08 cm-1.00 cm=5.08 cm.C点对应小车的瞬时速度可用B、D两点的平均速度求出,即:

(3)对于钩码、砝码和小车组成的系统,有钩码的重力对系统做正功,系统所受的摩擦力对其做负功.

(4)根据Δv2-s图象为过坐标原点的一条直线可得出Δv2∝s的结论.要验证动能定理需明确合外力所做的功和物体(小车和砝码)动能的变化.合外力做功为:W合=mgs-fs,(其中f为小车受的摩擦力,5为小车的位移);而求物体(小车和砝码)动能的变化时,还需测出小车的质量.

答案:(1)②接通电源、释放小车;断开开关;

(2)5.08 0.49

(3)钩砝的重力;小车受摩擦阻力

(4)小车初、末速度的平方差与位移成正比;小车的质量.

点评:本题考查学生对基本物理实验装置的了解和基本仪器的使用,考查实验数据的处理、数字运算和实验误差的理解,考查分析能力、实验与探究能力.

六、验证机械能守恒定律

例6如图11所示,是用落体法验证机械能守恒定律的实验装置.(g取9.80 m/s2)

①选出一条纸带如图12所示,其中O点为打点计时器打下的第一个点,A、B、C为三个计数点,打点计时器通以50 Hz的交流电.用分度值为1 mm的刻度尺测得OA=12.41 cm,OB-18.90 cm,OC=27.06 cm,在计数点A和B、B和C之间还各有一个点,重锤的质量为1.00 kg.甲同学根据以上数据算出:当打点计时器打到B点时重锤的重力势能比开始下落时减少了______J;打点计时器打到B点时重锤的速度vB=______m/s,此时重锤的动能比开始下落时增加了______J.(结果均保留三位有效数字)

②某同学利用他自己实验时打出的纸带,测量出了各计数点到打点计时器打下的第一个点的距离h,算出了各计数点对应的速度v,以h为横轴,以为纵轴画出了如图13所示图线.

(ⅰ)图线的斜率近似等于______.

(A) 19.6 (B) 9.80 (C) 4.90,

(ⅱ)图线未过原点O的原因是______;

解析:(1)计算打第n点瞬时速度的方法是:测出第n点的相邻前后两段相等时间T内下落的距离Sn和Sn+1,由公式或算出.

(2)由机械能守恒定律可得:.所以图线的斜率为重力加速度g.图线未过原点O,表明打点计时器打下第一个点时,纸带已经有速度,只可能是实验时先释放了纸带,然后再合上打点计时器的开关.

答案:①1.85,1.83,1.68②(ⅰ)(B)(ii)该同学做实验时先释放了纸带,然后再合上打点计时器的开关.

点评:此题较全面地考查了验证机械能守恒定律的实验,这里要注意的是图线实际上是根据来选择坐标系统的纵、横坐标,很明显

七、验证动量守恒定律

例7某同学设计了一个用打点计时器验证动量守恒定律的实验(如图14(甲)所示).在小车A的后面连着纸带,电磁打点计时器的频率为50 Hz,长木板下垫着小木片用以平衡摩擦力.

(1)若已得到打点纸带如图14(乙)所示,并测得各计数点间的距离,在图上标出A为运动起始的点,则应选______段来计算A碰前的速度,应选______段来计算A和B碰后的共同速度.

(2)已测得小车A的质量mA=0.4 kg,小车B的质量mB=0.20 kg,则由以上结果可得碰前总动量P=______kg.m/s,碰后P'=______kg·m/s.

解析:(1)从分析纸带上打点情况看,BC段既表示小车做匀速运动,又表示小车有较大速度,因此BC段能较准确地描述小车A在碰撞前的运动情况.应选用BC段计算A的碰前速度.从CD段打点情况看,小车的运动情况还没稳定.而在DE段内小车运动稳定,故应选用DE段计算碰后A和B的共同速度.

(2)由图14可知,碰前A的速度和碰后AB的共同速度分别为:5

故碰撞前后的总动量分别为:

可见,在实验误差允许的范围内,物体在碰撞前后系统的动量是守恒的.

多计时器篇11

运用EDA工具,通过设计芯片来实现数字系统功能的设计方法正在成为现代电子系统设计的主流方法。应用这种设计方法设计数字系统时,从系统总体要求出发,自上而下地将设计细化,将功能具体化、模块化,直到最低层的模块适合用硬件描述语言或原理图描述为止,经过编译、综合、适配、下载等步骤,完成设计任务。这种基于芯片的设计方法具有设计灵活、修改快捷、调试方便、研制周期短、系统可靠性高等优点。克服了用中小规模集成电路构成系统的诸多缺点而被广泛应用。以下介绍基于EDA 技术设计多功能计时器的一种方案。

1 多功能计时器的功能要求

要求设计的多功能计时器包括数字钟和电子秒表的功能。数字钟电路部分具有时、分、秒显示功能,以24小时循环计时;具有清零、调节小时、分钟功能,具有整点报时功能。电子秒表部分计时最大值99分59.99秒;具有清零、启动计时、暂停计时功能,显示分辨率0.01秒,数码管显示。

2 多功能计时器的结构分析与设计思路

多功能计时器要实现数字钟和电子秒表两个电路功能,应包括分频、数字钟计时、秒表计时、译码、报时、晶体振荡器、数码管电路几个部分电路,这些功能电路除晶体振荡器和数码管电路外,用可编程逻辑器件实现。

在可编程逻辑器件外部单独设计一个产生3MHz脉冲信号的晶体振荡器,晶体振荡器产生的3MHz脉冲信号经3000分频器,得到1000Hz脉冲信号,此信号经10分频器,得到秒表的100Hz输入信号;经500分频器,得到2Hz脉冲信号,作为数字钟校时电路[1]的输入信号,经校秒电路中的2分频器得到数字钟秒计数器的1Hz计数脉冲。此脉冲送入数字钟输入端经过计数、译码、显示电路处理,用6位数码管显示出来。

数字钟的计数部分包括秒、分、时计数器,其中秒计数器和分计数器为60进制BCD码计数器,时计数器为24进制计数器。计数值计到23点59分59秒时,显示000000。具有整点报时功能,当计时到达59′52″时开始报时,在59′52″,54″,56″,58″鸣叫;到达59′60″时为最后一声整点报时。

晶振脉冲源产生的3MHz的脉冲经分频器分频,得到电子秒表100Hz计时脉冲,输入电子秒表[2]的100进制计数器的时钟端,当100进制计数器计数到99时向秒计数器进位,秒计数器加一。当秒计数器计数到59时向分计数器进位,分计数器加一,整个电子秒表计时到99分59.99秒时,回零再循环计数。3个计数器的6路输出,经一个6选1数据选择器送BCD译码器译码,最后由6位数码管显示出时间值。

在系统中设置有清零端和时钟使能端,以方便地控制电子秒表的工作。当使能端接低电平时,暂停计数,数码管显示暂停时刻的时间;当清零端接低电平时,数码管显示6个0;当清零端、使能端接高电平时正常计数。

3 运用EDA技术进行各个电路模块的设计

采用自上而下的方法,将整个系统划分为分频、数字钟计时、秒表计时、译码、报时等几个电路模块后,在QUATTERUII[3]软件中用VHDL、原理图法对各个电路模块分别进行描述,并编译、仿真。

设计中为了节省器件的输出端口资源可采用扫描显示方式,秒表和数字钟电路中各用了一个6选1数据选择器,使计数器的6路输出时分复用一个BCD译码器,6选1数据选择器的时序和6位数码管的显示顺序用一个6进制计数器的输出信号控制,其输出从000B至101B循环变化,6进制计数器的时钟为1000Hz,故每个数码管的刷新频率为1000/6=166.7Hz,从而保证6个数码管能稳定显示计数值。

数字钟和电子秒表的输出信号经一个2选1数据选择器送到BCD7段译码器译码,2选1电路的s=0时,秒表的输出信号送译码器,数码管显示秒表的计数值;s=1时,数字钟的输出信号送译码器,数码管显示出数字钟的当前时间。

设计中为了使顶层文件的原理图清晰易读,用原理图输入法将数字钟校秒、校分、校时模块和秒、分、时计数器模块组合在一起形成一个新模块名为CONTROLLCOUNT,并经过QUATTERUII编译,产生一个名为CONTROLLCOUNT的图形符号。类似地将电子秒表的计时电路处理后形成jishuqi模块,产生一个名为jishuqi的图形符号。最后调用所需的各个模块符号,按系统的功能要求连接在一起,加上输入输出端口,形成多功能计时器的顶层文件如图1所示。图中clk,klr1,en1分别是3MHz脉冲信号输入端,电子秒表的请零端、开始计时端;on0-1是数字钟和电子秒表的转换控制端,ress,resm,resh分别为调秒、调分、调时端,clr2,en2用于调时控制,s[2..0],seg[6..0]分别是数码管的位、段选择端,sound接蜂鸣器,经过在QUATTERUII中编译、综合、适配、下载等步骤,完成了设计。

4 结束语

运用EDA 技术设计多功能计时器,经用QUATTERUII软件编译、仿真、下栽,实验证明其功能与设计相符合。EDA技术改变了数字系统的设计方法和实现手段,大大减轻了电路设计的工作量和难度,有效增强了设计的灵活性,缩短设计周期,提高了产品的可靠性。随着数字系统规模越来越大,传统的电路设计已难以适应复杂电子系统的设计要求,EDA技术必将得到越来越广泛的应用。

参考文献

[1]翟殿棠.基于CPLD的数字系统设计[J].济南大学学报,2004,18(3):172-173.

[2]翟殿棠.VHDL在数字电路设计中的应用研究[J].山东电子2004,111(3):44-45.

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