Субота, 24.02.2018, 13:58
Вітаю Вас Гість | RSS
Головна | Секундомір на на мікросхемі 8254 | Реєстрація | Вхід
Меню сайту
Форма входу
Пошук

Статистика

Онлайн всього: 1
Гостей: 1
Користувачів: 0
Персональний комп'ютер на уроках фізики

Секундомір на мікросхемі 8254
 

Секундомір – важливий елемент обладнання фізичного кабінету. В кабінеті нашої школи є електромеханічні та електронні секундоміри. Точність цих приладів складає порядку 0,01 с. Для більшості дослідів цієї точності цілком достатньо. Однак під час проведення деяких експериментів виникає потреба більш точного вимірювання часу.

Виникла необхідність в створення секундоміру з точністю 0.0001с. Дані секундоміру варто було передавати комп’ютеру для подальшої обробки. Для відображення часу можна використовувати монітор ПК. Крім того бажано, щоб керування вимірювання часу здійснювалось як кнопками на панелі секундоміру так і від зовнішніх приладів.

Принцип роботи більшості електронних секундомірів ґрунтується на вимірюванні кількості імпульсів генератора стабільної частоти. Тому було розроблено наступну схему секундоміру (Рис 1).


 

Схема секундоміра

Рис.1

Коливання від генератора через ключ DD2.3 потрапляють на вхід першого лічильника DD3.1. Далі йде ланцюжок лічильників DD3.2- DD3.4. Механізм старт-стоп виконано на елементах мікросхеми DD1.1-DD 1.4, що утворюють два тригери. Якщо на клемі «Старт» високий рівень ключ DD2.3 відкривається і коливання від генератора поступають на 16-ти розрядний лічильник. Лічба припиниться подачею високого рівня на клему «Стоп». Дані про стан лічильників поступають на комп’ютер через регістри зсуву DD5, DD6 та паралельний порт. Точність такого секундоміра залежить від частоти генератора. Якщо частота генератора 1024 Гц, точність дорівнює приблизно 0.001 c, а максимальний вимірюваний час для 16-ти розрядного лічильника 64 с. Зрозуміло що точність можна змінити, змінивши частоту генератора.

Взагалі, для вимірювання часу на ПК, можна використовують різні методи:

• Якщо вам не потрібна велика точність, можна використати компонент Timer, що присутній в багатьох мовах програмування;

• Можна попробувати програмувати внутрішній системний таймер;

• Непогану точність вимірювання можна отримати, якщо використовувати в якості еталонної частоту процесора. Така можливість з’явилась в комп’ютерах починаючи з Pentium-IIІ. Програміст отримав доступ до регістра в якому підраховується кількість коливань генератора процесора.

Удосконалюючи схему секундоміра, було прийнято рішення використовувати мікросхему 8254 (можливий радянський аналог КР580ВИ53). Цю мікросхему можна знайти на старих системних платах комп’ютерів. Мікросхема КР580ВИ53 (рис 2) це триканальний програмований лічильник-таймер з незалежними входами: CLK – вхід лічильника імпульсів, GATE- вхід дозволу рахунку. Вихід OUT, змінює свій стан по закінченню рахунку. Внутрішні лічильники мають розрядність 16 біт, але для керування ними використовуються 8-бітні операції. Для того щоб мікросхема почала відлік імпульсів її треба запрограмувати помістивши в буфер даних керуюче слово. Відлік імпульсів почнеться після подачі високого рівня на вхід GATE лічильника. Якщо подати на вхід GATE низький рівень, відлік припиниться і ми зможемо прочитати вміст лічильника. Читати вміст лічильника можна як по закінчення відліку, так і в процесі його роботи. Алгоритм роботи секундоміра на основі мікросхеми 8254 наступний:

 

  1. Запрограмувати мікросхему, помістивши в буфер даних керуюче слово.
  2. Програмувати можна будь який з трьох лічильників.
  3. Запустити лічильник подачею високого рівня на вхід GATE.
  4. Зупинити лічильник подачею низького рівня на вхід GATE.
  5. Запрограмувати мікросхему на зчитування вмісту лічильника, помістивши в буфер даних керуюче слово.
  6. Прочитати вміст лічильника через буфер обміну.
  7. Для керування мікросхемою зручно використовувати LPT порт.



 

Рис.2

Cхему секундоміра на мікросхемі КР580ВИ53 подано на рисунку 3.Керування секундоміром здійснюється кнопками "Старт", "Стоп", "Рестарт", або подачею сигналів високого рівня (+ 5 В) на відповідні клеми.

Схема секундоміра

DD1 - К561ЛЕ5, DD2 - К561ЛА7, DD3 - КР580ВИ53, VT1, VT2 - КТ316Д, VD1, VD2 - АЛ307Г, R1-R3, R6, R7 - 10кОм, С1 - 0,1мкФ.

Рис. 3

В якості задаючого генератора використовувалась годинникова мікросхема К176ИЕ12 (Рис 4). Ця мікросхема складається с генератора та подільника частоти. Використовуючи у генераторі кварц на 32768 Гц на мікросхемі можна одержати наступні частоти: 32768 Гц, 1024 Гц, 128 Гц, 2Гц, 1Гц. У секундомірі використовувались нульовий та перший таймер, які працювали на частотах 32768 Гц та 1024 Гц відповідно.

DD1 - К176ИЕ12, VT1 - КТ316Д, VD1 - АЛ307Г, R1 - 22МОм, R2 - 560кОм, R3 - 10кОм, R4 - 1кОм, С1 - 15-60пФ, С2 - 22пФ, С3 - 50мкФ, С4 - 0,1мкФ, ZQ1 - 32768Гц

Рис.4

На основі першого таймера можна створювати секундомір точністю порядку 10-3 c, а нульового - 10-4 c. Оскільки частоти, що подаються на вхід таймерів синхронізовані перший таймер служить для відліку секунд, а нульовий їх десятитисячних. Для керування секундоміром розроблено програму на VB. Вікно роботи програми на рисунку 5.

Рис.5

Розглянемо використання електронного секундоміра в лабораторній установці для визначення швидкості звуку.


 


Гребенщиков Сергій Валентинович вчитель фізики Давидівобрідської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів serggreb1960@gmail.com

Зробити безкоштовний сайт з uCozCopyright MyCorp © 2018