Учебная установка по физике

 

Сущность изобретения: установка содержит вертикальную стойку, кронштейн, математический маятник, физический оборотный маятник, два фотоэлектрических датчика, задающий генератор, блок формирования импульсов, таймер, блок индикации , узел управляющих кнопок, блок памяти, блок формирования управляющих сигналов, дешифратор, контроллер ввода - вывода информации, контроллер прерываний , контроллер приемопередающего канала связи.3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (I9) (11) (si)s G 09 В 23/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ (21) 5022080/12 (22) 24,12.91 (46) 30.07.93. Бюл. М 28 (72) С,А.Багаев, Б.М.Казаков, В.B.Ðèæèé, В.Н.Смирнов и В.Б.Хайлов (73) С.А.Багаев, В.Н.Смирнов и В.Б.Хайлов (56) Авторское свидетельство СССР

ЬЬ 1067525, кл. G 09 В 23/08, 1984.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме в высших и средних специальных учебных заведениях по курсу физики для изучения физических законов.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи, которая состоит в создании универсальной учебной установки, в возможности сопряжения с персональным компьютером для обработки информации с помощью специального программного обеспечения.

На фиг.1 представлена установка; на фиг.2 — схема электронного блока; на фиг.3 — импульсные диаграммы, Учебная установка представляет собой маятник универсальный (настольный прибор), На вертикальной стойке 1 (фиг.1) закреплен кронштейн 2, с одной стороны которого подвешен математический маятник 3, с другой — физический оборотный маятник 4 со стержнем 5. B нижней части стойки 1 с помощью кронштейна 6 закреплен датчик фотоэлектрический 7 с воэможностью перемещения как вдоль, так и вокруг стойки 1 и фиксации в любом положении. (54) УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА ПО ФИЗИКЕ (57) Сущность изобретения: установка содержит вертикальную стойку, кронштейн, математический маятник, физический оборотный маятник, два фотоэлектрических датчика, задающий генератор, блок формирования импульсов, таймер, блок индикации, узел управляющих кнопок, блок памяти, блок формирования управляющих сигналов, дешифратор, контроллер ввода— вывода информации, контроллер прерываний, контроллер приемопередающего канала связи. 3 ил.

Датчик предназначен для выдачи электрических сигналов на электронный блок 8. В схему электронного блока 8 входит задающий генератор 9 (фиг.2), блок формирования импульсов 10, таймер 11, микропроцессорный блок управления 12, блок индикации 13 и управления 14, блок управления 15 элект- д ромагнитом 16. Связь с персональным ком- р пьютером осуществляется через интерфейс

17 (RS-232C). Микропроцессорный блок управления 12 включает в себя блок памяти 18 (фиг.3), процессорный блок 19, дешифратор

20, контроллер ввода-вывода информации 21, контроллер прерываний 22, конт- (Ь роллер приемопередающий 23 канала связи °

Таким образом, электронный блок 8 состоит из устройств питания, управления и индикации. Электронный блок 8 предназначен для управления подачи питания на электромагнит 16, определения длительности и количества периодов перенесения оси фотодатчика 7 подвижными элементами (3, 4) физических приборов и вывода результатов на индикаторную панель блока 13.

1831716

Датчиков 7 может быть два; ton(to ) — частота(период} опорного гене1) когда датчик 7 один, то обслуживают- ратора. ся работы по колебаниям маятника, Процессорный блок 19, проверяя содер2)когдадатчиковдва(7,24),тосчитается жимое счетчика СТО таймера 11 решает, интервал времени движения тела между 5 какой счетчик СТ1 или СТ2 готов к выдаче приходом импульсов с датчиков 7, 24. информации — при четном значении содерДатчики 7, 24 представляют собой опто- жимого счетчика СТО (подвижной элемент пару с открытым оптическим каналом и фор- " физического прибора четное количество раз мирователь электрического сигнала, пересек оптическую ось датчика 7) счетчик

Подвижный механический элемент фи- 10 СТ1 считает количество импульсов, постузического прибора, проходя через оптиче- пивших на его вход, а счетчик СТ2 готов к. скую ocb датчика прерывает световой поток, выдаче информации. При нечетном количечто приводит к изменению уровня выходно- стве импульсов, поступивших с датчика 7—

ro электрического сигнала на выходе датчи- счетчик СТ1 готов к выдаче информации, а ка. Сигнал с датчика поступает на вход 15 счетчик СТ2 находится в режиме подсчета электронного блока 8. В исходном состоя- количества импульсов опорной частоты, понии, т.е. после нажатия кнопки "Сброс" на ступающих с генератора 9. панели блока управления 14 и при отсутст- Сняв показания счетчика, процессорный вии сигналов с датчиков счетчики СТО, СТ1 блок 19 заносит в него исходное значение, таймера 11 находятся в нулевом состоянии, 20 подготавливая счетчик к следующему измепри этом сигнал логического нуля с прямого рению. выхода блока формирования импульсов— Результат измерения поступает на усттриггера 10 запрещает счет импульсов ройство ввода-вывода информации-контопорной частоты, поступающих с генерато- роллер 21 и отображается на индикаторной ра 9 счетчиком СТ1. На индикаторной пане- 25 панели блока 13. ли блока 13 отображаются нули во всех На индикаторной панели также отобрапозициях. жается количество пересечения оптической

При нажатии кнопки "Пуск" на панели оси, деленное на два. блока управления 14 отключается напряже- Окончание процесса измерения может ние питания с электромагнита 16 и освобож- 30 определяться или поступлением сигнала со даются подвижные элементы физического второго датчика 24, устанавливающим тригприбора (маятник, груз и т.п.}, гер 10 в исходное состояние, или по команде

При поступлении с датчика 7 первого с панели блока управления 14 при нажатии импульса содержимое счетчика СТО уста- кнопки "Стоп", навливается равным нулю, состояние вы- 35 На панель индикации может быть вывеходов триггера 10 изменяется на- дено, в зависимости от типа физического противоположное — разрешается накопле- прибора, на который установлен электронние импульсов опорной частоты, поступаю- ный блок, или значение временного интерщих с генератора 9 на счетчике СТ1 и валамеждуприходомимпульсовсдатчиков запрещается накопление импульсов на 40 7 и 24, или суммарное значение времени счетчике СТ2. поступления "n" импульсов с датчика 7.

При поступлении второго импульса с Злектронныйблок8обеспечиваетпередатчика 7 содержимое счетчика СТО увели- дачу информации по интерфейсу 17 RSчивается на единицу. 232С, при этом электронный блок передает

Состояние триггера 10 изменяется на 45 значение импульсов, поступающих с датчипротивоположное — размешается накопле- ка 7 и значение измеренной длительности ние импульсов на счетчике СТ2 таймера 11 временного интервала между приходом и запрещается накопление на счетчике двух импульсов сдатчика 7, СТ1, При поступлении сигналов по интерНа счетчике СТ1 запоминается количе- 50 фейсу RS-232С или с панели блока управлество импульсов опорной частоты генерато- ния контроллер 23 или контроллер ра 9, поступивших на вход счетчика СТ1 за ввода-вывода 21 формирует сигнал запроса время между поступлениями передних на контроллер прерываний 22, который выфронтов первого и второго импульсов. Вре- дает запрос на прерывание в процессорный менной интервал между двумя импульсами 65 блок 19. Процессорный блок 19 организует определяется соответствующие коды по шинам управлеТ =И 1/ „=И т„, ния и адреса на дешифратора 20, на контгде N — количество импульсов опорной час- роллер ввода-вывода 21 или контроллер 23, тоты, поступившее на вход счетчика СТ1 или что обеспечивает считывание кода замкнуСТ2 за одно измерение; той кнопки на панели блока управления 14

1831716 или информации, поступившей по интерфейсу 17 RS-232C.

В персональном компьютере должно быть размещено специальное программное обеспечение в виде управляющих диалога- 5 вых программ для проведения лабораторных работ.

Использование данной установки в учебном процессе обеспечения на глядность демонстрации, усваиваемость обуча- 10 емыми материалами, относящегося к определенному разделу физики, сконцентрировав из на физике процесса.

Установка универсальна, возможны разные режимы работы электронного бло- 15 ка.

Установка способна проявить свои преимущества в совокупности со специальным программным обеспечением, позволяющим обучаемым работать за персональным 20 компьютером в диалоговом режиме и управлять установкой для выполнения лабораторных работ.

Формула изобретения

Учебная установка по физике, содержа- 25 щая основание с установленной на нем стойкой с кронштейном, на котором укреплен математический маятник, расположенный на основании узел датчиков положения . маятника, задающий генератор, таймер, 30 блок формирования импульсов, узел управляющих кнопок и блок индикации, о т л ич а ю щ а я с я тем, что она снабжена блоком памяти, блоком формирования управляющих сигналов, последовательно включенны- 35 ми дешифратором, контроллерами ввода-вывода информации и прерываний и последовательно включенными контроллером приемопередающего канала связи и интерфейсным блоком и физическим оборотным маятником со стержнем, укрепленным на противоположной стороне кронштейна, а узел датчиков положения маятника расположен в зоне отклонения физического оборотного маятника, при этом выход задающего генератора соединен с первым и вторым информационными входами таймера, связанного на выхода шиной управления с контроллерами ввода-вывода информации, прерываний и приемопередающего канала связи и блоком формирования управляющих сигналов, который по шинам адреса и данных подключен к блоку памяти, а по шине адреса соединен с дешифратором, связанным выходами с первыми управляющими входами таймера и контроллера ввода-вывода информации и управляющими входами контроллеров прерываний и приемопередающего канала связи, выход узла управляющих кнопок соединен с вторым управляющим входом контроллера ввода-вывода информации, который выходом подключен к входу блока индикации; первый выход узла датчиков положения маятника соединен с третьим информационным входом таймера и первым информационным входом блока формирования импульсов, который первым выходом связан с вторым управляющим входом таймера, а вторым выходом подключен к третьему управляющему входу таймера и управляющему входу блока формирования импульсов, причем второй выход узла датчиков положения маятника соединен с установочным входом блока формирования импульсов.

l; 1716

У

Фий

1831716

И удсь с /7037

Составитель В.Хайлов

Техред M.Mîðlåíòàë Корректор С.Лисина

Редактор M.Êoëÿäà

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2552 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5