Учебная установка по физике

(21) 5022 (22) 24,12 (46) 30,07 (72) С,А. В.Н,Сми (73) С,А.Б (56) Авто Я 10675 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР.93, Бюл. %28Багаев, Б.М. Казаков, В, В, Рижийрнов и В.Б.Хайловагаев, В,Н.Смирнов и В.Б.Хайловрское свидетельство СССР5, кл. О 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.З - 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. В 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. 1831716 А 3(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 (ЯЯС). Микропроцессорный блок управления 12 включает в себя блок памяти 18 (фиг.З), процессорный блок 19, дешифратор 20, контроллер ввода-вывода информа- - ф ции 21, контроллерпрерываний 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.Датчиков 7 может быть два; Ф 0(т 0)- частота(период) опорного гене 1) когда датчик 7 один, то обслуживают- ратора.ся работы по колебаниям маятника, Процессорный блок 19, проверяя содер 2) когда датчиковдва(7,24), то считается жимое счетчика СТО таймера 11 решает,интервал времени движения тела между 5 какой счетчик СТ 1 или СТ 2 гатов к выдачеприходом импульсов с датчиков 7, 24. информации - при четном значении содерДатчики 7, 24 представляют собой опто- жимого счетчика СТО (подвижной элементпару с открытым оптическим каналом и фор- " физического прибора четное количество размирователь электрического сигнала, пересек оптическую ось датчика 7) счетчикПодвижный механический элемент фи СТ 1 считает количество импульсов, постузического прибора, проходя через оптиче- пивших на его вход, а счетчик СТ 2 готов кскую ось датчика прерывает световой поток, выдаче информации. При нечетном количечто приводит к изменению уровня выходно- стве импульсов, поступивших с датчика 7 -го электрического сигнала на выходе датчи- счетчик СТ 1 готов к выдаче информации, ака. Сигнал с датчика поступает на вход 15 счетчик СТ 2 находится в режиме подсчетаэлектронного 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, процессорныйвии сигналов с датчиков счетчики СТО, СТ 1 блок 19 заносит в него исходное значение,таймера 11 находятся в нулевом состоянии, 20 подготавливая счетчик к следующему иэмепри 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 индикаторнойра 9 счетчиком СТ 1. На индикаторной пане 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 определяться или поступлением сигнала содаются подвижные элементы физического второго датчика 24, устанавливающим тригприбора (маятник, груз и т,п.), гер 10 в исходное состояние, или по командеПри поступлении с датчика 7 первого с панели блока управления 14 при нажатииимпульса содержимое счетчика СТО уста- кнопки "Стоп",навливается равным нулю, состояние вы На панель индикации может быть вывеходов триггера 10 изменяется на дено, в зависимости от типа физическогопротивоположное - разрешается накопле- прибора, на который установлен электронние импульсов опорной частоты, поступаю- ный блок, или значение временного интерщих с генератора 9 на счетчике СТ 1 и валамеждуприходомимпульсовсдатчиковзапрещается накопление импульсов на 40 7 и 24, или суммарное значение временисчетчике СТ 2. поступления "и" импульсов с датчика 7.При поступлении второго импульса с Злектронныйблок 8 обеспечиваетпередатчика 7 содержимое счетчика СТО увели- дачу информации по интерфейсу 17 ВЯчивается на единицу, 232 С, при этом электронный блок передаетСостояние триггера 10 изменяется на 45 значение импульсов, поступающих с датчипротивоположное - размещается накопле- ка 7 и значение измеренной длительностиние импульсов на счетчике СТ 2 таймера 11 временного интервала между приходоми запрещается накопление на счетчике двух импульсов сдатчика 7,СТ 1, При поступлении сигналов по интерНа счетчике СТ 1 запоминается количе фейсу ВЯС или с панели блока управлество импульсов опорной частоты генерато- ния контроллер 23 или контроллерра 9, поступивших на вход счетчика СТ 1 эа ввода-вывода 21 формирует сигнал запросавремя между поступлениями передних на контроллер прерываний 22, который выфронтов первого и второго импульсов. Вре- дает запрос на прерывание в процессорныйменной интервал между двумя импульсами 65 блок 19, Процессорный блок 19 организуетопределяется соответствующие коды по шинам управлеТ.-И 1/ =М т ния и адреса на дешифратора 20, на контгде И - количество импульсов опорной час- роллер ввода-вывода 21 или контроллер 23,тоты, поступившее на вход счетчика СТ 1 или что обеспечивает считывание кода замкнуСТ 2 за одно измерение; той кнопки на панели блока управления 14или информации, поступившей по интерфейсу 17 В 3-232 С.В персональном компьютере должно быть размещено специальное программное обеспечение в виде управляющих диалога вых программ для проведения лабораторных работ.Использование данной установки в учебном процессе обеспечения на глядность демонстрации, усваиваемость обуча емыми материалами, относящегося к определенному разделу физики, сконцентрировав из на физике процесса.Установка универсальна, возможны разные режимы работы электронного бло 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 изобретенияУчебная установка по физике, содержа 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 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,1831716 ИпауяЬсь С ао 3,Составитель В.ХайловТехред М.Моргентал орректор С.Лисина Редактор М.Коляд ьский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ПроизводственноЗаказ 2552 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5