文档介绍：第 18 卷第 1 期大学物理实验
2005 年 3 月出版 PHYSICALEXPERIMENTOFCOLLEGE
文章编号:1007 -2934 (2005) 01 -0041 -03
基于单片机多谱勒效应实验仪的设计
陈
(佛山大学,佛山,528000)
摘要介绍了用单片机设计多谱勒效应实验仪的电路组成和典型电路,电路简洁,
操作方便,成本低,教学效果好。
关键词多谱勒效应;声速测量;放大器;单片机
中图分类号:O42 文献标识码:A
多谱勒效应是大学物理综合性实验项目,实验原理简单,但实验装置不简单,涉及机
械传动、信号放大、光电计时等电路,是光机电一体的实验装置。目前用于多谱勒效应实验
教学的仪器很少,文献[1] 介绍了一种声波多谱勒效应综合实验装置,需要数字毫秒计、
信号放大器、数字频率计等仪器,仪器多、成本高,且电机正反转探制采用传统的继电器和
行程开关电路,寿命短,噪声大,控制不灵活。我们对文献[1] 实验装置进行了改进,用单
片机的计数器/ 定时器做数字毫秒计和频率计,用无触点的固态继电器控制电机正反转,
用集成芯片做放大器,研制了一种声波多谱勒效应实验仪,电路简洁,操作方便,寿命长,
成本低,教学效果好。
1 实验仪电路组成及工作原理
声波多谱勒效应实验装置见文献[1], 装有反射面的小车通过传动装置沿水平直导轨
往返运动,用扬声器做声源,用话筒做声波接收器。扬声器发出频率固定的声波,声波遇小
车反射面后返回被话筒接收。由于多谱勒效应,反射波将发生频移,频移大小与声源频率
和反射面(小车) 的速度有关。只要测出小车的速度,就可以求出频移;若同时测出速度和
频移,就可以求出声速。
图1是多谱勒效应实验仪电路组成。光电门1 、光电门2 和单片机89C52的定时器 T1组
成小车的测速计时电路,小车经过光电门 1 时向 89C52时 INT0端发出中断申请,启动 T1计
时,经过光电门 2 时向 89C52的 INT1端发出中断申请,停止 T1计时,从而测出小车的运动
时间,根据光电门1 到光电门 2 的距离就可求出小车的速度。若小车反向运动,则小车经过
光电门 2 时启动 T1计时,经过光电门 2 时停止 T1计时,从而可求出小车反向运动速度。话
筒放大器是将接收的反射声波信号经电压放大后送给 89C52 的计数器 T0 进行计数,用
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89C52 的定时器 T2计时,T2 计时 1 秒时 T0的
计数就是反射声波的频率。扬声器放大器是
将信号发生器输出的正弦音频信号进行功率
放大,然后驱动 5W ~ 10W 扬声器发声。电机
控制继电器和定位行程开关用来控制电机的
正反转,LCD 显示屏显示光电门计时时间和
话筒信号频率;按键用来启动电机和计时、测
频电路工作。
2 电路设计图 1 多谱勒效应实验仪电路组成
2 1 信号放大电路
图 2 是扬声器功率放大器。LM1875是
单片高性能音频放大器, 外围电路简单,
最大输出功率 30W,1KHz 时失真仅为
0 015%, 最高频率可达 70