基于單片機(jī)的聲速隨溫度變化測量系統(tǒng)
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1．1 溫度采集模塊
為了加深學(xué)生對電子元器件的認(rèn)識和培養(yǎng)電子電路的設(shè)計能力，沒有用到集成的溫度傳感器，而是采用最基礎(chǔ)的二極管。二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨著溫度的升高，其正向特性曲線左移，即正向電壓減小。一般在室溫附近，溫度每升高1℃，其正向壓降減小2～2．5 mV。設(shè)計系統(tǒng)時，將二極管分別浸入冰水混合物和沸水中進(jìn)行校正。在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合物的溫度為0℃，沸水溫度為100℃。當(dāng)二極管浸入到冰水混合物進(jìn)行校正時，測得輸送到P0．4端的模擬電壓為0．88 V，因此R1取22 kΩ，R2取4．7 kΩ。第一個LM324采用射級跟隨器的形式，這樣當(dāng)環(huán)境溫度為0℃時，能夠確保A點電壓穩(wěn)定在0．88 V。特別地，二極管D1的正負(fù)兩端分別連接到運算放大器的輸出端和輸入負(fù)端。實踐證明，這種接法能夠較好地保證二極管兩端電壓不容易受到外界環(huán)境的干擾。為了如實反映溫度的變化，將二極管D2和D1放置在玻璃管的管內(nèi)兩側(cè)。D2和D1的電路完全相同。最后，這兩個經(jīng)二級放大后的模擬信號分別送入單片機(jī)的P0．4和P0．5。計算時，取這兩個信號的平均值。該模塊電路如圖2所示。
1．2 揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)模塊
80C196KC高速輸出端HSO．0定期發(fā)出脈沖，通過HSO_TIME寄存器讀取這一事件的時刻T1。該脈沖通過兩個三極管放大后，驅(qū)動揚(yáng)聲器SK發(fā)出聲波，該聲波運行到玻璃管的另一端后，被反射片反射回來，麥克風(fēng)MK接收到反射回來的聲波后，通過高輸入阻抗運算放大器CA3140，將聲音的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化。HSI．0端接收到較大的電壓信號后，產(chǎn)生一個外部中斷，通過HSI_STATU寄存器和HSI_TIME寄存器讀取該事件發(fā)生的時刻T2。這兩個事件的時間差就是聲波的運行時間。當(dāng)系統(tǒng)采用12 MHz晶振時，HSI可以在無需CPU干預(yù)的情況下，以2μs的分辨率識別從輸入引腳輸入的事件，因此可以滿足實驗要求的精度。B點可以通過外觸發(fā)接入到示波器，通過示波器觀察脈沖信號。LM311是電壓比較器，通過調(diào)節(jié)合適的電壓，對脈沖進(jìn)行濾波整形。圖3為揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)及其電路。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/171392.htm
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