物理霍尔效应实验的数据采集与处理

堡 = !堑 CN1 1—2034／T 实 验 技 术 与 管 理 Experimental Technology and Management 第23卷 第 l2期 2006年 l2月 Vo1．23 No．12 Dec．2006 实验技术与实验发展 物理霍尔效应实验的数据采集与处理 潘江波 ，刘晓红 (河海大学 常州校区：1．国际工商学院；2．数理部，江苏 常州 213022) 摘 要：研制开发了霍尔效应实验数据采集与处理自动化的硬件和软件，详细描述了下位机控制系统的工 作原理、逻辑设计以及上位机的算法，并得到了理想的实验结果。 关键词：数据采集；霍尔效应；下位机；上位机 中图分类号：04—34 文献标识码：B 文章编号：1002-4956(2006)12—0027—04 Research on the data acquisition and treatment in physics experiment on Huoer phenomenon PAN Jiang—bo，LIU Xiao—hong (1．College of International Industry&Commerce Hohai Univ．；2．Department of Mathematics and Physics，Hohai Univ．，Changzhou 213022，China) Abstract：To base on the basic principal of Huoer phenomenon experiment，the system has been developed to realize the automatic of the experiment．This paper not only introduces the theory and logical design of data acquisition and processing system，but presents the algorithm as wel1．The result of the system is succeeded． Key words：data acquisition ；Huoer phenomenon；lower level computer；upper level computer 霍尔效应实验人工收集和处理实验数据，不仅 实验速度慢，而且影响实验精度，操作灵活性差， 影响学生的实验兴趣。本文把 PC机引入到霍尔效 应实验中，实现实验过程自动化，提高了实验效率 和实验精度。 1 硬件设计 在原实验的基础上增加控制系统，该系统采集 并放大处理霍尔电压，然后通过数码管显示，并将 处理结果传输给上位机PC处理、自动拟合实验结 果曲线。 霍尔效应实验得到的数据为正负几个毫伏的电 压信号，一般来说，普通芯片很难直接处理，因 此，必须设置高精度的放大器。方法有2种 J：一 是采用数字测微器实现该功能，但其价格非浅，不 切实际；二是选用普通的芯片通过实际的操作处理 来达到要求，成本较低。本系统采用后一种实现方 收稿日期：2006—02—23 作者简介：潘江波 (1966一)。女 ，浙江省嵊州市人，硕士，副 教授． 法。具体设计包括，显示部分需要设计数码管，一 般情况下用4511芯片驱动；输入为电压，输出为 数字，采用常用的A／D 0809芯片设计了A／D转换 器，ADC0809工作电压为直流5V，单片机也需要 5伏直流电源；采用变压器和二极管整流电路和稳 压片设计5伏的直流电源，同时对于单片机设计了 时钟电路和复位电路。控制系统结构组成见图l， 硬件逻辑设计流程如图2所示。 图 1 下位机控制系统结构图 2 上位机算法设计 系统采用Visual Basic6．0程序设计语言，利用 Picture控件的隐现来表示系统功能的转换；用 Timer控件来计时，通过引发Timer事件，可以有 规律地隔一段时间执行一次代码 ；使用MS~Comm 控件提供的串口通讯功能进行编程，利用它的in— 维普资讯 http://www.cqvip.com 28 实 验 技 术 与 管 理 put和output进行数据的传递和接收，在数据处理 析。数据处理流程图如图3所示。 程序中显示数据，绘制实验结果曲线，以便进行分 图2 逻辑设计控制流程图 图3 数据处理流程圈 MSComm控件设计是本系统的主要软件部件。 考虑到仿真速度，采用MSComm．Setting=“300，， ，”重新设置了它的传输速率。对于 MSComm控件 而言，MSComm属性的值无论何时发生变化，都产 维普资讯 http://www.cqvip.com 潘江波，等：物理霍尔效应实验的数据采集与处理 生一个 OnComm事件，标志发生了一个通讯事件 或错误。对变量what设置不同的值来标志不同的 通讯事件：通讯检测、数据接收和线路故障信息， 根据相应的事件对接受到的值进行不同的处理。在 进行通信线路检测的时候，首先用 MSComm1．Por- tOpen=True来打开串口，然后按照事先的约定， 用MSComm1．Output=”1”来 通知 关于发布提成方案的通知关于xx通知关于成立公司筹建组的通知关于红头文件的使用公开通知关于计发全勤奖的通知 硬件可以发送 数据 “3”，用indata=Val(MSComm1．Input)来 检测是否接收到这个数据。在进行数据接收的时 候，直接用网格显示接收到的数据。具体程序设计 如下。 Private Sub MSComml — OnComm() SekCt Case what Case l i=0 Timer1．Enabled=Falsf Indata=Val(MSComm1．Input) Command5．Enab led=Tree Image3．Visible=Tme Image3．Picture=ImageListlmages(1)．Picture Ifindata=3 Then MsgBOX“计算机通信线路正常，设置好参数后开始实验!”，vblnformation，“系统报告” Fcombad=False Else MsgBox“计算机通信线路故障!请更改另一COM 121再试。”，vbExelamation，“系统报告” Image3．Picture=ImageList1．Listlmages(2)．Picture Fcombad=Tme End If Case 2 ⅡVal(vh)= ”Then MsgBOX 。vbExclamation． Goto OUT2 End If Select Case k Case 1 vhl=Val(MSComm1．Input) Case 2 vk2=Val(MSComm1．Input)／10 Case 3 vh3=Val(MSComm1．Input)／100 End Select k=k+1 If k=3 Then vh=vhl+vh2+vh3 fg1．TextMatrix(i，j)=Format(Val(vh)，” ．00”) i；i+1 Ⅱ i=5 Then ／／控制总时间 fsI=．TaxtMatfix(i，j)=Format(Val(Abs(fs1．TextMatrix(i一1，j))+ Abs(fs1．TextMatrix(i一1，j))+Abs(fg1．TextMatrix(i一3，j))+Abs(fsI． TextMatrix(i-4，j)))／4，”#绷．00”) ／／第五个网格显示数据的平均值 i= 1 Call Compj ／／启动中断EX0 维普资讯 http://www.cqvip.com 30 实 验 技 术 与 管 理 End If k：0 End If MSComm1．Output=’’2’’ OUT2： what m-3 MSComm1．Output=”3’’ Case 3 MsgBox“数据读人错误，请检查仪器”，vbExclamation，“系统报告” End Select End Sub 3实验结果与分析 萎 斜率逼近真实值。 本文所提出的霍尔效应实验的数据采集与处理 图4 数据采集与处理结果图 实验的控制参数设置为：d=0．034 cm，B=0．2 T。选中 “测量 一 ”按钮，在 ， ：0．500 A固 定的情况下， 采样的起始值为0．25 mA，采样间 隔为0．25 mA，从通信串口接收实验数据并在网格 中显示不同，日值所对应的 值，绘制出两者之间 的关系曲线图，利用曲线的斜率计算出霍尔系数的 值。同样，选中 “测量 一，m”按钮，在， 固定 的情况下，可以显示出不同的， 所对应的 值， 绘制出两者之间的关系曲线图，利用曲线的斜率计 算出霍尔系数的值。 参考文献 (References)： [1]杨建设，姚瑛．大学物理实验 [M]．南京：河海大学出版 社，2Oo0． [2]李志忠，王家祯．数据采集和监控中的微机应用 [M]．北京： 清华大学出版社，2000． [3]李鸿吉．Visual Basic 6．0中文版编程方法详解 [M]．北京：北 京科学出版社．2o01． [4]楼然苗，李光飞．5l系列单片机设计实例 [M]．北京：北京航 空航天大学出版社，2003． [5]王幸之，钟爱琴，王雷，等．AT89系列单片机原理与接口技术 [M]．北京：北京航空航天大学出版社，2003． [6]华胡荐． 片机&DSP外围数字I 技术手册 [M]．北京：北京 航空航天大学出版社，2003． [7]柴成钢，罗贤清，等．大学物理实验 [M]．北京：科学出版 社 ，2004． [8]赵延龄，蒲艳玲．精馏实验数据处理软件的开发与应用 [J]． 实验技术与管理。2005，22(6)：56—58． 维普资讯 http://www.cqvip.com