摘 要

在大学物理实验中，我们在做密立根油滴实验时通常需要测量两个量：平衡电压V；油滴匀速下降距离2mm所需时间T。

我们在进行这个实验时，需要经常调节该实验的平衡电压。而目前市面上常见的密立根油滴仪金属极板间的平衡电压大多采用电位器来调节。通过查阅众多文献资料了解到，电位器的典型结构主要是由电阻体、接触刷、基体或骨架等基础部分构成。当实验者对电位器反复转动时，触点与电阻膜频繁摩擦，经常出现电阻体和接触刷损坏，接触不良等情况。另一方面，密立根油滴实验仪的电压切换功能通常也采用机械按键来完成，我们在反复试验时发现，由于它的频繁切换，经常会导致油滴跑丢、控制不稳等现象。

由于电位器和按键的高频使用，经常会出现触点损坏、接触不良、控制失灵等情况。这些问题将导致仪器不能正常工作，从而影响了实验教学的质量，为大学物理实验教学带来了诸多不便。针对这些问题，我们拟采用数字控制的方式，利用光电编码器、触摸屏、以及单片机系统，替代原有的电位器和控制按键，对密立根油滴仪的电路控制部分重新设计，解决由于电位器和控制按键的经常使用所带来的一系列问题。

毕业设计的内容主要是利用光电编码器和触摸屏的特点和优势，采用51单片机实现控制，设计出密立根油滴仪的基本电路控制系统。由于密立根油滴仪的光学系统已经是很成熟的技术，我们直接采用了市面上常见的密立根油滴仪的光学系统，我们在本毕业设计中不作说明。

毕业设计要求围绕编码器及触摸屏的应用，去解决若干的实际问题。针对使用密立根油滴仪的实验过程中，频繁出现的电位器磨损和按键损坏导致仪器工作不正常的情况。为此，我和团队经过一年多时间的努力，研究使用光电编码器代替电位器，采用触摸屏替代控制按键，并结合单片机系统，由硬件并结合软件成功的解决了上述问题，达到了延长仪器使用寿命，提高仪器可靠性、提升仪器档次的目的。

关键词：电压控制 编码器 单片机 触摸屏

ABSTRACT

In the college physics experiment, two quantities should be measured in Millikan oil drop instrument: balanced voltage V and the time T that oil droplets of uniform drop distance of 2 mm.

In this experiment, the balanced voltage regularly needs to be adjusted. Currently, the balanced voltage between metal plates in Millikan oil drop instrument is mostly adopted potentiometers to adjust. Besides, the typical structure of potentiometer is composed of resistor body, contact brush, matrix or skeleton by references. On the one hand, when the potentiometer is turned over and over again, it leads to resistor body and contact brush breakdown, poor contact and so on. On the other hand, the voltage is usually adopts mechanical button to complete the switch function. However, due to its frequent switching, it often causes oil droplets running lost and unstable control.

Because of the high frequent use of potentiometer and function keys, it could easily result in contact damage, poor contact and control failure which may affect experiment teaching. In order to deal with the problems, it would be better to use photoelectric encoder and touch screen combined with single chip microcomputer system in the way of digital control. Consequently, Millikan oil drop instrument is redesigned and so as to solve a series of problems which results from the frequent use of potentiometer and function keys.

The content of this paper is based on the redesign and amelioration of Millikan oil drop instrument. This  instrument is combined with 51 single chip and takes advantage of the characteristics and strengths of photoelectric encoder and touch screen. Because optical system of Millikan oil drop instrument is a very mature technology, we directly use the optical system of the common market of Millikan oil drop instrument which is not clarified here.

The design focuses on the application of encoder and touch screen to address a host of problems. In a guesture to overcome instrument failure caused by potentiometer and function keys damage in frequent using, it takes us more than one year to research on adopting photoelectric encoder and touch screen instead of potentiometer and function keys, connecting with the single chip, the hardware and software so as to prolong its service life and improve its stability and operability, upgrade the equipment. 

Key words: voltage control; encoder; single chip; touch screen;

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1实验原理 1

1.2总体方案设计 2

第二章 硬件设计 4

2.1单片机部分 4

2.1.1单片机简介 4

2.1.2 STC89C52RC单片机 6

2.2电压调节 6

2.2.1光电编码器 7

2.2.2 TLV5616 D/A转换器 9

2.2.3电压调节模块 11

2.2.4电压输出在系统中的应用 12

2.3电压采集 13

2.3.1 ADS7816 A/D转换器 13

2.3.2 ADS7816在电压测量模块中的应用 15

2.4 触摸屏控制部分 16

2.4.1触摸屏模块概述 17

2.4.2触摸屏引脚说明 18

2.4.3触摸屏主要寄存器 19

2.4.4触摸屏控制模块在系统中的应用 20

2.5液晶显示部分 22

2.5.1 MAX7456芯片概述 23

2.5.2 MAX7456主要寄存器 25

2.5.3液晶显示部分在系统中的应用 26

第三章 主要软件设计 29

3.1光电编码器 29

3.2电压控制 30

3.3电压测量 30

3.4数据显示 31

3.5触摸屏控制 40

3.6软件流程图 41

第四章 数据分析及总结 43

4.1实测数据及处理 43

4.1.1 实测数据 43

4.1.2实验数据处理 43

4.2电路原理图 44

4.3电路PCB图 45

4.4作品特点 45

4.5作品展望 46

4.6 总结 46

参考文献 47

致谢 48

第一章 绪论

密立根油滴实验是近代物理学上的一个十分经典的实验，据参考文献^[1]，它通过对带电油滴在重力场和静电场中运动的测量，证明其电荷的不连续性，并进而测定基本电荷的值^[1]。因此，大多数国内外高校都开设了这个实验。

密立根油滴实验通常由静态平衡法和动态法来测量。无论采用何种方法都需要实验者去调节平衡电压，为此，对于市面上存在的众多密立根油滴仪，由于其存在电位器调节的弊端，其仪器的长期使用性和可靠性就大大降低了。

在密立根油滴仪的实验环节时，需要实验者对平衡电压反复调节，以致选出合适的油滴。利用电位器调节平衡电压给我们带来了诸多不便，例如电压不便于控制，油滴选择不合适，旋转电位器油滴不运动，油滴状态控制不稳等现象。

毕业设计主要阐述了密立根油滴仪中编码器输入单元、触摸控制单元、视频显示单元等单元的原理，并且通过反复实验得出最佳方案。同时，毕业设计也概述了系统的软件结构及相关程序。

1.1实验原理

如图1-1，我们将油滴喷入两块相距为d的平行极板之间。如果油滴的质量为m，所带电量为q，两个极板间的电压我们设为V，此时调节两极板间的电压V ，可使两力达到平衡：

(2-1)

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

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