选题依据:

在教学实验中,由于一些物理数据无法用普通仪器精确或难于测量出来,根据实验的需要,本课题将设计一种与PC通信接口相结合的智能仪器来解决这一问题。

主要研究内容:

为热力学实验平台设计一个与PC机的接口电路，编写相应的单片机程序及上位机程序，设计相应的串行通信协议，利用PC机完成部分热力学实验，使实验过程更清晰，准确。

研究思路及方案

智能物理实验仪应具有操作简单、测量方便、精度高、智能化和可以与PC机通信的特点。实现各种功能需要综合考虑硬件与软件的合理性、科学性.实验仪的所有数据通过接口电路微处理器处理,发送给PC机.将接口电路微处理器与实验仪微处理器进行通信。为各个设备之间设计串口通信协议进相互间的通信。

成果预测：

(1) 完成符合大学本科毕业要求的论文, 了解学术研究的一般思路和基本方法。

(2) 会制作出相应的电路板。

(3) 进行相应的编程，设计串行通信协议，按协议往上位机发送数据。。

(4) 掌握软硬件系统协同开发基本方法、过程、步骤和测调方法。

该课题结合单片机技术、计算机技术对传统物理实验仪器进行改进。下位机以ATMEGA16为中心，通过可编程增益、高精度模数转换芯片AD7705采集多路模拟量，将物理实验中用到的电压、电流、压力、温度、时间等物理量按照自编串口通信协议的格式发送到上位机处理。上位机对这些物理量进行分析，描绘实验曲线，分析实验结果。通过对ATMEGA16、AD7705等芯片数据手册的分析，设计了相应的电路原理图，编写了相应的软件。通过调试，取得了较好的效果，该课题所研究的物理实验仪器PC机接口方案，可应用于热力学实验平台，电磁学实验平台等。

在长期的科学技术和生产发展过程中，测量技术已趋于完善和成熟。一般的物理量均有相适应的测量手段。然而，传统的测试手段大多只适用于各种静态测量（被测量不随时间而变化或变化的频率不高），而且测试的精度也受到多方面的限制。随着微电子技术与计算机技术的飞速发展，出现了可以精确测量各种物理量的基于PC的数据采集系统。为了更好的测试模拟物理量（电压、电流）、数字物理量（温度）等，使实验过程更清晰、准确，该课题利用PC机设计了一个智能物理实验仪器，来完成部分热力学实验。

在研究过程中主要做了以下几个工作:

（1）硬件设计：主要包括单片机型号选择、电压采集模块、温度采集模块、通信接口模块等。

（2）软件设计：主要是通信协议设计以及下位机程序模块的设计，其中下位机程序设计模块包括AD7705、DS18B20采集模块的程序设计和通信接口模块设计等。