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李萨如图形演示器——一个好玩的51单片机项目

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汉江|  楼主 | 2016-8-5 18:17 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 汉江 于 2016-8-5 20:28 编辑

感觉51单片机学的差不多,能做点什么呢?大多数人都做时钟、光立方。这里给推荐一个新项目——李萨如图形演示器。

一、什么是李萨如图形演示器?       在中学物理中,很多同学都做过这样的实验。将两组同频正弦信号分别通过X-Y通道连接到示波器,在示波器中间就会出现一个小圆圈。改变两组信号的频率和相位,这个小圆圈就会变化出各式各样的图形。这就是李萨如图形。
        严格来讲,在数学上,李萨如(Lissajous)图形(又称利萨茹图形、李沙育图形或鲍迪奇(Bowditch)曲线)是两个沿着互相垂直方向的正弦振动的合成的轨迹。
       李萨如图形的参数公式:

       在电子学中,可采用李萨如图形测量出两个信号的频率比与相位差。接下来,我们看看改变这两个参数,会变化出什么样的图形
1、频率比变化
        当两个信号频率相同时,即频率比为1,则曲线是椭圆;当频率比变化时,曲线变化十分明显。下面是参数公式中a,b取不同值时,曲线的图形。
图1 几种不同频率比下的李萨如图形
        下面展示了两组信号相位相同(即δ=0)时,频率比(即a/b)从0到1,每隔0.01取值一次,对应的李萨如图形。
图2 频率比变化对应的李萨如图形
二、相位变化
       两个信号频率相同时,曲线是椭圆。当相位为0时,这个椭圆其实是线段;当相位为90度时,这个椭圆就是圆。
       当相位在0~360度变化时,曲线也将由线段变成椭圆,再到圆再到椭圆,最后回到线段,这样周而复始变化。
      下面这张图,将会清楚地展示,相位如何影响着李萨如图形的变化。
图3 不同相位下的李萨如图形
3、当频率比和相位同时变化下的李萨如图
       当频率比和相位同时变化时,李萨如图就出现了更加精彩纷呈的表现。下图是几种典型频率比和相位差下的图形:
图4 几种典型频率比和相位差下的李萨如图形
       当然,不同频率比和相位差下李萨如图形变化万千。想要真正观察到这些图形,不如我们自己设计一个李萨如图形演示器,通过动手和实验,来体验李萨如图形的魅力。

二、如何用单片机设计李萨如图形演示器

1、硬件设计
      主要思路是,通过单片机控制两路D/A转换器,输出两组正弦信号,输出到示波器的X、Y轴上。 通过程序改变这两组正弦波的频率和相位,输出不同的李萨如图形。
2、软件设计
     51单片机通过DDS算法输出两路频率和相位可调的正弦波,所以关键算法是用51单片机实现相位合成的DDS算法。
3、相关教程
     在“惠思通云课堂”中有详细的免费视频教程。
4、示波器上显示效果
频率比为1:1时示波器上的图形
频率比为1:2时示波器上的图形
频率比为1:3时示波器上的图形
频率比为2:3时示波器上的图形
       怎么样?功能还挺强吧?其实,这个最主要的技术特点,是单片机采用了DDS算法的原理,实现了正弦波信号的合成。采用这种算法,可以随意对波形的频率和相位进行微调。比如,可以将频率随意增加或减小零点零几赫兹。


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dirtwillfly 打赏了 5.00 元 2016-08-05
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沙发
dirtwillfly| | 2016-8-5 20:41 | 只看该作者
有电路图和代码就更好了

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