gpio控制实验实验报告（精选14篇）
一、实验目的
1、能够使用GPIO的输入模式读取开关信号。
2、掌握GPIO相关寄存器的用法和设置。
3、掌握用C语言编写程序控制GPIO。
二、实验环境
PC机
一台
ADS 1.2集成开发环境 一套
EasyARM2131教学实验平台 一套
三、实验内容
1.实验通过跳线 JP8 连接KEY1与P0.16，程序检测按键KEY1 的状态，控制蜂鸣器BEEP 的鸣叫。按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。（调通实验后，改为KEY3键进行输入）。
2.当检测到KEY1有按键输入时点亮发光二极管LED4并控制蜂鸣器响，软件延时后关掉发光管并停止蜂鸣，然后循环这一过程直到检测按键没有输入。（键输入改为键KEY4，发光管改为LED6）。
3.结合实验三，当按下按键Key1时，启动跑马灯程序并控制蜂鸣器响，软件延时后关掉发光管并停止蜂鸣，然后循环这一过程直到检测按键再次按下。
四、实验原理
当P0 口用于GPIO输入时（如按键输入），内部无上拉电阻，需要加上拉电阻，电路图参见图 4.2。
进行 GPIO 输入实验时，先要设置IODIR 使接口线成为输入方式，然后读取IOPIN 的值即可。
图 4.2按键电路原理图
实验通过跳线 JP8 连接KEY1_P0.16，程序检测按键KEY1 的状态，控制蜂鸣器BEEP 的鸣叫。按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。
在这个实验中，需要将按键KEY1 输入口P0.16 设为输入口而蜂鸣器控制口P0.7 设置为输出口。蜂鸣器电路如图 4.3 所示，当跳线JP6 连接蜂鸣器时，P0.7 控制蜂鸣器，低电平时蜂鸣器鸣叫。LED灯电路如图4.4所示，低电平时灯亮。
图 4.3 蜂鸣器控制电路
图 4.4 LED 控制电路
程序首先设置管脚连接寄存器PINSEL0 和PINSEL1，设置P0.16 为输入，设置P0.7，P1.21 为输出。然后检测端口P0.16 的电平，对P0.7, P1.21进行相应的控制，流程图如图 4.5 所示，实现程序见程序清单 4.1。
图 4.5 按键输入实验流程图
五、实验步骤、源代码及调试结果
内容1
实验步骤
① 启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。② 在user组里编写主程序代码main.c。
③ 选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。④ 将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接。⑤ 选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。
⑥ 全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。如下图所示：
⑦ 单击Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。选择System Views->Debugger Internals 即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。
通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等的值和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。如下图所示：
⑧ 可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。如下图所示：
图4.6 未按下Key1时IO0PIN的值 图4.7 按下Key1时IO0PIN的值
由上两图可知，当按下Key1时，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0（F变为E），key1与P0.16相连，按下Key1时，P0.16管脚输出电平由1变为0，寄存器值变化，蜂鸣器响，说明控制是正确的。
现象描述：按下KEY1，蜂鸣器鸣叫，松开后停止蜂鸣。源代码：
#include “config.h” const uint32 BEEP = 1 << 7;// P0.7 控制蜂鸣器 const uint32 KEY1 = 1 << 16;// P0.16 连接KEY1
（改为KEY3时，只需“const uint32 KEY1 = 1 << 16”改为“const uint32 KEY3 = 1 << 18”，其余不变。）
/******************************************************************************************* ** 函数名称：main()** 函数功能：GPIO 输入实验测试。
** 检测按键KEY1。KEY1 按下，蜂鸣器蜂鸣，松开后停止蜂鸣。** 跳线说明：把 JP8 的KEY1 跳线短接，JP11 连接蜂鸣器。
*******************************************************************************************/ int main(void){ PINSEL0 = 0x00000000;// 所有管脚连接GPIO PINSEL1 = 0x00000000;IO0DIR = BEEP;// 蜂鸣器控制口输出，其余输入 while(1){ if((IO0PIN & KEY1)== 0)IO0CLR = BEEP;// 如果KEY1 按下，蜂鸣器鸣叫 else IO0SET = BEEP;// 松开则停止蜂鸣 } return 0;}
内容二
实验步骤
① 启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。② 在user组里编写主程序代码main.c。
③ 选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。④ 将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接。⑤ 选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。⑥ 全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。如下图所示：
⑦ 单击Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。选择System Views->Debugger Internals 即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。
通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等全局变量、i等本地变量和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。如下图所示：
左图所示为ARM7微控制器的片内寄存器窗口。
图4.9 本地变量
图4.8 全局变量
⑧ 可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。如下图所示：
.图4.10 未按下KEY1时IO0PIN的值 图4.11 按下KEY1后IO0PIN的值
对比图4.10和4.11，发现按下KEY1后，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0；而KEY1对应管脚P0.16，当按下时输入低电平，这说明KEY1的控制是正确的。
上图所示为运行 “IO0CLR = BEEP”后IO0PIN寄存器的值，与图4.10对比，发现第8位由1变为0，BEEP对应P0.7管脚，这说明BEEP的控制是对的。现象描述：当按下KEY1时，蜂鸣器鸣响，LED4亮；当松开KEY1后，蜂鸣器静音，LED4灭。
源代码如下：
#include “config.h” const uint32 BEEP = 1 << 7;// P0.7 控制蜂鸣器 const uint32 KEY1 = 1 << 16;// P0.16 连接KEY1
（改为KEY4按键时，只需把上句代码改为“const uint32 KEY4=1<<19”，其余不变）const uint32 LEDS4= 1 << 21;// P1[21]控制LED4，低电平点亮
（改为LED6时，只需把上句代码改为“const uint32 LED6=1<<23”，其余不变。）/*************************************************************************** ** 函数名称：main()** 函数功能：GPIO 输入实验测试。
** 检测按键KEY1。KEY1 按下，蜂鸣器蜂鸣，松开后停止蜂鸣。** 跳线说明：把 JP8 的KEY1 跳线短接，JP11 连接蜂鸣器。
*******************************************************************************************/ int main(void){ Uint32 i;
PINSEL0 = 0x00000000;// 所有管脚连接GPIO PINSEL1 = 0x00000000;IO0DIR = BEEP;// 蜂鸣器控制口输出0 IO1DIR = LEDS4;// 设置LED4 灯亮 while(1){ if((IO0PIN & KEY1)== 0)for(i=0;i<1000;i++);{ IO0CLR = BEEP;// 如果KEY1 按下，蜂鸣器鸣叫 IO1DCLR = LEDS4;// 设置LED4 灯亮 } else {
// 软件延时
IO0SET = BEEP;// 松开则停止蜂鸣
IO1SET= LEDS4;// 设置LED4 灯灭 } for(i=0;i<1000;i++);} return 0;}
// 软件延时
内容三
实验步骤
① 启动ADS1.2IDE集成开发环境，选择ARM Executable Image for lpc2131工程模板建立一个工程BEEP_key。② 在user组里编写主程序代码main.c。
③ 选用DebugInFLASH生成目标，然后编译链接工程。④ 将EasyARM教学实验开发平台上的相应管脚跳线短接。⑤ 选择Project->Debug，启动AXD进行JLINK仿真调试。
⑥ 全速运行程序，程序将会在main.c的主函数中停止。如下图所示：
⑦ 单击Context Variable图标按钮（或者选择Processor Views->Variables）打开变量观察窗口，通过此窗口可以观察局部变量和全局变量。选择System Views->Debugger Internals 即可打开LPC2000系列ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。
通过变量窗口可以观察变量BEEP、KEY1等的值和ARM7微控制器的片内外寄存器窗口。如下图所示：
⑧ 可以单步运行程序，先按下Key1，观察IO0PIN寄存器的值，然后断开Key1，观察IO0PIN寄存器的值。可以设置/取消断点；或者全速运行程序，停止程序运行，观察变量的值，判断蜂鸣器控制是否正确。如下图所示：
图4.12未按下Key1时IO0PIN的值 图4.13按下Key1时IO0PIN的值
由上两图可知，当按下Key1时，IO0PIN寄存器的第16位由1变为0（F变为E），key1与P0.16相连，按下Key1时，P0.16管脚输出电平由1变为0，寄存器值变化，蜂鸣器响，流水灯亮，说明控制是正确的。
现象描述：当按下按键KEY1时，蜂鸣器鸣响，流水灯亮；松开后，蜂鸣器静音，流水灯灭。
源代码如下： #include “config.h”
const uint32 BEEP = 1 << 7;// P0.7 控制蜂鸣器 const uint32 KEY = 1 << 16;// P0.16 连接KEY1 const uint32 LEDS8 = 0xFF << 18;// P1[25:18]控制LED8~LED1，低电平点亮
void DelayNS(uint32 dly){ uint32 i;
for(;dly>0;dly--){ for(i=0;i<50000;i++);} }
/******************************************************************************************* ** 函数名称：liushuideng()** 函数功能：流水灯显示实验。
** 调试说明：连接跳线 JP12 至LED8~LED1。
*******************************************************************************************/ /* 流水灯花样，低电平点亮，注意调用时候用了取反操作 */ const uint32 LED_TBL[] = { 0x00, 0xFF, // 全部熄灭后，再全部点亮
0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80, // 依次逐个点亮 0x01, 0x03, 0x07, 0x0F, 0x1F, 0x3F, 0x7F, 0xFF, // 依次逐个叠加 0xFF, 0x7F, 0x3F, 0x1F, 0x0F, 0x07, 0x03, 0x01, // 依次逐个递减 0x81, 0x42, 0x24, 0x18, 0x18, 0x24, 0x42, 0x81, // 两个靠拢后分开 0x81, 0xC3, 0xE7, 0xFF, 0xFF, 0xE7, 0xC3, 0x81 // 从两边叠加后递减 };int liushuideng(void){ uint8 i;PINSEL1 = 0x00000000;// 设置管脚连接GPIO IO1DIR = LEDS8;// 设置LED 控制口为输出 while(1){ for(i=0;i<42;i++){ /* 流水灯花样显示 */ IO1SET = ~((LED_TBL[i])<< 18);DelayNS(20);IO1CLR =((LED_TBL[i])<< 18);DelayNS(20);} } return 0;} //主函数
int main(void){ uint32 i;PINSEL0 = 0x00000000;// 所有管脚连接GPIO PINSEL1 = 0x00000000;IO0DIR = BEEP;// 蜂鸣器控制口输出0
while(1){ if((IO0PIN & KEY)== 0){for(i=0;i<1000;i++);{ IO0CLR = BEEP;// 如果KEY 按下，蜂鸣器鸣叫 liushuideng();} } else { IO0SET = BEEP;// 松开则停止蜂鸣 IO1SET= LEDS8;} for(i=0;i<100;i++);} return 0;}
// 软件延时 // 软件延时
六、思考题
1、如果将P0.30设置为GPIO输入模式，且管脚悬空，那么读取P0.30得到的值是0还是1？或者是不确定？
当管脚悬空时，该管脚有可能是高电平也有可能是低电平。读取IO0PIN的值并不能确定管教的值。有时管脚是高电平，读取到的不一定是高电平。
网络时代的高速发展，对网络的安全性也越来越高，企业内部可能存在不同网段计算机访问许可不同，服务器拒绝收到某种服务信息流量等问题。通过配置路由器中访问控制列表，可以控制网络流量，按规则过滤数据报文，实现访问许可，并帮助企业内部网络制定相关策略，描述安全功能，反映流量的优先级，提高网络的安全性[1]。配置访问控制列表是《构建中小型企业网络》课程中重要内容，需要掌握路由器基本配置的基础知识。
Packet Tracer是思科发布的一款网络辅助学习软件，它可以模拟设计网络结构，配置网络仿真环境，排除网络故障，整个界面和网络环境真实再现。Packet Tracer解决了学校网络实验室内设备不足，减轻了教学负担的问题，有利于培养学生的网络学习兴趣[2]。
2 实验原理
IP访问控制列表是应用在路由器接口的指令列表，可分为标准IP访问控制列表和扩展IP访问控制列表。标准IP访问控制列表检查路由数据包的源地址，从而允许或拒绝基于网络、子网或主机的IP地址的所有通信流量通过路由器的出口。扩展IP访问控制列表既检查数据包的源地址，也检查数据包的目的地址，还检查数据包的特定协议类型、端口号等。扩展访问控制列表可以对同一地址允许使用某些协议通信流量通过，而拒绝使用其他协议的流量通过[3]。
通过灵活地增加访问控制列表，达到过滤流入和流出路由器接口的数据包，限制网络流量，提高网络性能，起到网络访问的基本安全作用。
3 实验项目设计
3.1 实验目标
(1）理解标准IP访问控制列表的原理及功能；
(2）掌握命名的标准IP访问控制列表的配置方法；
(3）理解扩展IP访问控制列表的原理及功能；
(4）掌握编号的扩展IP访问控制列表的配置方法。
3.2 实验任务描述
某公司下设经理室、销售部、财务部，另外架设了公司的Web服务器，各部门分别属于不同的网段，具体见图1网络拓扑图。考虑财务处存放有重要的账套信息，保证服务器安全，领导要求实现：
任务一销售部不能访问财务部，但经理室可以访问财务部；
任务二.各部门主机只能访问服务器的WWW服务，不能对其使用ICMP服务。
3.3 实验设计
1）实验步骤分析
为实现任务目标，需要依次完成（1）在Packet Tracer仿真平台中搭建网络物理环境，考虑减少实验复杂性，这里仅选用了三台路由器、三台电脑、一台服务器；（2）给各个端口分配IP地址，其中IP规划设计如表1所示；（3）配置路由，保证PC之间、PC到服务器间网络畅通，仅畅通后才能实验允许或拒绝服务，测试网络连通性；（4）配置标准IP访问控制列表，实现任务一；（5）配置扩展IP访问控制列表，实现任务二；（6）测试实验结果。
2）实验关键指令
(1）路由配置指令
R1路由配置：
依次配置R2、R3，分别用PC2电脑ping PC3和Web服务器，测试网络整体连通性，并用WEB浏览器访问WEB服务器，测试结果如图2所示，显示网络畅通：
(2）配置标准IP访问控制列表命令
标准IP访问控制列表可以实现允许或拒绝来自某一网段完整协议，可以帮助我们实现PC1可以与PC3通信，但是不允许PC2与PC3通信。考虑PC1、PC2、PC3都要访问WEB服务器，只有在R2的F0/0端口宣告应用。关键命令如下：
至此，完成标准IP访问控制列表的配置，经测试达到预期目标，测试结果如图3-4所示：
(3）配置扩展IP访问控制列表命令
扩展IP访问控制列表比标准IP访问控制列表具有更多的匹配项，它检查数据包的源地址和目标地址，允许或拒绝某个特定的协议，例如TCP协议。它可以帮助我们实现任务2中提到的各子网段可以使用www服务，访问WEB服务器，但是拒绝使用ICMP服务。根据访问控制列表的最靠近受控对象原则，将扩展IP访问控制列表应用在R2的S0/0/1端口，关键命令如下：
至此，完成扩展IP访问控制列表的配置，经测试达到预期目标，测试结果如图5-6所示：
3）实验结果分析
从结果可以看出，标准IP访问控制列表仅检查源地址，允许和拒绝的是完整的协议；扩展IP访问控制列表检查源地址和目标地址，允许或拒绝的是某个特定的协议。配置访问列表的每一条语句就是一个规则，数据包发送后，逐条匹配，直到匹配到合适语句，执行语句的动作（允许或拒绝）；如果没有找到匹配的规则，按照缺省规则执行[4]。
另外在实验中，允许或拒绝的都是整个网段，使用了反向子网掩码帮助实现，方向子网掩码中的0表示检查相应IP相应位，1表示不检查，从而可以通过反向子网掩码再对IP地址段进行细分，实现过滤指定部分网段数据功能。
3.4 实验总结
基于Packet Tracer仿真平台，配置访问控制列表的实验，能在教学中帮助同学们理解了标准IP访问控制列表和扩展IP访问控制列表的原理及其功能；通过任务驱动教学方法，帮助同学们掌握基本配置方法，加深理解路由器的网络管理功能。通过理论和实践结合提高了学生学习网络基础知识的积极性。
4 技能拓展
本次实验中仅涉及标准IP访问控制列表配置、扩展IP访问控制列表配置，ACL访问控制列表还包含反向访问控制列表、基于时间的访问控制列表、基于名称的访问控制列表。综合配置访问控制列表，可以保护存放敏感数据的计算机，拒绝非法访问服务器，阻止病毒传播与攻击，控制网络流量，提高网络性能，限定上网时间等作用。
摘要：针对网络实验室内设备不足,不便于学生开展网络实验的问题,本文描述了利用Packet Tracer仿真模拟软件开展配置IP访问控制列表的意义,详细介绍了开展配置访问控制列表的实验原理、实验项目设计、实验技能的拓展。帮助学生理解访问控制列表的功能,掌握其配置方法,并应用于实践中去。
关键词：实验教学,访问控制列表,流量控制,网络安全
参考文献
[1]Malik.网络安全原理与实践[M].王宝生,朱培栋,白建军,译.北京:人民邮电出版社,2008.
[2]刘静.基于Packet Tracer的IP访问控制列表教学设计与实现的研究[J].科技创新与应用,2012(12):276.
[3]王芳.路由器访问控制列表及其应用技术研究[J].解放军信息工程大学,2007.
1 加一加
例1 在许多精密的仪器中，如果需要较精确地调节某一电阻两端的电压，常常采用如图1 所示的电路。通过2只滑动变阻器R1和R2对一阻值为500 Ω左右的电阻R0两端电压进行粗调和微调。已知2个滑动变阻器的最大阻值分别为200 Ω和10 Ω，关于滑动变阻器R1、R2的联接关系和各自所起的作用，下列说法正确的是（ ）
A.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，调节R1起粗调的作用
B.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，调节R2起微调作用
C.取R1=200 Ω，R2=10 Ω，调节R2起粗调作用
D.取R1=10 Ω，R2=200 Ω，调节R1起微调作用
点评 本题的正确选项为A。学生在学了分压式电路后，对分压式电路的结构与功能还不是非常的理解，通过此例中再加上一个分压电路的方法，促使他们对分压式电路的原理、控制、误差大小分析等方面产生更深刻的理解。另外有一些演示实验也可以通过添加实验装置或改变实验控制的方法，来使学生能更加深刻地理解物理规律或原理。
2 减一减
例2 劈尖干涉是一种薄膜干涉，其装置如图2所示。将一块平板玻璃放置在另一平板玻璃之上，在一端夹入2张纸片，从而在2块玻璃表面之间形成一个劈形空气薄层。当光垂直入射后，从上往下看到的干涉条纹如图3所示。干涉条纹有如下特点：⑴任意一条明条纹或暗条纹所在位置下面的薄层厚度相等；⑵任意相邻明条纹或暗条纹所对应的薄层厚度差相等。现若在图2装置
中抽去一张纸片，则当光垂直入射到新的劈形空气薄层后，从上往下观察到的干涉条纹（）
A.变疏B.变密 C.不变 D.消失
点评 本题的正确选项为A。由于当入射光的波长和劈形材料的折射率n不变时，相邻的明条纹或暗条纹之间的间距l与劈尖顶角a的乘积为一常量，即la=λ/2n。当抽去1张纸片时，劈形空气薄层的顶角变小了，则产生的相邻明条纹或暗条纹之间的距离将变大，即观察到的干涉条纹变疏了。一些演示实验可以通过减少实验装置中控制物件的方法，帮助学生分析实验原理与实验过程，加深对实验原理的理解。类似减一减的实验还有很多，如在验证动量守恒定律的实验中，可把小支柱拿走等。
3 扩一扩
例3 教材中演示运动的合成与分解的实验如图4所示。假设从某时刻t=0开始，红腊块在玻璃管内每l s上升的距离都是10 cm； t=0开始， 玻璃管从静止向右匀加速平移，加速度大小为10 cm/s2。试在图5中定性画出红腊块的运动轨迹。当t=3 s时， 红腊块的位置坐标是（）。
点评 本题答案(45 cm，30 cm)，图略。一些演示实验可在运动方式的控制上作一些改进，如“匀速”改为“加速”，“上升”变为“下落”，“直线”改为“曲线”等，加深对物理规律的理解。本例中，课本上的演示实验是控制为匀速运动，但在具体深入理解时，可从加速角度进行拓展，从而对运动的合成有更深入的理解。
4 比一比
学生在练习使用了一些实验仪器或实验方法后，可以对它们作一些比较， 如用伏特计测量电压与用静电计测量电势差的比较，打点计时器的使用与频闪照片的比较等。通过比较，能使学生对所使用的仪器、仪表或实验方法有更深刻的理解。下面对伏特表与静电计的原理与使用作一简要比较。
例4 在如图6所示的静电实验电路中，已知电容器的电容C1=C2=C，电源的电动势为E，内阻为r，伏特表的内阻为10 kΩ。当电路达到稳定状态后，则( )
A.伏特计和静电计上显示的电势差相等，都是E/2
B.伏特计显示的电势差比静电计显示的电势差大些
C.静电计显示的电势差为零
D.伏特计显示的电势差为零
点评 本题正确选项为D。在此例中，要记住伏特表测电压时要求是通路，而静电计测电压时要求是断路。由于伏特表两端都是断开的，因而示数为零，而静电计两端与电源相连，读数为E。
5 变一变
例5 用图7所示的装置观察光的反射和折射现象并测得玻璃的折射率。在光具盘的中央固定一块半圆形的玻璃砖，使二者的圆心重合。让激光束从玻璃砖的圆弧面一侧入射，光线垂直且经过圆柱的轴线，经过玻璃砖方向不变，记下入射光束在光具盘上对应位置的刻度，在入射光束不变的情况下，以圆柱的轴线为轴，有两束光同时在光具盘上移动，当光具盘转过θ时，发现其中一束光刚好消失，则玻璃的折射率为n=（）。
点评 本题答案l /sinθ。许多演示实验可以从实验方法、实验器材、实验原理等方面作一些改进，使实验素材更加丰富。在课本中测玻璃折射率时，采用的是平行玻璃砖，但从实验原理上来看，不管采用哪种形状材料，如半圆形的、圆柱体的、三棱镜形的等等，都基于同一实验原理。从这一角度去拓展与思考，可为学生提供更为宽阔的思维平台。
6 学一学
例6 理想实验有时更能深刻地反映自然规律。伽利略设想了一个理想实验。其中有一个经验事实，其余是推论，如图8所示。
⑴减小第2个斜面倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度
⑵2个对接的斜面，让静止的小球沿1个斜面滚下，小球将滚上另1个斜面
⑶如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度
⑷继续减小第2个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面作持续的匀速运动
请将上述理想实验的设想步骤按照正确的顺序排列（只要写序号即可）。在上述的设想步骤中，有的属于可靠的事实，有的则是理想化的推论。下列事实和推论的分类正确的是（）
A.⑴是事实，⑵⑶⑷是推论
B.⑵是事实，⑴⑶⑷是推论
C.⑶是事实，⑴⑵⑷是推论
D.⑷是事实，⑴⑵⑶是推论
点评 本题正确的顺序排列为⑵⑶⑴⑷；关于事实和推论的分类正确的是B。科学思维和科学方法是认识世界的基本手段。在研究和解决问题过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法。在进行物理实验演示时，不光要对实验所涉及到的物理知识进行讲述，更要注意引导学生从实验思维与科学方法上进行思考与总结。这样，在利用演示实验进行课堂教学时，才真正挖掘出物理学实验的教学功能。
一、实验目的：
实现三相电机的连动、点动以及停止功能
二、实验要求：
不可出现短路；接线要求正确；布局整齐
三、实验器材：
空气开关、热继电器、接触器、按钮开关、三相电机
四、实验分析：
（1）、当SB2闭合时，控制电路形成回路，线圈KM作用使得主回路通路电机转动，同时控制电路的开关KM闭合形成自锁功能，实现三相电机的连动功能（2）、当关闭SB2，闭合SB3时，SB（3）断开，控制电路可以导通而不会自锁，主回路导通，当SB3跳开时，控制电路断开，主回路断开，实现三相电机的点动功能（3）、当断开SB1时，控制电路断开，线圈KM不作用，主回路断开，实现三相电机的停止功能
AQFBCNFRKMSB1FRSB2KMSB3SB(3)M
1KM
电路图
五、实验实物展示：
六、实验结果：
电路可实现连动、点动以及停止
七、实验体会：
实 验 报 告
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实验名称:
机器人控制技术基础
课程名称： 机器人控制技术基础
实 验 人：张 钰 信 安1601 201609040126 李 童 能 化1601 201605040111 韩翔宇 能 化1601 201605040104 成 绩：
指导教师： 林永君、房静
实验日期： 2016年3月4日-3月26日
华北电力大学工程训练中心
第一部分：单片机开发板 实验一：流水灯实验
实验目的：通过此实验，初步掌握单片机的 IO 口的基本操作。实验内容：控制接在 P0.0上的 8个LED L0—L8 依次点亮，如此循环。硬件说明：
根据流水灯的硬件连接，我们发现只有单片机的IO口输出为低电平时LED灯才会被点亮，我们先给P0口设定好初值，只让其点亮一盏灯，然后用左右移函数即可依次点亮其他的灯。源程序如下： #include
for(;;){ led_1=0;display_ms(10);
}
} led_1=1;led_2=0;display_ms(10);led_2=1;led_3=0;display_ms(10);led_3=1;led_4=0;display_ms(10);led_4=1;led_5=0;display_ms(10);led_5=1;led_6=0;display_ms(10);led_6=1;led_7=0;display_ms(10);led_7=1;led_8=0;display_ms(10);led_8=1;第二部分：机器人小车
内容简介：机器人小车完成如图规定的赛道，从规定的起点开始,记录完成赛道一圈的时间。必须在30秒之内完成，超时无效。其中当小车整体都在赛道外时停止比赛，视为犯规，小车不规定运动方向,顺时针和逆时针都可以采用，但都从规定的起点开始记录时间。作品优点及应用前景：
单片机可靠性高，编程简单单片机执行一条指令的时间是μs级，执行一个扫描周期的时间为几ms乃至几十ms。相对于电器的动作时间而言，扫描周期是短暂的，可以认为在一个扫描周期内输入端子的状态是不变的，而对其状态变化的采集和处理也是实时的，从而满足了实时控制的要求。本次设计的简易智能电动车，采用STC89C52RC单片机作为小车的检测和控制核心，使单片机按照预定的工作模式控制小车在各区域按预定的速度行驶，通过控制单片机进而控制小车，体现了智能化，通过使用不同的函数及设定不同的函数参数，能够在不同的要求下改变小车的前后轮转动方向以及转动速度，来完成不同的目的要求。在画正方形的同时能够完成四个1/4圆弧的制作。
循迹实验场地图：
传感器电路图：
源程序：
#include
} void main(){ unsigned int i;
l_l = 1;r_l = 1;l_m = 1;r_m = 1;for(;;)unsigned int i,j;for(i=0;i if((l_l ==0)&&(r_l ==1)){ l_m = 1;for(i=0;i<5;i++) { } r_m = 0;delay(5);r_m = 1;delay(45); } else if((l_l ==1)&&(r_l ==0)){ } else if((l_1==1)&&(l_2==1)){ } else { l_m = 0;r_m = 0;delay(5);l_m = 1;r_m=1;l_m=1;r_m = 1;for(i=0;i<5;i++){ } l_m = 0;delay(5);l_m = 1;delay(45); } r_m = 1;delay(45);} } 第三部分：心得体会、合理性建议或意见 一、实验目的 1．观察系统的不稳定现象。 2．研究系统开环增益和时间常数对稳定性的影响。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验内容 系统模拟电路图如图 系统模拟电路图 其开环传递函数为: G（s）=10K/s(0.1s+1)(Ts+1) 式中 K1=R3/R2，R2=100K，R3=0～500K；T=RC，R=100K，C=1f或C=0.1f两种情况。 四、实验步骤 1.连接被测量典型环节的模拟电路。电路的输入U1接A/D、D/A卡的DA1输出，电路的输出U2接A/D、D/A卡的AD1输入，将纯积分电容两端连在模拟开关上。检查无误后接通电源。 2.启动计算机，在桌面双击图标 [自动控制实验系统] 运行软件。3.在实验项目的下拉列表中选择实验三[控制系统的稳定性分析] 5.取R3的值为50K，100K，200K，此时相应的K=10，K1=5，10，20。观察不同R3值时显示区内的输出波形(既U2的波形)，找到系统输出产生增幅振荡时相应的R3及K值。再把电阻R3由大至小变化，即R3=200k，100k，50k，观察不同R3值时显示区内的输出波形, 找出系统输出产生等幅振荡变化的R3及K值，并观察U2的输出波形。 五、实验数据 1模拟电路图 2．画出系统增幅或减幅振荡的波形图。C=1uf时： R3=50K K=5： R3=100K K=10 R3=200K K=20： 等幅振荡：R3=220k: 增幅振荡：R3=220k： R3=260k: C=0.1uf时： R3=50k: R3=100K: 1 药物合成实验课程考核中存在的问题 随着我国高等医学院校教学改革的不断深入, 药物合成实验课程在教学内容调整、教学方法更新、教学环境改善等方面开展了许多有益的探索和实践, 但在课程考核方面相对滞后, 以至于影响到整体的改革效果。药物合成实验课程考核存在的问题主要有以下几个方面。 1.1 单一的药物合成实验课程考核方法无法调动学生的学习积极性 目前, 医学高等院校药物合成实验课程考核仍沿用较早的方法, 以学生撰写的纸质实验报告作为课程考核的依据。加之药物合成实验课程的多数实验项目为验证性实验, 难以激发学生参与的积极性和培养学生的创新意识。因此, 学生在药物合成实验课程的教学过程中, 学习兴趣和积极性会逐渐消退, 容易形成投机取巧、“临时抱佛脚”的不良心态, 期望通过抄实验报告来完成考核。 1.2 撰写纸质实验报告难以全面客观地反映学生实验课程的学习信息 纸质实验报告不仅无法全面客观地反映学生实验课程的学习信息, 还难以考核学生的实际操作能力, 对于创新能力的考核更是无从谈起。大多数情况下, 学生在完成药物合成实验课程的实验报告时, 仅仅是充当“搬运工”, 机械地将目的、方法、步骤等内容从课本抄在实验报告上。还有些学生对周围学生的抄袭和对网络的依赖情况非常严重, 进而造成了实验报告“千人一面”的结果, 难以达到实验课程的教学目的和考核学生实验学习的效果。 1.3 实验教师无法对学生实验过程进行全程监督和管控 在药物合成实验课程的实施过程中, 由于学生分组较多, 带教的实验教师相对不足, 加之药物合成实验步骤繁琐、反应时间长, 实验教师无法对每一组学生的每一步实验步骤进行全程监督和管控。因此, 很容易造成学生将实验过程的重要信息遗漏, 或者无法客观记录实验过程, 或者无法全面描述和分析影响实验的因素等情况, 造成实验教师无法对学生学习效果客观准确地评价。 1.4 实验教师对药物合成实验课程考核改革缺乏动力和勇气 药物合成实验课程至今沿用纸质实验报告, 一方面实验教师已经熟悉和适应这种课程考核方法, 另一方面实施多元化考核方法必然在无形之中增加了实验教师的教学工作量。此外, 改革现有的药物合成实验课程考核方法没有固定的模式, 需要花费更多的时间去实践和探索, 在研究过程中会遇到各种困难, 甚至还可能出现一些问题。 2 目前高校药物合成实验课程考核改革的现状 针对药物合成实验课程考核中存在的问题, 我国各高等院校的同行开展了各种教学改革, 以期改进考核方法、提高实验教学质量。如曹志凌等[1]为了突破传统教学模式、增强教学效果, 采用“2+1”人才培养模式后, 要求药物合成实验课程采用动手操作考试。杨华等[2]在教学过程中反复强调规范操作并做好详细的实验记录, 要求学生随堂完成实验记录, 每次实验结束时学生将实验记录及产品交予教师检查签字认可, 同时教师随堂与学生进行讨论并给予指导。 此外, 在其他相近学科的实验课程考核方面, 许多教学工作者也进行了大胆尝试和实践, 取得的经验亦可借鉴应用到药物合成实验课程考核改革中去。例如张兰芳等[3]针对药物化学实验课程的考核过程不严格、学生平时实验态度不端正、实验操作技术掌握不够熟练等问题, 制订了严格的药物化学实验课程的考核方案和评分细则。张京玉[4]建立了一套科学的实验课程考核体系, 平时成绩由实验预习、实验纪律和实验态度、实验操作过程、实验报告或实验小结的成绩按一定的比例构成;操作考试则由教师根据实验教学内容, 选择考题制成卡片, 由学生随机抽取, 采用提问或模拟操作的方式进行考查。马桂芝等[5]通过对药物分析学实验教学考核办法的改革与创新, 将平时实验和期末考试有机结合, 调动了学生的主动性和积极性, 培养了学生的学习兴趣、综合科研能力和团结协作精神, 有效提高了学生的实践能力与创新能力。 3 视频版实验报告考核方法的研究思路与步骤 3.1 采用文献研究方法, 拟订药物合成实验课程视频版实验报告的考核细则 采用文献研究的方法, 通过计算机检索中国知网、万方、维普、生物医学期刊数据库, 以“药物合成”、“实验报告”、“考核办法”等为关键词, 检索相关文献报告, 仔细阅读后撰写综述报告, 吸取同行在药物合成实验报告考核中的经验和教训。同时结合我校的实际情况, 拟订我校药物合成实验课程视频版实验报告的考核办法, 明确考核的具体细则、考核流程、考核要点以及考核目标等内容, 形成初稿。 3.2 采用专家调查法, 完善药物合成实验课程视频版实验报告的评分标准 采用专家调查法, 即德尔菲法 (Delphi Method) , 制订药物合成实验课程视频版实验报告的评分标准。具体方法和步骤是:首先将文献研究总结的考核要点和初步拟订的评分分值通过问卷调查的形式, 征求专家的意见和建议。通过多次反复的专家问卷调查, 逐步整合、汇总、完善药物合成实验课程视频版实验报告的考核要点及评分分值, 制订并形成药物合成实验课程视频版实验报告的评分标准。 3.3 采用随机对照法, 观察视频版实验报告对药物合成实验教学效果的影响 采用随机对照的方法, 选取药学院药学专业或制药工程专业不同班级开展实验, 观察视频版实验报告对药物合成实验教学效果的影响。具体方法和步骤是:选取一定数量的班级作为实验组, 要求学生在药物合成实验课程中, 以视频的方式完整记录实验过程, 并提交视频版实验报告。选取同样数量的班级作为对照组, 要求学生在药物合成实验课程结束后, 提交纸质的实验报告。然后对实验组和对照组所有学生进行实验原理、实验步骤和技能操作等方面的综合考试, 通过对比学生考试成绩, 观察视频版实验报告对药物合成实验教学效果的影响。 4 视频版实验报告应用于药物合成实验课程考核的意义 将视频版实验报告应用于药物合成实验课程的考核中, 一是可以激发学生的学习兴趣, 调动学生参与实验操作的积极性, 使学生更好地融入实验;二是可以督促学生认真领会实验课程项目的实施要点, 在实施过程中实现自我管理和监督, 以保证顺利完成实验报告, 提高实验教学效果及质量;三是为实验教师提供了真实客观的评价依据, 使实验教师可以对学生实验的情况和效果客观、公平、准确地评价;四是视频版实验报告通过在药物合成实验课程考核中的应用, 逐渐形成一套成熟的考核体系后, 可以推广应用到药学专业的其他实验课程中。 综上所述, 随着现代科技的迅猛发展, 特别是便携式智能通讯设备的普及, 加之当代大学生自我展示和交流沟通意识强烈, 为药物合成实验课程考核应用视频版实验报告提供了有力保障。但是视频版实验报告作为药物合成实验课程考核的一种方式, 不能孤立存在, 必然需要与其他方法相互补充、相辅相成, 才能真正实现激发学生兴趣、提高教学质量、客观评价教学效果的最终目的。 关键词：视频,实验报告,药物合成实验,课程考核 参考文献 [1]曹志凌, 刘玮炜, 陶传州.药物合成反应案例教学模式探索[J].广东化工, 2012, 37 (12) :170, 162. [2]杨华, 吴春丽.药物合成实验教学改革的探索[J].广州化工, 2013, 41 (14) :222-223. [3]张兰芳, 何文涓.浅论高职药学专业药物化学实验考核评估方案[J].职业技术, 2011 (10) :18. [4]张京玉.中医院校药物合成实验教学改革探索[J].中国科教创新导刊, 2011 (24) :50. 实验器材：试管三支，“金钱”溶液、“名利”溶液、“爱心”溶液各50mL，“友情”粉末少许。 实验目的：当今社会，友情在人们生活中所占的分量似乎越来越轻，然而，人们的生活、工作和学习其实都离不开友情。本实验可测出“友情”粉末与不同物质在一起时所产生的不同反应，让人们进一步了解友情的重要性。 实验步骤：取出三支试管，放进相同质量的“友情”粉末，然后分别倒入“金钱”“名利”“爱心”三种溶液，观察三支试管内发生的不同的化学反应现象。 实验现象：①倒入“金钱”溶液的试管中，原来光芒四射的友情粉末，顿时变得混浊，释放出一种具有刺激性气味的气体，并有黑色固体物质生成。 ②倒入“名利”溶液的试管中，“友情”粉末立刻“灰飞烟灭”，留下一种叫做“仇恨”的血红色物质。 ③倒入“爱心”溶液的试管里，立刻生成一颗颗叫做“挚友”的固体物质。 实验结果：友情+金钱=狂风+暴雨+有害物质 友情+名利=仇恨+烦恼+有害物质 友情+爱心=挚友+快乐+有益物质 实验结论：友情不是靠金钱、名利来维护的，而要用爱心去催生。在心与心的交流中产生感应，友情才能地久天长。 注意：“金钱”和“名利”两种溶液与“友情”发生反应后生成的物质，若不经过处理，对人类健康、对环境的危害极大，应及时处理。 （指导老师：鲁作富） 【简评】从实验名称到实验器材，再到实验步骤和实验结论，乍一看，这不就是一份规范的实验报告么？你若真那么认为，就大错特错了。作者借用实验报告这种形式巧妙地诠释了自己对友情的理解。实验器材和实验步骤都是作者精心设计的，既与常见的化学实验有着相似之处，又很容易让人体味到其用意。实验结论点明意旨，引人深思。 班级：自动F1203班 姓名：蔡申申 学号：201223910625 一、实验目的 1．掌握用PID控制规律的直流调速系统的调试方法； 2．了解PWM调制、直流电机驱动电路的工作原理。 二、实验设备 1．THBCC-1型 信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台 2．THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)3．PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 直流电机在应用中有多种控制方式，在直流电机的调速控制系统中，主要采用电枢电压控制电机的转速与方向。 功率放大器是电机调速系统中的重要部件，它的性能及价格对系统都有重要的影响。过去的功率放大器是采用磁放大器、交磁放大机或可控硅（晶闸管）。现在基本上采用晶体管功率放大器。PWM功率放大器与线性功率放大器相比，有功耗低、效率高，有利于克服直流电机的静摩擦等优点。 PWM调制与晶体管功率放大器的工作原理： 1．PWM的工作原理 图13-1 PWM的控制电路 上图所示为SG3525为核心的控制电路，SG3525是美国Silicon General公司生产的专用。PWM控制集成芯片，其内部电路结构及各引脚如图13-2所示，它采用恒频脉宽调制控制方案，其内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器和保护电路等。调节Ur的大小，在A、B两端可输出两个幅度相等、频率相等、相位相互错开180度、占空比可调的矩形波（即PWM信号）。它适用于各开关电源、斩波器的控制。 2．功放电路 直流电机PWM输出的信号一般比较小，不能直接去驱动直流电机，它必须经过功放后再接到直流电机的两端。该实验装置中采用直流15V的直流电压功放电路驱动。 3．反馈接口 在直流电机控制系统中，在直流电机的轴上贴有一块小磁钢，电机转动带动磁钢转动。磁钢的下面中有一个霍尔元件，当磁钢转到时霍尔元件感应输出。 4．直流电机控制系统如图所示，由霍耳传感器将电机的速度转换成电信号，经数据采集卡变换成数字量后送到计算机与给定值比较，所得的差值按照一定的规律（通常为PID）运算，然后经数据采集卡输出控制量，供执行器来控制电机的转速和方向。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将直流电机单元24V的“+” 输入端接到直流稳压电源24V的“+”端； 1.2 用导线将直流电机单元0～5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端，同时将UO的“+”(霍耳输出)输出端接到数据采集卡的“AD1”处； 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序运行 2.1启动计算机，在桌面双击图标“THBCC-1”，运行实验软件； 2.2 顺序点击虚拟示波器界面上的“按钮(脚本编程器)； 2.3在脚本编辑器窗口的文件菜单下点击“打开”按钮，并在“计算机控制技术应用算法”文件夹下选中“直流电机”脚本程序并打开，阅读、理解该程序，然后点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“步长设置”，将脚本算法的运行步长设为50ms； 2.4点击脚本编辑器窗口的调试菜单下“启动”；观察直流电机的运行情况。2.5 当直流电机的转速稳定在设定值后，再点击“脚本编辑器”窗口上 “停止”按钮，重新配置P、I、D的参数或改变算法的运行步长，并再次运行算法程序，观察直流电机的运行情况； 2.6 实验结束后，关闭脚本编辑器窗口，退出实验软件。 ”按钮和工具栏上的 “ ” 五、实验结果 1.P、I、D控制参数对直流电机运行的影响。 ×数字调节器模数转换器保持执行器对象D/A采样保持多路开关测量环节 当重新配置P、I、D的参数时的实验结果（如将K改为2.5时） 六、实验体会 模拟实践操作过程 1）准备会计模拟的一些资料，其中包括总分类账户的期初余额以及其中一部分明细账期初余额，该公司1月份发生的经济业务。 2）根据经济业务编制会计分录，然后根据会计分录编制记账凭证。 3）根据记账凭证编制原材料，生产成本，库存商品的明细账，以及银行日记账，现金日记账。 4）根据各种明细账编制科目汇总表。 5）开设总分类账户，并根据科目汇总表登记总分类账户，结出期末余额。 6）根据全部的总分类账的记录编制试算平衡表。 7）编制资产负债表和利润表。 模拟实验的收获与感想 学习基础会计已经差不多有一个学期了，课堂上都是针对书本每一章节做练习。这是第一次把之前的练习合起来作为一次综合练习。之前做练习会觉得比较简单，但是把所有练习综合起来就有一种无所适从的感觉。虽然如此，但是在班导师的带领下，一步一步地把账做好，最后编制报表。当今天把报表编制出来之后，我回顾自己这几个星期做过的账，之前一开始那种无所适从的感觉没有了，反之，我现在对于企业做账有了一个大概的理解。 经过这次模拟实验之后，让我亲身感受到做一名会计人员必须有耐心和细心，绝不能粗心大意，马虎了事。 模拟实验的建议 关键词：实验 初中生物 控制 学生实验是指上课时在教室或实验室里，在教师的指导下学生独立操作而进行的实验。学生实验课是“动”起来的课堂，更有利于培养学生的实验操作技能、绘图技能和各种能力，并更能激发学生的学习兴趣和发挥学生的主动性、创造性。因此，教师在学生实验课中做好组织、控制工作是非常重要的。 一、实验课前的准备工作 做好实验前的准备是上好实验课的基本保证。每次实验课都必须做好以下几方面的准备工作： 1.编写实验课教案 根据教学大纲和课本的要求，结合本校实际条件，具体确定实验的目的、要求和内容；明确通过实验应该使学生获得的知识和技能；确定实验作业的内容和形式等等。 2.做好实验器材的准备 生物学实验材料受到地区性、季节性的限制，有的必须预先采集或浸制，有的需要经过一定时间的培养等等。所以，在制订学期教学计划时，必须要对全程教学中需要的实验材料有一个全盘的计划和安排，规定出具体日程，及时采集、购买、浸制或培养，以保证实验课有充足的、合适的实验材料。此外，对实验中的仪器设备和药品也必须做好准备。 3.做好预试 预试是教师在实验课前，根据实验课教案和准备好的器材、药品进行预备实验。通过预试，确定选用哪种材料、哪种方法的效果最显著；哪些操作观察比较困难而必须加以具体指导；配制的药品是否适用；实验的分量和时间安排是否适当，由此来更好地安排教学进度等等。教师要根据预试的情况，对实验课教案加以必要的修改和调整，以提高实验课的质量。 4.学生分组和培养小组长 根据实验条件和实验内容的实际情况，把学生分成实验小组，并固定好在实验室的座位，指定对生物有兴趣、学习认真努力、纪律性强和工作负责的学生担任小组长。为了在实验中充分发挥小组长的助手作用，减轻教师的指导负担和提高实验课的质量，可以在实验前利用课外时间培训小组长，让他们事先熟练地掌握实验内容和方法，以便在实验课时，能起到“小教师”的作用。 5.布置预习或复习实验教材 每次实验课前，都要布置学生预习或复习实验教材和有关的知识内容，让学生明确实验的目的、步骤、方法、使用的仪器药品等等，以保证能顺利地进行实验，提高实验课的效果。 二、实验课中的组织和控制 1.培养学生良好的实验习惯 实验课秩序混乱，常常是由于学生对实验器材的好奇心和没有养成良好的实验习惯而引起的。因此，在学生进入中学进行第一次生物学实验时，必须说明实验室守则和实验规则，要求学生严格遵守。 2.进行适当形式的讲解、示范 教师亲手示范传授规范的操作要领，这是动作技能形成的条件，也是实验成功的关键环节。因此，在学生开始实验前，教师简要明确的讲解和必要的示范是十分重要的。教师在讲解或示范操作方法时，必须指出哪些方法是正确的，哪些方法是不正确的，以及可能发生的问题，正确的实验结果等。 3.规定好学生的工作 有时候，有些学生在实验中没有工作可做而“无事生非”。每个实验小组的人数太多，实验器材太少，实验被个别学生所“包办”了，大多数学生袖手旁观，违反纪律的现象就会发生。因此，适当的分组和规定好学生的工作是十分重要的。如果实验材料少、设备不够，需要轮流操作时，要安排好操作的顺序和时间，并规定好未轮到操作的学生的具体工作。如，先完成《实验报告册》、绘图、填图等；若有多项实验，可安排交错进行，并规定好交换的时间和顺序，使实验进程在有组织、人人有工作做的情况下进行，用具体任务把学生“管”和“框”起来。 4.对实验过程的指导和调控 在学生实验过程中，教师主要是巡视、具体指导和维持纪律，在发现有共同性问题时，可暂停全班实验，进行集体辅导。教师在巡视中发现学生操作有错误或要领没有掌握时，应该诱导启发学生自己纠正，不能包办代替。这样，既发挥了学生的主动性和积极性，又锻炼了学生独立工作的能力，能有效地提高实验效果。再有，巡视中发现态度不认真、偏离实验目的、影响他人实验的行为等情况要立刻制止，加以教育，以免造成课堂混乱，影响实验进程。 总之，在学生实验课中教师要做好组织、调控工作，充分发挥教师的主导作用、学生的主体作用，引起教与学双方的同步反应，实现实验教学效果的最优化。 参考文献： ［1］周美珍，郑鸿霖，张代芬．中学生物学教学法．北京：高等教育出版社，1991．5． 目前, 微机电设备正引起越来越多的学者的关注[1,2], 1989年在美国盐湖城会议上, 首次提出MEMS概念:Micro-Electro-Mechanical Systems, 即微机电系统, 这是指特征尺度在1 μm～1 mm之间集电子、机械于一身的器件[3]。微燃烧的研究是制造微机电设备的基础, 而微燃料的精确连续供给又是微燃烧能稳定进行的关键。微流体系统的流量在nL/min～L/min量级, 由于尺寸微小, 可以减少系统的无效体积, 降低能耗, 提高响应速度[4]。微型燃烧系统的特征长度很小, 其流动、传热和燃烧具有的特性, 与大尺寸的燃烧系统有许多不同。一般将大于1 mm的尺度称为宏观尺度, 1 μm～1 mm的尺度称为微尺度。微流体研究的特征尺度目前一般在微尺度量级[5]。 微型动力源领域的研究在微型机械设备制造技术最近取得发展的基础上进行的, 微发动机、如微涡轮发动机、微转子发动机、微火箭发动机等是微动力机电系统的核心装置, 其共同特征是利用碳氢燃料, 在一个微型的燃烧器中燃烧释放热量。氢气和烃类燃料的能量密度大约是当前最好的锂化学电池的10～100倍, 因此使用电池的电子设备如蜂窝电话、照相机、手机、笔记本电脑等, 如果用微发动机驱动, 将可以极大地提高使用效率。而且采用碳氢燃料的微动力装置还具有成本低廉、电压稳定的优点。微发电机将广泛应用于工业、农业、环境保护、交通运输、医疗卫生、国防科技等各行各业的电子器件中, 还可以作为微型汽车、微型飞机、微型泵等微型机械的动力。 在前期进行的液体乙醇微尺度扩散燃烧实验中[6,7,8,9,10], 我们采用医用微量注射泵作为微量液体乙醇燃料的驱动设备。实验中, 发现用微量注射泵供给微量液体乙醇时, 存在燃料供应不连续的问题, 而燃料供应不连续使得火焰的燃烧不够稳定, 对进行微尺度扩散火焰的研究带来很大的麻烦。基于对微量注射泵工作机理的认识, 以及对微量液体乙醇燃料供给和微燃烧特性的研究, 对微量注射泵进行了简单的改进, 取得了较好的效果。 1 微燃烧实验装置与微量注射泵 1.1 微燃烧实验装置 实验在小型燃烧试验台上进行, 试验台系统如图1所示。选用无水乙醇作为燃料, 20 ℃时无水乙醇的物理性质如表1所示。通过微量注射泵供给无水乙醇并控制流量, 注射泵的量程为1 μL/h～63 mL/h, 允许误差为<1%。用陶瓷管作燃烧器, 陶瓷管规格如表2所示。固定陶瓷管的支架材料为黄铜。用体视显微镜观察火焰, 采用“体视显微镜→数字摄像头→计算机”的方式取像, 数字摄像头的型号为ProgRes C12plus Camera。通过Origin绘图软件辅助测量火焰化学反应区边界, 首先确定可见光火焰边缘位置的相对值, 再通过已知的陶瓷管外径按比例换算出可见光火焰高度和宽度值。 1.2 微量注射泵的结构和工作原理 1.2.1 微量注射泵的工作原理 微量注射泵由步进电机及其驱动器、丝杆和支架等构成, 具有往复移动的丝杆、螺母, 因此也称为丝杆泵。螺母与注射器的活塞相连, 注射器里盛放液体燃料。工作时, 单片机系统发出控制脉冲使步进电机旋转, 而步进电机带动丝杆将旋转运动变成直线运动, 推动注射器的活塞进行注射输送液体, 把注射器中的液体燃料输出。通过设定螺杆的旋转速度, 就可调整其对注射器针栓的推进速度, 从而调整所给的液体燃料。结构如图2所示[11]。 1.2.2 步进电机的工作原理 步进电机[12]是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度 (称为“步距角”) 。它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量, 从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的。步进电机的角位移量与脉冲数成正比, 它的转速与脉冲频率 (f) 成正比, 如两相步进电机设定为半步的情况下 (电机转一圈400个脉冲) :n=60f/200 (r/min) 。 2 微量注射泵控制流量存在的问题及改进 2.1 微量注射泵控制流量的问题 根据微量注射泵的工作原理, 每次人工设定一个燃料流速, 微量注射泵会根据注射器内径的大小, 自动计算出步进电机在单位时间内应该走的角位移。而步进电机每步走的角位移即步距角是确定的, 故单片机系统会根据步进电机需要走的角位移来确定单位时间内发送给步进电机的脉冲个数。因此, 步进电机和注射器内径不变时, 人工设置的燃料流速越小, 则步进电机在单位时间内收到的脉冲个数会越少, 即步进电机在单位时间内走的步数也会越少, 造成燃料流量的供给相对不连续。在做液体乙醇微尺度火焰燃烧实验中, 火焰稳定燃烧的液体乙醇流速范围大致为0.8～2.5 ml/h, 流速是很低的, 因此, 微量注射泵的液体燃料供给脉动比较明显, 造成火焰燃烧的不稳定。在对火焰进行拍摄过程中, 我们发现火焰发生周期性的脉动现象, 用数字摄像头连续对火焰进行拍照, 但连续拍出的火焰照片中, 火焰高度偏差比较大, 这对研究微尺度火焰的特性带来了很大的困难。 而根据市场调查, 目前国产微量注射泵价格为几千至一万多元不等, 进口价格为二至五万元。由于步进电机具有快速启停、精确步进 (无积累误差) 以及能直接接收数字量等优点, 而且它的步距角和转速受环境影响小, 仅与脉冲频率有关, 目前市场上的微量注射泵都是采用步进电机进行驱动的。因此, 在原微量注射泵的基础上, 基于微燃烧火焰的特点, 对微量注射泵进行简单的改进以满足实验的需要具有重要的意义。 2.2 微量注射泵装置的改进 2.2.1 采用小内径的注射器 根据微量注射泵中步进电机的工作原理, 对于人工设定的液体乙醇燃料流速, 为使微量注射泵的液体乙醇供给更连续, 我们采取换用更小内径注射器的方法, 通过对比注射器更换前、后, 数字摄像头在短时间拍出的一系列火焰照片, 来检验该方法是否有效。该对比实验下, 使用的陶瓷管内径为1 mm, 微量注射泵的流量控制为1.5 ml/h。 将原来内径d为20 mm的注射器换成内径d为10 mm的注射器, 由于d减小了一半, 微量注射泵要供给相同的流量, 步进电机在单位时间需要走的角位移量增加, 即收到的脉冲数增加, 步进电机在单位时间走的步数也增加, 使流量供给更加连续。通过计算可知, 对微量注射泵供给相同流量的液体乙醇, d减小一半, 步进驱动器接收的脉动数增加为原来的4倍, 步进电机在单位时间走的步数也增加为原来的4倍。经过实验验证, 注射器内径减小后, 火焰燃烧的比原来稳定, 通过数字摄像头在短时间拍出的一系列火焰照片中, 火焰的高、宽度比原来接近。在此基础上, 换用内径d为5 mm的注射器, 效果更显著, 拍出一系列火焰照片, 火焰的高、宽基本相等, 此时火焰的尺寸大致为高2.7 mm, 宽2.8 mm, 即火焰的脉动相当微小。实验结果显示采用更小内径注射器的方法可以达到使微量注射泵的液体乙醇微流量供给更连续的目的。3种内径的注射器下所拍摄的火焰照片如图3所示。 2.2.2 其他改进方法 其他可以改进微量注射泵供给微量液体燃料连续性的方法有:减小脉冲频率、对步进电机进行细分控制等。 (1) 减小脉冲频率 文献[13]对步进电机驱动器进行变频控制, 在加速启动阶段通过逐步提高驱动脉冲的频率, 使步进电机以一个恒定的加速度加速运动到所需要的速度;在恒速运行阶段保持最高驱动脉冲频率不变;在减速停止阶段, 驱动脉冲由最高频率逐步降低, 直到电机运行到所设定位置。在整个运动过程中, 通过控制总脉冲个数N来控制步进电机运动。达到了预期控制的效果与功能, 并且系统成本较小。 对于给微尺度燃烧供给微量液体燃料的微量注射泵, 由于火焰稳定燃烧的液体乙醇流速范围大致在0.8～2.5 ml/h这样的低速范围内, 所以应该保持驱动脉冲在低频率, 降低步进电机的推动速度, 从而提高燃料供给的连续性, 减小微尺度火焰的脉动。 (2) 步进电机的细分控制 步进电机的细分控制的基本原理就是将电机绕组中的电流细分, 由常规的矩形波供电改为阶梯波供电, 此时绕组中的电流将按一定的阶梯顺序上升和下降, 从而将步进电机的每一粗步 (自然步) 进行细分, 得到更小的步距角, 提高系统的分辨率。由于电机绕组时间常数Ts存在, 细分电流不能采用一般的调压变流方式来得到, 但采用脉宽调制 (PWM) 方式则可实现所需要的电流变化。细分控制中采用双峰曲线电流波形, 细分部距角更加均匀, 力矩平稳, 实现了低速平滑运行, 消除了电机的震荡。随着细分数m的增加, 可使步进电机由一般的步进运行变为“连续”运行。细分数m的大小, 决定步距角大小与定位精度, 但随着m的增加, 其能达到的最高转速将降。因此, 系统中采用变化的m, 也就是在用于位置伺服时, 细分数m可以跟踪速度的变化要求, 即采用低细分数完成速度趋近, 采用高细分数实现启动加速与位置趋近[14]。 对于给微尺度燃烧供给微量液体燃料的微量注射泵, 对步进电机进行细分控制, 减小步进电机的步距角, 增加单位时间内步进电机的步数, 必然会提高燃料供给的连续性, 减小微尺度火焰的脉动。 (3) 装置改进后的效果 对装置进行改进后, 由于燃料供应更连续, 使得微火焰的脉动减小。一方面, 拍摄下来的每组火焰照片的结构尺寸会基本一致, 便于进行微尺度火焰结构尺寸的准确测量;另一方面, 火焰的脉动有时会造成喷火、火焰吹熄现象, 减小火焰脉动可以减少由于脉动造成的燃料燃烧不完全而造成的燃料浪费, 节省能源, 还可以使火焰燃烧更稳定。 3 结语 本文针对进行液体乙醇微尺度扩散火焰实验时, 用微量注射泵供给微量燃料不连续而造成微尺度火焰脉动的问题, 综合考虑微尺度火焰稳定燃烧的流量范围和步进电机的工作原理特点, 采取减小注射器内径的方法, 使得微量注射泵给微燃烧装置供应燃料更连续, 大大减小了微火焰的脉动。并提出了还可以通过减小脉冲频率和对步进电机进行细分控制来实现微量注射泵连续供应微量液体燃料的目的。 摘要：基于燃烧的微/小能源系统具有传统电池不可比拟的能量密度, 正成为微能源/动力系统的研究热点。文章分析讨论了做液体乙醇微尺度扩散火焰实验时, 用微量注射泵供给微量液体乙醇燃料不连续而造成微尺度火焰脉动的问题。对微量注射泵进行了简单的改进, 改进后, 燃料供给相对连续, 微火焰的脉动很小, 为进行微燃烧的实验研究提供了更好的实验条件。 各种生产机械的电气控制设备有着各种各样的电气控制线路。这些控制线路不管是简单的还是复杂的,一般都是由一些基本的控制环节组成的,在分析控制线路的原理和判断其故障时,一般都是从这些基本环节着手。因此,掌握电气控制线路的基本环节,对生产机械整个电气控制线路的工作原理分析及维修有着很大的帮助。 1 基本电气控制线路实验 在电气控制线路的基本环节中,自锁、正反转和顺序等是比较常见的控制线路,也是电气控制线路实验的基本内容,笔者从事电气控制线路教学多年,现将这三种线路在学生实验过程中常见的故障总结如下: 1.1 自锁控制线路实验 自锁控制线路主要作用是可以使电动机连续运行。 正常现象:按下启动按钮SB2,电动机启动;松开SB2,电动机继续运行;按下停止按钮SB1,电动机停止。 故障现象:按下启动按钮SB2,电动机启动;松开SB2,电动机继续运行;按下停止按钮SB1,电动机不会停止,只有切断电源,电动机才会停止。 故障分析:停止按钮SB1没有起作用。故障原因:如图1。 KM常开自锁触点本应该接在线号3-4之间,即接在SB1的出线侧(3)和SB2的出线侧(4)之间,但是学生在接线过程中将KM的常开自锁触点接在了线号2-4之间,把SB1的进、出线侧(2)和(3)接反了,造成了停止按钮SB1失去了作用。 1.2 正反转控制线路实验 正反转控制线路作用是可以实现三相异步电动机双方向旋转运行。它实际是在自锁控制线路的基础上分别多串了另外一个接触器的常闭触点即互锁触点(目的是为了避免电源短路)。 正常现象:按下启动按钮SB2,电动机正转;按下停止按钮SB1,电动机停止;按下启动按钮SB3,电动机反转。均不会启动,没有任何现象。 故障分析:电源不通电或者线路接错。 故障原因:在排除电源、接触器、熔断器、热继电器等低压电器自身故障后,查看线路。如图2。 KM2的互锁触点应该接在线号4-5之间,KM1的互锁触点应该接在线号7-8之间,这样可以保证KM1和KM2两个接触器不能同时得电,从而不会出现电源短路的故障。学生在接线时,将KM1和KM2的互锁触点位置接反了,KM1接在4-5之间,KM2接在7-8之间,用自己的互锁触点来控制自己的线圈,结果只能是两个接触器都不会得电。 1.3 顺序控制线路实验 在装有多台电动机的生产机械上,各电动机所起的作用不同,有时需要按一定的顺序启动才能保证操作过程的合理和工作的安全可靠,这些顺序关系反映在控制线路上,就是顺序控制。 正常现象:先按下启动按钮SB2,电动机M1先启动,再按下启动按钮SB3,电动机M2后启动,按下停止按钮SB1,M1、M2同时停止。如果先按下SB3,没有任何现象。 故障现象:按下SB2,M1、M2同时启动;按下SB3,M1、M2同时停止。 故障分析:接在线号1-6之间的KM1常开触点没有起到顺序控制的作用。 故障原因:如图3。 KM1常开触点本应接在1-6之间,学生接线时,将接在1的一侧接在了7上,使得KM1常开触点并在了启动按钮SB3两端,从而造成了两台电动机同时启动的现象。 2 结束语 学生在实验、实训过程中,经常会混淆低压电器的进线、出线侧,造成这种情况的原因,第一是对线路不熟悉;第二是遇到比较复杂的线路、使用导线较多时,思路不清晰。针对以上问题,首先学生应该能顺利的画出线路原理图,在图上标出线号;其次在实验、实训过程中同一相要使用同一颜色的导线,在导线两端需注明线号,以便于实验、实训教学任务的顺利完成。 参考文献 [1]王炳实.机床电气控制[M].北京:机械工业出版社,2004(3). 浙江大学紫金港校区求是高等研究院实验里，5岁多的猴子先生“建辉”，头戴着一顶鲜蓝色的毛线帽，安静地呆在实验台上，准备进行一次有意思的实验。研究人员将利用它的大脑控制一只机械手进行抓、勾、握等动作实验。 猴子用意念“指挥”机械手 “建辉”正值青年时期，大约相当于人类20多岁的年纪，各项生理体征均十分良好，正是进行实验的理想状态。 2011年7月，浙江大学教授、生物医学工程专家郑筱祥的研究团队为“建辉”在脑部做了精细的神经外科手术，在它的大脑运动皮层植入了两个与200多个神经元相连接的芯片，每个芯片有96个电极。芯片的另一头连接着计算机。在“建辉”头顶的帽子里面，装着一个联系猴子脑内芯片和实验室计算机的一个信号采集设备。 实验开始时，只见“建辉”用手指，分别做出抓、勾、握、捏的动作，而在离“建辉”不远处，一只本来没有思想的机械手，好像有了心灵感应般，“建辉”做什么动作，它也做什么。 “这个过程实际上是在猴子想要做某个手部动作时大脑发出的信号，然后通过控制系统同时让机械手去完成，从而实现‘意念’控制。”郑筱祥说。这便是她和研究团队正在进行的“脑机接口”实验，即在大脑和外部设备之间建立一条非神经和肌肉的通道，用于传递信息或控制指令，从而能够让外部设备按照大脑的指令采取行动。 小白鼠为“建辉”实验打基础 郑筱祥团队进行这个项目的实验已持续6年。在实验的开始阶段，研究人员主要是利用数十只大白鼠进行有关实验，利用这些大白鼠，郑筱祥研究团队完成了大白鼠“动物机器人”和意念控制压杆喝水实验。 所谓 “动物机器人”，又称“机器人动物”或“智能动物”，即采用人工电信号刺激动物相关脑区的神经系统，以控制动物的行为。在大白鼠的“动物机器人”实验中，大白鼠在科研人员的“遥控”下，被实施向左、右、前、后、转弯等与方向相关的刺激，成功地实现了走田字格、米字格以及迷宫等复杂路线。 在大白鼠意念控制实验成功以后，郑筱祥就开始利用猴子做意念控制实验。通过反复的实验，该研究团队运用计算机信息技术，成功提取并破译了猴子大脑里，关于“抓、勾、握、捏”这4种手势的神经信号。 国内“脑机结合”并非世界前沿 郑筱祥表示，这项成果与国际“脑机接口”领域最前沿水平同步，其研究成果的特别之处在于，他们捕捉到的神经信号是更为精细的手指信号，其5个手指可以活动。该研究对目前国际上的研究起到了很好的互补作用，此外目前在国内也是最先进的。 浙江大学新闻办公室主任单泠表示，在该实验做成功以后，媒体对这个项目的关注非常强烈，但当前该项目还有许多问题需要进行深入研究，在这种情况下，外界的深度关注并不合适。 据了解，“脑机接口”研究领域起步最早的是美国。2008年，美国匹兹堡大学的科学家实现了让猴子用“意念”控制机械手臂的运动。2011年10月，美国杜克大学医学中心的科学家在《自然》杂志发表文章，宣布他们不仅能让猴子用意念移动虚拟手掌，还能感受虚拟手掌触摸物体的触觉信号。这也就是说，目前杜克大学医学中心已经在“脑机接口”的信号双向传递上取得了重要突破。 而目前浙江大学所实现的依旧是“脑机接口”信号的单向传递，这也就意味着“建辉”虽能发出指令让机械手臂抓取东西，但却感受不到机械手臂抓取东西的信号反馈。 记者了解到，目前山东科技大学等国内其他一些研究机构也还未见信号双向传递的突破。在未来一段时间，“脑机接口”技术信号的双向传递将是郑筱祥团队的一个重要研究方向。 技术受益及生命伦理的考问 现在，人类已经开始从“脑机接口”技术中获益。在世界范围内已经广泛应用的人工耳蜗和正在兴起的人工视网膜技术也属于“脑机接口”技术，它们分别在听觉和视觉功能修复上给成千上万人带来福音。 “从长远来看，该项技术在未来必然会在伦理上出现一些争议。”中国协和医科大学生命伦理学研究中心副教授张新庆说。 在美国的一些科幻电影中，好莱坞的编剧们预言，把大脑中的内容全部数字化，可以储存到一个小小的芯片上，把这个芯片植入动物或机器人的脑中，也许会制造出性能超群的生化人。到那个时候，人类的地位和尊严又能放到哪里呢？ 不过单泠表示，现在讨论这个问题显然还太早，从目前的科学实验来看，目前该技术的研究在世界范围内还处于起步阶段，人类在短时间内还无法达到这样的地步，因此这样的一些担心就显得有些多余了。 对于一些人对猴子等这类实验动物健康的担心和动物伦理质疑，浙江大学求是高等研究院副教授陈卫东表示，给猴子做手术、在它们大脑中植入芯片并没破坏其大脑应有功能，不会在精神和肉体上对猴子造成太大伤害。在美国，脑袋里被植入芯片时间最长的猴子，截至2012年其被植入的时间已经长达5年，但这只猴子没出现身体和情绪上的问题，但这样的时间跨度太短，还有待观察。 【gpio控制实验实验报告】推荐阅读： 过程控制实验报告11-14 实验一电器控制实验06-08 控制电机正反转实验10-10 风险控制程序实验室07-28 理化实验室的内部控制计划07-01 微机实验实验报告11-04 实验44实验报告图文06-16 大物实验实验报告06-26 自控实验二实验报告07-16 管道拆装实验实验报告11-11gpio控制实验实验报告 篇6
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