本实用新型属于演示装置技术领域，尤其涉及一种单摆受迫摆动演示控制电路。
背景技术：
目前，有很多关于受迫振动和共振的演示教具，理论上，当振动源频率等于物体固有频率时，物体发生共振，振幅最大。当振动源频率接近物体的固有频率时，会有差拍。但是，物体振动时，振动频率是等于振动源频率还是等于物体固有频率；差拍过程中，振动频率是否改变，还没有演示教具。
技术实现要素：
本实用新型就是针对上述问题，提供一种演示效果好的单摆受迫摆动演示控制电路。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，本实用新型包括单片机、运算放大器、震荡分频电路、串行计数器、数控周期电路和移位寄存器，光电门的检测信号输出端口依次通过运算放大器、串行计数器与单片机的中断口相连。
震荡分频电路的信号输出端口与单片机的计数口相连。
移位寄存器的信号输入端口与单片机的信号输出端口相连，移位寄存器的控制信号输出端口与数控周期电路的控制信号输入端口相连，数控周期电路的控制信号输出端口与继电器的控制信号输入端口相连。
单片机的信号传输端口与电脑的信号传输端口相连。
作为一种优选方案，本实用新型所述运算放大器采用LM358芯片，串行计数器采用CD4040芯片IC13，单片机采用89C51芯片IC14；LM358芯片的8脚分别与第一5K欧姆电阻一端、红外接收二极管一端、红外发射二极管一端相连，红外发射二极管另一端通过第一1K欧姆电阻接地，红外接收二极管另一端分别与第二5K欧姆电阻一端、LM358芯片的3脚相连，第二5K欧姆电阻另一端接地；第一5K欧姆电阻另一端分别与第二1K欧姆电阻一端、第三5K欧姆电阻一端相连，第三5K欧姆电阻另一端接地，第二1K欧姆电阻另一端分别与LM358芯片的2脚、100K欧姆电阻一端相连，100K欧姆电阻另一端分别与LM358芯片的1脚、IC13的10脚相连，IC13的7、11脚和LM358芯片的4脚接地；IC13的9脚与IC14的P3.2脚相连，IC14的P3.0、P3.1与电脑的信号传输端口相连；IC14的XTAL2脚通过11.0592MHz晶振与IC14的XTAL1脚相连；红外发射二极管与红外接收二极管组成检测摆球摆动的光电门。
作为另一种优选方案，本实用新型所述震荡分频电路包括74LS04芯片IC10、74LS393芯片IC11和74LS390芯片IC12，IC10的1脚分别与4MHz晶振一端、1.2K欧姆电阻一端相连，4MHz晶振另一端通过30pF电容分别与2K欧姆电阻一端、IC10的4脚、IC11的1脚相连，2K欧姆电阻另一端分别与300欧姆电阻一端、IC10的3脚相连，300欧姆电阻另一端分别与IC10的2脚、1.2K欧姆电阻另一端相连；IC11的4脚与IC12的1脚相连，IC12的3、4脚相连，IC12的6脚与IC14的P3.4脚相连。
其次，本实用新型所述数控周期电路包括CD4522芯片IC4、CD4522芯片IC5、CD4522芯片IC6、CD4522芯片IC7、CD4522芯片IC8和74LS393芯片IC9，移位寄存器包括CD4015芯片IC1、CD4015芯片IC2和CD4015芯片IC3。
IC1的1脚和9脚、IC2的1脚和9脚、IC3的1脚和9脚均与IC14的P2.0脚相连，IC1的10、3、4、5脚分别与IC4的2、14、11、15脚对应相连，IC1的7脚与IC5的2脚相连；IC2的2、11、12、13脚分别与IC5的2、14、11、5脚对应相连。
IC2的10、3、4、5脚分别与IC6的2、14、11、5脚对应相连；IC2的10脚与IC2的15脚相连；IC2的7脚与IC7的2脚相连。
IC3的2、11、12、13脚分别与IC7的2、14、11、5脚对应相连。
IC3的10、3、4、5脚分别与IC8的2、14、11、5脚对应相连；IC3的10脚与IC3的15脚相连；IC3的7脚与IC14的P2.1脚相连。
IC4的3脚分别与IC5的3脚、IC6的3脚、IC7的3脚、IC8的3脚相连，IC4的6脚与IC5的1脚相连，IC5的6脚与IC6的1脚相连，IC6的6脚与IC7的1脚相连，IC7的6脚与IC8的1脚相连。
IC4的12脚与IC5的13脚相连，IC5的12脚与IC6的13脚相连，IC6的12脚与IC7的13脚相连，IC7的12脚与IC8的13脚相连，IC8的12脚分别与IC8的3脚与IC9的1脚相连，IC9的4脚分别与8050三极管基极、8550三极管基极相连，8050三极管发射极分别与8550三极管集电极、继电器的控制信号输入端口相连，8550三极管发射极接地；IC8的6脚接IC14的P3.4脚。
另外，本实用新型所述IC4、IC5、IC6、IC7、IC8设置在横向长方形PCB板中部，沿横向均布；所述IC9、IC1设置在PCB板左上部，IC9设置在IC1上方；IC9和IC1的右侧设置所述8050三极管和8550三极管，8550三极管设置在8050三极管上方。
所述IC2和IC3设置在PCB板上右侧，IC3设置在IC2的右方。
所述IC14设置在在PCB板中部右端。
所述IC10、IC11、IC12、LM358芯片、IC13设置在PCB板下部，横向依次布置；IC10横向放置，IC11、IC12、LM358芯片、IC13竖向放置。
本实用新型有益效果。
本实用新型通过各部件的相互配合，通过直观演示，使学生知道，物体受迫振动时，振幅的变化，特别是振动频率或周期的变化，在差拍过程中的周期变化。
本实用新型电脑与单片机配合，可采集并记录单摆的摆动周期，产生与单摆固有周期相同或不同的振动超低频周期数控振动信号，通过驱动电磁继电器，使衔铁的吸合与断开产生震动，使单摆受迫振动。数控周期的分度值可为0.02ms，最大2000ms。通过电脑图像直观显示单摆摆动周期的变化和表格记录，使学生掌握单摆受迫摆动时，振幅的的变化规律，振动周期的变化规律。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本实用新型往复摆动部件受迫振动周期演示装置结构示意图。
图2是本实用新型滑座结构示意图。
图3是本实用新型滑座另一角度结构示意图。
图4是本实用新型底座结构示意图。
图5是本实用新型底座内部结构示意图。
图6是本实用新型主电路板结构示意图。
图7是本实用新型电脑显示界面图。
图8、图9是本实用新型相关波形图。
图10是本实用新型电路原理图。
图11是图10的B部放大图。
图12是图10的A部放大图。
图中，1为竖向标尺、2为继电器、3为竖向长方体状连接部、4为后检测立板、5为长方壳体、6为摆球、7为横向支杆、8为侧立板、9为竖向摆绳、10为红外接收二极管、11为前检测立板、12为底板、13为横板状滑座、14为竖向滑槽、15为上莲花插座、16为顶丝、17为衔铁、18为插口、19为下莲花插座、20为串口接头、21为支撑柱、22为上连接柱、23为竖向插槽、24为电源线孔。
具体实施方式
如图所示，本实用新型可应用于往复摆动部件受迫振动周期演示装置，往复摆动部件受迫振动周期演示装置包括底座，底座上设置有竖向标尺，竖向标尺上设置有滑座，竖向标尺上端设置有横向支杆，横向支杆前端与竖向摆绳上端相连，竖向摆绳下端连接有摆球，摆球的前侧和后侧分别设置有前检测立板和后检测立板，前检测立板上设置有红外发射二极管，后检测立板上设置有红外接收二极管，红外发射二极管与红外接收二极管组成检测摆球摆动的光电门。
所述滑座前端设置有继电器，所述竖向摆绳穿过继电器前端衔铁上的穿线孔，继电器后端设置有竖向滑槽，所述竖向标尺穿过竖向滑槽，竖向滑槽后端侧壁上设置有横向螺纹孔，一横向顶丝前端旋过横向螺纹孔与竖向标尺相抵。
所述滑座上设置有上莲花插座，上莲花插座通过导线与继电器接线端相连。
所述前检测立板和后检测立板设置在底座上，底座上设置有下莲花插座，下莲花插座通过导线与上莲花插座相连；底座上设置有竖向插槽，竖向标尺的下端插于竖向插槽内。
底座内设置有主电路板和开关电源电路板，主电路板的检测信号输入端口与光电门的检测信号输出端口相连，主电路板的控制信号输出端口通过导线与下莲花插座相连，主电路板的电源端口与开关电源电路板电源输出端口相连。
本实用新型采用滑座结构，便于调整继电器衔铁与摆绳的连接位置，使用方便。
本实用新型通过设置莲花插座，便于元件间的相互连接。
本实用新型底座上设置有竖向插槽，便于标尺的放置。
所述主电路板包括单片机、运算放大器、震荡分频电路、串行计数器、数控周期电路和移位寄存器，光电门的检测信号输出端口依次通过运算放大器、串行计数器与单片机的中断口相连。
震荡分频电路的信号输出端口与单片机的计数口相连。
移位寄存器的信号输入端口与单片机的信号输出端口相连，移位寄存器的控制信号输出端口与数控周期电路的控制信号输入端口相连，数控周期电路的控制信号输出端口与继电器的控制信号输入端口（下莲花插座）相连。
单片机的信号传输端口与电脑的信号传输端口相连。
所述运算放大器采用LM358芯片，串行计数器采用CD4040芯片IC13，单片机采用89C51芯片IC14；LM358芯片的8脚分别与第一5K欧姆电阻一端、红外接收二极管一端、红外发射二极管一端相连，红外发射二极管另一端通过第一1K欧姆电阻接地，红外接收二极管另一端分别与第二5K欧姆电阻一端、LM358芯片的3脚相连，第二5K欧姆电阻另一端接地；第一5K欧姆电阻另一端分别与第二1K欧姆电阻一端、第三5K欧姆电阻一端相连，第三5K欧姆电阻另一端接地，第二1K欧姆电阻另一端分别与LM358芯片的2脚、100K欧姆电阻一端相连，100K欧姆电阻另一端分别与LM358芯片的1脚、IC13的10脚相连，IC13的7、11脚和LM358芯片的4脚接地；IC13的9脚与IC14的P3.2脚相连，IC14的P3.0、P3.1与电脑的信号传输端口相连；IC14的XTAL2脚通过11.0592MHz晶振与IC14的XTAL1脚相连。
所述震荡分频电路包括74LS04芯片IC10、74LS393芯片IC11和74LS390芯片IC12，IC10的1脚分别与4MHz晶振一端、1.2K欧姆电阻一端相连，4MHz晶振另一端通过30pF电容分别与2K欧姆电阻一端、IC10的4脚、IC11的1脚相连，2K欧姆电阻另一端分别与300欧姆电阻一端、IC10的3脚相连，300欧姆电阻另一端分别与IC10的2脚、1.2K欧姆电阻另一端相连；IC11的4脚与IC12的1脚相连，IC12的3、4脚相连，IC12的6脚与IC14的P3.4脚相连。
IC10、IC11、IC12的74LS04、74LS393、74LS390组成的震荡分频电路，由4MHz的石英晶体分频得到100KHz的频率，送给数控周期电路和单片机，作为高精度的时钟信号。
光电门和LM358配合单摆摆球每遮挡一次，产生一次脉冲，波形见图8、9，通过CD4040，变成波形图②，送给单片机中断口。另一路由电路图中的IC10、IC11、IC12的74LS04、74LS393、74LS390组成的震荡和分频电路，由4MHz的石英晶体分频得到100KHz的频率，送给单片机的计数口，设置高电平计数，得到单摆周期的数据采集。
所述数控周期电路包括CD4522芯片IC4、CD4522芯片IC5、CD4522芯片IC6、CD4522芯片IC7、CD4522芯片IC8和74LS393芯片IC9，移位寄存器包括CD4015芯片IC1、CD4015芯片IC2和CD4015芯片IC3。
IC1的1脚和9脚、IC2的1脚和9脚、IC3的1脚和9脚均与IC14的P2.0脚相连，IC1的10、3、4、5脚分别与IC4的2、14、11、15脚对应相连，IC1的7脚与IC5的2脚相连；IC2的2、11、12、13脚分别与IC5的2、14、11、5脚对应相连。
IC2的10、3、4、5脚分别与IC6的2、14、11、5脚对应相连；IC2的10脚与IC2的15脚相连；IC2的7脚与IC7的2脚相连。
IC3的2、11、12、13脚分别与IC7的2、14、11、5脚对应相连。
IC3的10、3、4、5脚分别与IC8的2、14、11、5脚对应相连；IC3的10脚与IC3的15脚相连；IC3的7脚与IC14的P2.1脚相连。
IC4的3脚分别与IC5的3脚、IC6的3脚、IC7的3脚、IC8的3脚相连，IC4的6脚与IC5的1脚相连，IC5的6脚与IC6的1脚相连，IC6的6脚与IC7的1脚相连，IC7的6脚与IC8的1脚相连。
IC4的12脚与IC5的13脚相连，IC5的12脚与IC6的13脚相连，IC6的12脚与IC7的13脚相连，IC7的12脚与IC8的13脚相连，IC8的12脚分别与IC8的3脚与IC9的1脚相连，IC9的4脚分别与8050三极管基极、8550三极管基极相连，8050三极管发射极分别与8550三极管集电极、继电器的控制信号输入端口相连，8550三极管发射极接地；IC8的6脚接IC14的P3.4脚。
本实用新型数控周期电路可以产生0-999.99毫秒控制数。CD4522为并口输入的可预置的减法计数器芯片。
分频数由三只CD4015移位寄存器提供，移位寄存器数据由单片机89C51串口输入给CD4051，CD4051存储数据，并将串入变为并出，控制CD4522。单片机数据由电脑提供。
所述竖向摆绳采用棉绳。
所述滑座为横板状滑座，横板状滑座后端为竖向长方体状连接部，竖向长方体状连接部竖向四分之一长部分置于横板状滑座上表面上方，竖向长方体状连接部竖向四分之三长部分置于横板状滑座上表面下方，所述竖向滑槽设置在竖向长方体状连接部中部。
所述横板状滑座一侧设置有侧立板，侧立板前端与继电器后端相抵，所述上莲花插座设置在侧立板上。
所述横板状滑座的前后方向长度为64.53mm，横板状滑座的宽度为38.94mm。
所述底座为长方壳体，长方壳体下端连接底板，长方壳体内四角设置有上连接柱，上连接柱下端面中心设置有竖向螺纹孔；底板周边向上弯折，底板周边四角相应于上连接柱设置有下连接柱，下连接柱上端面中心相应于竖向螺纹孔设置有竖向通孔，一螺杆上端穿过竖向通孔旋于竖向螺纹孔内。
长方壳体内相应于主电路板周边设置有多个支撑柱，支撑柱下端面中心设置有旋紧孔，主电路板周边相应于旋紧孔设置有连接孔，一螺钉上端穿过连接孔旋于旋紧孔内。
所述长方壳体内后壁上设置有竖向插接体，所述竖向插槽设置在竖向插接体中部，长方壳体上端相应于竖向插槽设置有插口。
所述长方壳体的长为260mm、宽为160mm、高为40mm。
所述下莲花插座设置在底座的侧壁上，底座的侧壁上设置有电源线孔，电源线穿过电源线孔，电源线置于底座内一端与开关电源电路板电源输入端口相连，电源线置于底座为一端与插头相连；底座的侧壁上设置有串口接头，主电路板的信号传输端口通过串口接头、串口线与电脑的信号传输端口相连。
所述主电路板采用横向长方形PCB板，所述IC4、IC5、IC6、IC7、IC8设置在PCB板中部，沿横向均布；所述IC9、IC1设置在PCB板左上部，IC9设置在IC1上方；IC9和IC1的右侧设置所述8050三极管和8550三极管，8550三极管设置在8050三极管上方。
所述IC2和IC3设置在PCB板上右侧，IC3设置在IC2的右方。
所述IC14设置在在PCB板中部右端。
所述IC10、IC11、IC12、LM358芯片、IC13设置在PCB板下部，横向依次布置；IC10横向放置，IC11、IC12、LM358芯片、IC13竖向放置。
本发明上述PCB板设置方案，可保证主电路板工作稳定、散热效果好、元件相互间的电磁干扰小。
下面结合附图说明本实用新型的工作过程。
周期数据通过电脑输入，通过电脑串口传给单片机，单片机串行传给CD4051，CD4051寄存，将数据转化为并行输出传给CD4522，CD4522为可预置的减法计数器芯片，当减到全部为零时，输出一个脉冲，并且重新装入数据，周而复始。高精度的100KHz信号传给CD4522，相当一个间隔0.01毫秒的脉冲信号，使CD4522减1计数。若传给CD4522的数据为1450，当减到为零时，输出一个脉冲，周而复始，当到第二个脉冲时，时间间隔为14.50毫秒，这些脉冲通过74LS393进行高低电平变换，输出高精度周期的超低频信号，周期为14.50×2毫秒。通过三极管8050和8550的开关导通，连接电磁继电器后，使继电器衔铁振动，通过摆绳使单摆受迫振动。
可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。