SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH KHÁNH HỊA ĐƠN VỊ DỰ THI: TRƯỜNG THPT LÊ Q ĐƠN Cuộc thi khoa học kĩ thuật cấp quốc gia dành cho học sinh trung học Năm học 2014-2015 BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI: KẾT NỐI MÁY TÍNH VỚI MỘT SỐ THÍ NGHIỆM CƠ HỌC TRONG CHƯƠNG TRÌNH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Lĩnh vực dự thi: 09 Vật Lý thiên văn học Nhóm tác giả: Hồng Trung Hiếu Nguyễn Phạm Xn Thắng Lớp 12 Tin trường THPT chun Lê Q Đơn – Khánh Hòa Giáo viên hướng dẫn: 11.02 – V2 Thầy Hồng Bá Kim Nha Trang, tháng 12 năm 2014 Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Lời cảm ơn Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy (cơ) giáo Trường Trung Học Phổ Thơng Chun Lê Qúy Đơn – Khánh Hòa, sở Giáo dục Đào tạo Khánh Hòa, trường Cao đẳng sư phạm Nha Trang, thầy Hồng Bá Kim, thầy Nguyễn Chánh, Trần Thị Thanh Nhã bạn lớp, gia đình, nhà trường tạo điều kiện, giúp đỡ hỗ trợ chúng em hồn thành sản phẩm Hồng Trung Hiếu Nguyễn Phạm Xn Thắng 2| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN…………………………… Trang A TĨM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN Trang B LÝ DO NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI _ Trang 11 C TỔNG QUAN ĐỀ TÀI – CƠNG VIỆC THỰC HIỆN _ Trang 12 I Tổng quan đề tài………………………………………… …… Trang 12 II Cơng việc thực hiện…………………………………………… … Trang 13 D CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA DỰ ÁN Trang 16 I u cầu – cách tiến hành – phương án thí nghiệm…… … Trang 16 Thí nghiệm: thực hành khảo sát chuyển động rơi tự – xác định gia tốc rơi tự do……………………………… Trang 16 1.1 Mục đích………………………………………………… Trang 16 1.2 Cơ sở lý thuyết………………………………………… Trang 16 1.3 Dụng cụ lắp đặt……………………………………… Trang 16 1.4 Tiến hành thí nghiệm…………………………………… Trang 17 Thí nghiệm: khảo sát thực nghiệm định luật dao động lắc đơn………………………………………… Trang 18 2.1 Mục đích………………………………………………… Trang 18 2.2 Cơ sở lý thuyết…………………………………………… Trang 18 2.3 Dụng cụ lắp đặt……………………………………… Trang 18 2.4 Tiến hành thí nghiệm…………………………………… Trang 19 Thí nghiệm: Đo gia tốc trọng trường lắc thuận nghịch Trang 20 3.1 Cơ sở lý thuyết…………………………………………… Trang 20 3.2 Trình tự thí nghiệm……………………………………… Trang 22 II Cơ sở truyền thơng nối tiếp (Serial Transfer)……………… Trang 24 Giới thiệu truyền thơng nối tiếp (Serial Transfer) ưu điểm nó………………………………………… Trang 24 Cơ sở truyền thơng nối tiếp…………………………………… Trang 24 Một số khái niệm quan trọng truyền thơng nối tiếp………… Trang 25 3.1 Khung truyền (Farme)………………………….…………… Trang 25 3.2 Start bit…………………………………………….……… Trang 26 3.3 Dữ liệu (Data)……………………………………………… Trang 26 3.4 Stop bits……………………………………………….…… Trang 26 3.5 Parity bit…………………………………………………… Trang 26 Chuẩn giao tiếp RS232…………………………………………… Trang 26 3| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Một số ghi kỹ thuật lập trình truyền nhận thơng tin nối tiếp………………………………… Trang 27 5.1 Thanh ghi SBUF………………………………………….… Trang 27 5.2 Cài đặt chế độ truyền thơng nối tiếp ghi SCON Trang 27 a Các bit SM0, SM1……………………………………… Trang 28 b Bit SM2………………………………………………… Trang 28 c Bit REN………………………………………………… Trang 28 d Bit TB8 RB8……………………………………… Trang 28 e Bit TI RI…………………………………………… Trang 28 Tốc độ baud (baud rate) cài đặt tốc độ baud cho 8051……… Trang 28 6.1 Tốc độ baud (baud rate)…………………………………… Trang 28 6.2 Cài đặt tốc độ baud cho 8051…………………………… Trang 29 Ví dụ minh họa …………………………………………………… Trang 30 III Bộ định thời 8051…………………………………………… Trang 31 Bộ định thời- định thời 8051………………………… Trang 31 Các ghi sở định thời…………………………… Trang 31 2.1 Các ghi Timer 1……………………………… Trang 31 2.2 Thanh ghi TMOD………………………………………… Trang 31 Nguồn tạo độ trễ thời gian cho 8051……………………………… Trang 32 Lập trình cho timer I……………………………………………… Trang 32 E SƠ ĐỒ HOẠT ĐỘNG _ Trang 35 F GIỚI THIỆU PHẦN CỨNG CỦA DỰ ÁN _ Trang 36 I Giới thiệu số linh kiện điện tử sử dụng mạch… Trang 36 Giới thiệu chip (IC) vi xử lý AT 89C52 ……….………………… Trang 36 Giới thiệu IC MAX 232 hãng Maxim……….……………… Trang 37 USB to Serial Port Adaptor……………………….……………… Trang 38 Một số linh kiện khác…………………………………………… Trang 38 II Giới thiệu phần cứng khối:……………………………… Trang 40 Khối vi xử lý………………………………….…………………… Trang 40 1.1 Đấu nối IC AT89C52……………….…………………… Trang 40 1.2 Đấu nối MAX 232……………….………………………… Trang 42 Khối điều khiển nam châm điện……… ………………………… Trang 43 Khối nhận tín hiệu (cổng quang điện) ……………………… Trang 43 Khối nguồn………………………… ….………………………… Trang 44 III Lắp đặt phần cứng sản phẩm……… ……………………… Trang 45 IV Sơ đồ mạch tổng thể dự án………………… …………………… Trang 46 G GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CỦA DỰ ÁN _ Trang 47 I Phần mềm hỗ trợ lập trình cho dự án…………… ……………… Trang 47 4| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Keil  Vision 4:……………………………………… ………… Trang 47 1.1 Giới thiệu………………………………………… ……… Trang 47 1.2 Mơi trường làm việc………………………………… … Trang 47 Little Programer Version Gold…………………………………… Trang 48 Microsoft Visual Studio 2008…………………………………… Trang 49 II Phần mềm lập trình cho chip vi xử lý…………………………… Trang 50 Tổng quan………………………………………………………… Trang 50 Khởi tạo phương thức truyền thơng nối tiếp…………………… Trang 50 Lập trình AT 89C52 truyền liệu nối tiếp……………………… Trang 51 Lập trình AT 89C52 nhận liệu nối tiếp……………………… Trang 52 Lập trình AT 89C52 điều khiển thực thí nghiệm…………… Trang 53 Lập trình AT 89C52 thực điều khiển đồng hồ TIMER……… Trang 53 III Phần mềm lập trình giao diện máy tính…………………… Trang 54 Tổng quan………………………………………………………… Trang 54 Dò tìm – tạo kết nối cổng COM với chip………………………… Trang 54 Nhận thơng tin từ COM…………………………………………… Trang 55 Gửi thơng tin từ COM…………………………………………… Trang 55 Giao diện người dùng………………………………………… … Trang 55 H HƯỚNG DẪN KẾT NỐI – SỬ DỤNG SẢN PHẨM _ Trang 56 I Hướng dẫn kết nối…………………………………………… …… Trang 56 II Sử dụng sản phẩm…………………………………………… …… Trang 56 III Sử dụng phần mềm………………………………………….……… Trang 56 Giao diện giới thiệu phần mềm………………………… ……… Trang 56 Hướng dẫn lắp ráp thí nghiệm……………………… ……… Trang 56 Thực kết nối COM……………………………… ……… Trang 56 Lựa chọn thí nghiệm………………………………… ………… Trang 57 Thực thí nghiệm 1…………………………… …………… Trang 57 5.1 Khởi tạo báo cáo…………………………… …………… Trang 57 5.2 Thực hành………………………………… …………… Trang 58 5.3 Nhập độ cao……………………………….……………… Trang 58 5.4 Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 1……………………… Trang 58 Thực thí nghiệm 2…………………………………… Trang 59 6.1 Khởi tạo báo cáo………………………………………… Trang 59 6.2 Thực hành………………………………………………… Trang 59 6.3 Nhập biên độ……………………………………………… Trang 60 6.4 Nhập khối lượng lắc………………………………… Trang 60 6.5 Nhập chiều dài lắc…………………………………… Trang 60 6.6 Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 2……………………… Trang 60 5| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Xuất kết thí nghiệm………………………………………… Trang 61 Ngắt kết nối COM……………………………………………… Trang 61 Một số lưu ý sử dụng……………………………………… Trang 61 I LỢI ÍCH CỦA SẢN PHẨM _ Trang 62 J KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨ _Trang 63 I Kết đạt được…………………………………………………… Trang 63 II Hạn chế sản phẩm……………………………………………… Trang 63 III Hướng phát triển sản phẩm……………………………………… Trang 63 K KẾT LUẬN ĐỀ TÀI _ Trang 64 L TÀI LIỆU THAM KHẢO _ Trang 65 PHỤ LỤC 1: MẪU BÁO CÁO THỰC HÀNH KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO VÀ XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO………… Trang 66 PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM ……………………… Trang 68 6| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1: Hình 2: Hình 3: Hình 4: Hình 5: Hình 6: Hình 7: Hình 8: Hình 9: Hình 10: Hình 11: Hình 12: Hình 13: Hình 14: Hình 15: Hình 16: Hình 17: Hình 18: Hình 19: Hình 20: Hình 21: Hình 22: Hình 23: Hình 24: Hình 25: Hình 26: Hình 27: Hình 28: Hình 29: Hình 30: Hình 31: Hình 32: Hình 33: Hình 34: Hình 35: Giờ thực hành vật lý trường THPT Lê Q Đơn Mơ hình hoạt động sản phẩm Phần cứng phần mềm sản phẩm Mơ tả thí nghiệm đo gia tốc rơi tự So sánh truyền thơng nối tiếp truyền thơng song song Ví dụ khung truyền Cổng DB-9 Mơ tả cấu trúc ghi SCON Mơ tả cấu trúc ghi PCON Sơ đồ chân IC AT89C52 Hình dạng IC AT 89C52 Hình dạng IC MAX232 Sơ đồ chân IC MAX232 USB to Serial Port Adaptor Sơ đồ chân IC LM358 hình dạng IC LM358 Led thu tia hồng ngoại Led phát tia hồng ngoại Cầu Diode 1A IC ổn áp 7805 Sơ đồ mạch điện khối xử lý Sơ đồ mạch điện khối điều khiển nam châm điện Sơ đồ mạch điện cổng quang điện Mơ hình cổng quang điện Sơ đồ mạch điện khối nguồn Mạch điện IC AT89C52 – Khối xử lý Khối nhận tín hiệu khối nguồn Mạch điện IC MAX 232 – DB9 Sơ đồ mạch điện tổng thể dự án Giới thiệu phần mềm Keil C Mơi trường lập trình Keil C Mơi trường giả lập để chạy thử Keil C Giao diện Little Programer Version Gold hình ảnh mạch nạp Giới thiệu phần mềm Visual Studio 2008 Giao diện lập trình Visual Studio 2008 Giao diện giới thiệu phần mềm 7| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Hình 36: Hình 37: Hình 38: Hình 39: Hình 40: Hình 41: Hình 42: Hình 43: Hình 44: Hình 45: Hình 46: Hình 47: Hình 48: Hình 49: Giao diện quản lý kết nối COM Giao diện thực thí nghiệm Bảng số liệu thí nghiệm Giao diện nhập độ cao Giao diện đồng hồ đo thời gian Giao diện thực thí nghiệm Bảng số liệu thí nghiệm Giao diện nhập độ cao Giao diện nhập khối lượng Giao diện nhập chiều dài lắc Giao diện đồng hồ đo thời gian Xuất kết file Excel Lợi ích sản phẩm Hướng phát triển sản phẩm 8| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT PHẦN A: TĨM TẮT NỘI DUNG DỰ ÁN Việc ứng dụng lý thuyết tốn học, hóa học, vật lý, … vào thực tiễn tảng bền vững để phát triển khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật thời đại Với mong muốn vận dụng kiến thức kỹ thuật điện tử - tin học vào ứng dụng thực hành trường THPT; tạo dựng cách tiếp cận mới, gây hứng thú; giúp bạn học sinh làm quen với phương pháp tìm hiểu, nghiên cứu khoa học trường phổ thơng, nhóm học sinh lớp 12 Tin, trường THPT Lê Q Đơn Nha Trang nghiên cứu chế tạo thành cơng dụng cụ: “Kết nối với máy tính với số thí nghiệm chương trình THPT” Điểm khác biệt dụng cụ so với thí nghiệm cũ cho phép dùng máy tính điện tử để điều khiển tồn q trình thực thí nghiệm, ghi chép kết quả, xử lý, phân tích số liệu xuất kết báo cáo file excel.… cách nhanh gọn, xác hiệu Với hệ này, sản phẩm giúp bạn học sinh thực ba thí nghiệm chương trình THPT: Thí nghiệm khảo sát chuyển động rơi tự – xác định gia tốc rơi tự (chương trình vật lý lớp 10); Thí nghiệm khảo sát thực nghiệm định luật dao động lắc đơn (chương trình vật lý lớp 12 bản) Thí nghiệm xác định gia tốc trọng trường lắc thuận nghịch (chương trình vật lý 12 nâng cao) Cấu tạo sản phẩm gồm phần chính: Phần cứng: gồm mạch điện tử, chia thành ba khối chức năng: * Khối nhận tín hiệu: (cổng quang điện,…) thu nhận kết thí nghiệm * Khối xử lý (chip AT 89C52 hãng Atmel Max 232 hãng Maxim) kết nối với máy tính qua cổng USB có cơng dụng giao tiếp thực lệnh máy tính điều khiển * Khối mạch nguồn: cung cấp nguồn điện 12VDC 5VDC cho mạch điện mạch hoạt động Phần mềm: gồm phần chương trình máy tính phần chương trình lập trình cho chíp vi xử lý *Phần chương trình máy tính: lập trình phần mềm Visual Studio 2008 Chức phần mềm điều khiển thí nghiệm, nhận tín hiệu báo về, xử lý kết số liệu tính tốn, hỗ trợ xây dựng báo cáo thực hành… theo giao diện phần mềm thân thiện, đơn giản, gần gũi tất bạn học sinh 9| Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT *Phần chương trình cho chíp vi xử lý: lập trình ngơn ngữ C, lập trình máy tính nạp vào chíp vi xử lý Chức điều khiển khối xử lý nhận u cầu từ máy tính đưa lệnh phù hợp đề thực u cầu Sản phẩm hồn chỉnh nhỏ gọn, đơn giản dễ cải tiến, mở rộng Tất linh kiện điện tử dùng mạch đơn giản, phổ biến, giá thành rẻ Có thể phát triển thành sản phẩm thương mại với số lượng lớn chi phí thấp Điểm quan trọng khác đề tài thực thành cơng việc kết nối chíp vi xử lý vào máy tính điện tử để xử lý điều khiển Đây kết kỹ thuật “truyền thơng nối tiếp”(Serial Transfer), ngun lý ứng dụng để chế tạo nhiều thiết bị điều khiển tự động quan trọng máy gia cơng khí CNC, robot cơng nghiệp, phẫu thuật nội soi… Hy vọng trở thành mơ hình giúp đỡ cho tất bạn học sinh đam mê kỹ thuật điện tử - máy tính ứng dụng phát triển, sáng tạo sản phẩm riêng 10 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Sau hồn tất kết nối u cầu, việc ta cần làm kết nối cổng COM với máy vi tính Nhấp chuột vào nút lệnh “kết nối COM” để bắt đầu tiến hành kết nối Khi đó, hình giao diện hiển thị hình bên dưới: Hình 36: Giao diện quản lý kết nối COM Chương trình tự động qt tìm cổng COM có, người dùng cần lựa chọn cổng COM phù hợp (thơng thường COM3) ấn vào nút lệnh “Kết nối” Sau q trình kết nối hồn tất, Trạng thái cập nhật: “Đã kết nối” đồng thời LED báo kết nối mạch sáng Lựa chọn thí nghiệm: Sau kết nối COM xong, hàng nút lệnh bên trái, chọn hai thí nghiệm cần thực hiện: Thí nghiệm Khảo sát chuyển động rơi tự – đo gia tốc rơi tự Thí nghiệm Khảo sát thực nghiệm định luật dao động lắc đơn Thực thí nghiệm 1: 5.1 Khởi tạo báo cáo: Hình 37: Giao diện thực thí nghiệm Nhập vào báo cáo thơng tin u cầu Số lần đo/khoảng cách số lần thực đo độ cao xác định Sau điền đầy đủ thơng tin, nhấp chuột vào nút lệnh “Tạo báo cáo” 57 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT 5.2 Thực hành: Hình 38: Bảng số liệu thí nghiệm Để nhập độ cao tiến hành làm thí nghiệm, nhấp vào thuộc cột độ cao (m) Để tiến hành đo thời gian thực thả rơi vật ấn vào thuộc cột lần đo tương ứng 5.3 Nhập độ cao Nhập độ cao (đơn vị m) vào độ cao sau nhấp chuột vào nút “Đồng ý” 5.4 Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 1: Hình 39: Giao diện nhập độ cao Hình 40: Giao diện đồng hồ đo thời gian Gắn vật nặng lên nam châm điện Ấn thả vật để làm rơi vật Đồng hồ tự động kích hoạt bắt đầu đo thời gian Khi vật rơi qua cổng quang điện, đồng hồ tự động dừng lại Sau thực xong, nhấp chuột vào nút “Nạp liệu” để nạp kết Có thể nhấp chuột vào nút “Làm lại” để thực lại thí nghiệm mong muốn 58 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Thực thí nghiệm 2: Hình 41: Giao diện thực thí nghiệm 6.1 Khởi tạo báo cáo: Nhập vào báo cáo thơng tin u cầu Số dao động lần đo số dao động mà phần mềm thực đếm thời gian Ví dụ: Số dao động lần đo 5, phần mềm tự động thực đo thời gian vật thực hồn tồn dao động tồn phần Sau điền đầy đủ thơng tin, nhấp chuột vào nút lệnh “Tạo báo cáo” 6.2 Thực hành: Hình 42: Bảng số liệu thí nghiệm Tại lần thực thí nghiệm, ấn vào thuộc cột biên độ để nhập biên độ (cm), ấn vào thuộc cột khối lượng để nhập khối lượng lắc, ấn vòa (chiều dài) để nhập chiều dài lắc, ấn vào thời gian để khởi động đồng hồ, thực đo chu kì lắc Ấn thêm lần đo/xóa lần đo để thực thêm xóa lần thực thí nghiệm 6.3 Nhập biên độ: Nhập biên độ (đơn vị cm) vào độ cao sau nhấp chuột vào nút “Đồng ý” 59 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Hình 43: Giao diện nhập độ cao 6.4 Nhập khối lượng lắc: Nhập biên độ (đơn vị cm) vào độ cao sau nhấp chuột vào nút “Đồng ý” Hình 44: Giao diện nhập khối lượng 6.5 Nhập chiều dài lắc: Hình 45: Giao diện nhập chiều dài 6.6 Đồng hồ đo thời gian thí nghiệm 2: Hình 46: Giao diện đồng hồ đo thời gian Đặt lắc ngồi cổng quang điện 60 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Thả nhẹ lắc để lắc dao động tự Đồng hồ tự động kích hoạt lắc qua cổng quang lần Khi lắc hồn thành đủ số dao động u cầu, đồng hồ tự động dừng Sau thực xong, nhấp chuột vào nút “Nạp liệu” để nạp kết Có thể nhấp chuột vào nút “Làm lại” để thực lại thí nghiệm mong muốn Xuất kết thí nghiệm: Ở giao diện thí nghiệm, có nút lệnh xuất kết file Excel, bấm vào nút xuất số liệu để xuất kết file Excel: Hình 47: Xuất kết file Excel File excel sau tạo thành cơng lưu ngồi hình Desktop Ngắt kết nối COM: Sau hồn tất thí nghiệm, nhấp chuột vào nút lệnh “kết nối COM” để kết thúc q trình kết nối Sau q trình ngắt kết nối hồn tất, trạng thái cập nhật: “Đã ngắt kết nối” đồng thời LED báo kết nối mạch tắt Một số lưu ý sử dụng: Trong thực việc kết nối dây dẫn phải đảm bảo ngắt nguồn điện ngắt dây kết nối với máy tính để đảm bảo an tồn Phải kiểm tra kĩ lưỡng dây nối với thiết bị trước bắt đầu thực kết nối Khơng ngắt dây nối bấm nút RESET tiến hành thí nghiệm 61 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT PHẦN I: LỢI ÍCH CỦA SẢN PHẨM: Học sinh trung học • Tiếp cận thí nghiệm vật lý • Ứng dụng kiến thức Vật lý - tin học vào thực tế • Tạo thích thú học tập, tư sáng tạo Những người đam mê lập trình vi xử lý • Dễ dàng nắm bắt quy tắc truyền thơng nối tiếp • Ứng dụng kiến thức đó, cải tiến phát triển sản phẩm tạo sản phẩm cho riêng Nhà trường THPT • Cải tiến thí nghiệm khảo sát CĐ rơi tự đo gia tốc rơi tự • Cải tiến thí nghiệm khảo sát thực nghiệm ĐL lắc đơn Hình 48: Lợi ích sản phẩm Sản phẩm chế tạo nhỏ, gọn hiệu bước đầu thử nghiệm cho kết tốt, có khả ứng dụng vào thực tế cao Tồn sản phẩm xây dựng từ linh kiện điện tử đơn giản, dễ kiếm, giá thành thấp Nếu đầu tư phát triển đưa vào thương mại hóa, trở thành “cơng cụ hữu ích” có giá thành thấp, làm việc hiệu giúp đỡ cho thầy, giáo bạn học sinh việc thực hành thí nghiệm vật lý nghiên cứu lập trình vi xử lý Khác với cách làm truyền thống thơng thường, nhờ việc sử dụng sản phẩm bạn học sinh có cách tiếp cận việc thực thí nghiệm thực hành vật lý, xử lý số liệu, tính tốn học tập tiếp thu kinh nghiệm cách mẻ, hiệu Sự say mê thích thú, tìm tòi nghiên cứu khoa học kích thích khả sáng tạo, tư mẻ, vận dụng kiến thức học vào thực tiễn sống Đối với bạn học sinh đam mê tin học – kỹ thuật lập trình vi xử lý, sản phẩm trở thành mơ hình mơ tả hoạt động việc truyền nhận thơng tin nối tiếp quy mơ nhỏ Là bước việc nghiên cứu lĩnh vực truyền thơng kỷ cơng nghệ số Điều quan trọng tất thiết bị cơng nghệ kỹ thuật số muốn liên kết với nhau, dù sử dụng hình thức truyền tải (dây dẫn, sóng vơ tuyến, cáp quang…) 62 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT phải xây dựng dựa tảng kỹ thuật truyền thơng nối tiếp Với kỹ thuật này, bạn có bước tiếp cận ban đầu, đồng thời ứng dụng kiến thức để ứng dụng sáng tạo sản phẩm ngày ứng dụng rộng rãi vào tất lĩnh vực đời sống PHẦN J: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM I KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC: Sau tháng nghiên cứu, lắp ráp, lập trình nhóm nghiên cứu tạo thí nghiệm học vật lý có khả kết nối với máy tính điện tử Bước đầu cho phép ta thực tổ chức xử lý thí nghiệm học của chương trình vật lý lớp 10 lớp 12 mơ tả hoạt động việc truyền nhận thơng tin nối tiếp máy tính chip vi xử lý Sản phẩm chế tạo gọn nhẹ, dễ lắp đặt, sữa chửa cải tiến mở rộng đưa vào thương mại hóa tương lai II HẠN CHẾ CỦA SẢN PHẨM: Bên cạnh kết đạt được, sản phẩm tồn số hạn chế, nhóm tiếp tục đầu tư cải tiến phát triển cải tiến sản phẩm để giải hạn chế Ở hệ này, sản phẩm dừng lại việc hỗ trợ thực hai thí nghiệm học tập trung chủ yếu mơn vật lý, việc cài đặt phần mềm cho chương trình phức tạp, phạm vi ứng dụng tương đối hẹp, … III HƯỚNG PHÁT TRIỂN SẢN PHẨM: Cải tiến phần mềm giao diện Mở rộng khả sản phẩm Ứng dụng sáng tạo sản phẩm Hình 49: Hướng phát triển sản phẩm 63 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Hiện tại, sản phẩm xây dựng nhỏ gọn với nhiều module nhỏ, tương lai đầu tư phát triển, nhóm tiếp tục cải tiến phát triển sản phẩm nhỏ gọn thuận tiện gần gũi tất bạn học sinh Nhóm tiếp tục cải tiến giao diện chương trình để gần gũi thực nhiều chức hơn, mở rộng phát triển để sản phẩm có khả thực nhiều thí nghiệm ứng dụng vào việc học tập nhiều lĩnh vực khác Qua q trình xây dựng phát triển sản phẩm, nhóm tìm tòi nghiên cứu nắm bắt kỹ thuật kỹ thuật truyền thơng nối tiếp Với kiến thức kỹ thuật đó, nhóm hi vọng vận dụng mạnh cơng nghệ truyền thơng nối tiếp chip vi xử lý để phát triển mở rộng sản phẩm xây dựng sáng tạo sản phẩm khác có khả ứng dụng mạnh mẽ hơn, tiến hơn, giải vấn đề thực tiễn sống, phục vụ tốt cho tất người PHẦN K: KẾT LUẬN ĐỀ TÀI Sau ba tháng nghiên cứu, xây dựng phát triển đề tài, nhóm nghiên cứu chế tạo sản phẩm đầu tiên, hồn thiện Bước đầu, sản phẩm có khả hỗ trợ cho bạn học sinh thực hai thí nghiệm học chương trình vật lý lớp 10 12 Đồng thời, mơ hình phương thức truyền thơng nối tiếp quy mơ nhỏ nhờ bạn học sinh có đam mê lập trình vi xử lý nghiên cứu, tìm tòi biết thơng tin quy tắc truyền thơng nối tiếp ứng dụng quy tắc vào nghiên cứu, sáng tạo tạo sản phẩm có tính ứng dụng cao Sản phẩm xây dựng hồn thiện hai phương diện phần cứng phần mềm Phần cứng bao gồm mạch điện tử, phần mềm bao gồm chương trình xây dựng cho hai đối tượng vi xử lý máy vi tính Tất phần hoạt động hiệu quả, ổn định bước đầu cho kết tốt Với hệ này, số hạn chế đầu tư phát triển có khả mở rộng cao, ứng dụng mạnh nhiều lĩnh vực trường học lẫn sống Sản phẩm xây dựng nhỏ gọn, hoạt động ổn định, thương mại hóa có giá thành thấp, hiệu cao phù hợp với tất người Mong muốn nhóm tác giả muốn gửi gắm qua sản phẩm là: Kết hợp nhiệt tình, đam mê nghiên cứu khoa học việc vận dụng sáng tạo kiến thức học vào thực tiễn sống trở thành tảng bền vững cho phát triển mạnh mẽ khoa học cơng nghệ 64 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT PHẦN L: TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu hướng dẫn nghiên cứu khoa học – PGS.TS Vũ Cao Đàm, TS.Đào Thanh Trường – Nhà xuất giáo dục Việt Nam Sách giáo khoa Vật Lý 10,12 – Nhà xuất giáo dục Việt Nam Bản thuyết minh đề tài: Giải mã ngun lý hoạt động cơng nghệ kỹ thuật số - Hồng Trung Hiếu, Nguyễn Phạm Xn Thắng, Đỗ Thanh Phong – THPT chun Lê Q Đơn Khánh Hòa – thi sáng tạo KHKT học sinh trung học năm học 2013-2014 Thí nghiệm vật lý: Xác định gia tốc trọng trường lắc thuận nghịch – đại học bách khoa Hà Nội https://sites.google.com/site/t2vietdtk/Downhome/gi/8051/vdk/truyen-thong-noi-tiepvoi-8051 http://www.ti.com/lit/ds/symlink/max232.pdf http://www.alldatasheet.com htttp://www.hocavr.com NHĨM TÁC GIẢ 65 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT PHỤ LỤC 1: MẪU BÁO CÁO THỰC HÀNH KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO VÀ XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO (Theo mẫu báo cáo thực hành – sách giáo khoa vật lý lớp 10 bản) Nha Trang, ngày 27 tháng 12 năm 2014 BÁO CÁO THỰC HÀNH: KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO XÁC ĐỊNH GIA TỐC RƠI TỰ DO  Họ tên: _ LỚP: Trả lời câu hỏi: Sự rơi tự rơi tác dụng trọng lực Đặc điểm rơi tự là: Chuyển động thẳng nhanh dần theo phương thẳng đứng chiều từ hướng xuống Cơng thức tính gia tốc rơi tự là: g  v 2s s  gt  g  t t Kết quả: Thời gian rơi t (s) Lần đo ti ti gi  2si ti vi  2si ti 1.00 0.46 0.42 0.45 0.44 0.43 0.428 0.183 10.918 4.673 1.25 0.54 0.49 0.52 0.48 0.51 0.508 0.258 9.688 4.921 1.50 0.54 0.53 0.55 0.58 0.56 0.552 0.305 9.846 5.435 1.80 0.60 0.62 0.59 0.56 0.61 0.596 0.355 10.135 6.040 S(m) (Bảng kết khảo sát chuyển động rơi tự do) 66 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT s(m) 2.500 v (m/s) a Đồ thị: 2.000 8.000 7.000 6.000 5.000 1.500 4.000 1.000 3.000 2.000 0.500 1.000 0.000 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.000 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 t2(s) b Nhận xét:  Đồ thị s  s(t ) có dạng đường thẳng Như chuyển động vật rơi tự  chuyển động thẳng nhanh dần Đồ thị v  v(t ) có dạng đường thẳng, tức vận tốc rơi tự tăng dần theo thời gian Vậy chuyển động vật rơi tự chuyển động thẳng nhanh dần g  g  g3  g 10.918+9.688+9.846+10.135   10.146 (m/s2) c Tính g  4 g1 | g  g1 ||10.146  10.918 | 0.772 g | g  g ||10.146  9.688 | 0.458 g3 | g  g3 ||10.146  9.846 | 0.300 g | g  g ||10.146  10.135 | 0.011 g1  g2  g3  g4 0.772+0.458+0.300  0.011   0.385 4 d Kết phép đo gia tốc rơi tự do: g  g  (g )max  10.146  0.385 (m / s ) g  67 | 1.000 t(s) Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT Nha trang, ngày 03/02/2015 PHỤ LỤC 2.1 : BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO – ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO BÁO CÁO THỰC HÀNH Họ tên: Hồng Trung Hiếu Lớp: 12 TIN Ngày làm thực hành: 03/02/2015 BẢNG KẾT QUẢ THỰC HÀNH KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG RƠI TỰ DO – ĐO GIA TỐC RƠI TỰ DO ST T Độ cao (m) 𝒕̅ (s) 𝒎 𝒈( 𝟐 ) 𝒗 (𝒎⁄𝒔) ∆𝒈 𝒕̅𝟐 (𝒔𝟐 ) 𝒔 0.248 0.247 0.061 9.803 2.425 0.026 0.286 0.285 0.286 0.082 9.780 2.797 0.003 0.320 0.320 0.321 0.320 0.103 9.753 3.123 0.024 0.350 0.351 0.350 0.351 0.350 0.123 9.774 3.425 0.003 0.378 0.378 0.378 0.378 0.379 0.378 0.143 9.788 3.702 0.011 0.405 0.405 0.405 0.405 0.404 0.405 0.164 9.764 3.953 0.013 Thời gian vật rơi Lần đo Lần đo Lần đo Lần đo Lần đo 0.30 0.247 0.247 0.247 0.248 0.40 0.287 0.286 0.286 0.50 0.320 0.320 0.60 0.350 0.70 0.80 Từ bảng số liệu trên, ta tính được: g̅ = 9.777 (𝑚⁄𝑠 ) ̅̅̅̅ ∆𝑔 = 0.013 Vậy gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm: 𝒈 = 𝟗 𝟕𝟕𝟕 ± 𝟎 𝟎𝟏𝟑 (𝒎/𝒔𝟐 ) Sai số tỷ đối: 𝜀 = ̅̅̅̅ ∆𝑔 g̅ = 0.013 9,777 ≈ 0.133% 68 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT s(m) ĐỒ THỊ S=S(t2) 0.90 y = 4.8797x + 0.0009 R² = 0.80 0.70 0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200 t2(s) s(m) ĐỒ THỊ v=v(t) 4.500 y = 9.7358x + 0.0132 R² = 0.9999 4.000 3.500 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 0.500 0.000 0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400 0.450 t(s) 69 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT PHỤ LỤC 2.1 : BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN Nha trang, ngày 19/01/2015 BÁO CÁO THỰC HÀNH Họ tên: Hồng Trung Hiếu Lớp: 12 TIN Ngày làm thực hành: 19/01/2015 BẢNG KẾT QUẢ THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐỊNH LUẬT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐƠN STT Chiều dài l (m) Chu kì T (s) Lần đo Lần đo Lần đo Lần đo Lần đo ̅ (s) 𝑻 ̅̅̅ 𝑻𝟐 𝒔𝟐 𝒎 ( ) ̅̅̅ 𝑻𝟐 (𝒔𝟐 ) 𝒍 𝒎 𝒈( 𝟐 ) 𝒔 ∆𝒈 0.300 1.107 1.107 1.107 1.107 1.107 1.107 1.224 4.081 9.673 0.020 0.350 1.194 1.193 1.194 1.194 1.194 1.194 1.425 4.071 9.699 0.024 0.400 1.273 1.271 1.271 1.271 1.271 1.271 1.617 4.041 9.768 0.046 0.450 1.351 1.351 1.351 1.351 1.351 1.351 1.826 4.057 9.730 0.007 0.500 1.427 1.427 1.427 1.427 1.427 1.427 2.036 4.073 9.694 0.029 ỨNG DỤNG TÍNH GIA TỐC TRỌNG TRƯỜNG NƠI LÀM THÍ NGHIỆM Từ bảng số liệu trên, ta tính được: g̅ = 9.674 (𝑚⁄𝑠 ) ̅̅̅̅ ∆𝑔 = 0.027 Vậy gia tốc trọng trường nơi làm thí nghiệm: 𝒈 = 𝟗 𝟕𝟐𝟑 ± 𝟎 𝟎𝟒𝟐𝟕 (𝒎/𝒔𝟐 ) Sai số tỷ đối: 𝜀 = ̅̅̅̅ ∆𝑔 g̅ = 0.027 9.723 ≈ 0.300% 70 | Đề tài: Kết nối máy tính với số thí nghiệm học chương trình THPT ĐỒ THỊ SỰ PHỤ THUỘC CỦA T VÀO 𝓵 1.600 T(s) 1.400 1.200 1.000 y = -1.0371x2 + 2.4014x + 0.4831 R² = 0.9992 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 l(m) 0.600 ĐỒ THỊ SỰ PHỤ THUỘC CỦA T2 VÀO 𝓵 2.500 T (s ) 2.000 y = 4.0502x + 0.0055 R² = 0.9997 1.500 1.000 0.500 0.000 0.000 l(m) 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 71 |