基于單片機的夫蘭克-赫茲實驗儀設計方案

1 引言
夫蘭克-赫茲實驗是近代物理中非常重要的實驗，在一定條件下(主要是一定的第一柵極電壓UG1K、阻滯電壓UG2P、燈絲電壓UF)，通過研究陽極電流IP隨第二柵極電壓UG2P的變化關系，根據電子在碰撞中的能量變化特征來證實原子能級的存在。所以，夫蘭克-赫茲實驗儀中重點要控制UG1K、UG2P、UF電壓的大小并產生一個變化電壓UG2K和測出電流IP及電壓UG2P的大小。早期儀器中采用機械電位器調節UG1K、UG2K、UG2P、UF電壓，只能手動操作；而采用普通運算放大器弱電流放大，穩定性差。為了提高儀器的智能化、穩定性等性能，這里提出一種基于P89LPC932單片機的夫蘭克-赫茲實驗儀設計方案。

2 儀器整體設計
本設計以單片機P89LPC932為核心。A/D轉換器采用12位、11個輸入通道、SPI串口接口的TLC2543。測量經高性能運放OPA128組成的放大電路放大后的IP電流(10-9～10-7A)和經電阻分壓的UG1K、UG2K、UG2P、UF電壓，其測量結果分別用2個相同的4位7段LED顯示．同時保存在64 K字節的E2PROM器件CAT24C256中。數字電位器MAX5481在單片機的SPI接口控制下，通過電路產生一個0～100 V左右、分辨率約為O．1 V的變化UG2K電壓。數字電位器DS1844在單片機的I2C接口控制下，通過電路產生3路64階變化的電壓UG1K、UG2P、UF。USB一串口轉換器PL2303H使儀器通過偽USB接口與計算機相連，進行數據傳輸。圖1為儀器的整體框圖。