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基于P89LPC932單片機(jī)的夫蘭克-赫茲

作者： 時(shí)間：2010-03-12 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏
摘要：提出一種以單片機(jī)P89LPC932為核心的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)方案，采用12位A／D轉(zhuǎn)換器件TLC2543進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，由運(yùn)放OPA128組成的放大電路放大電流Ip，采用數(shù)字電位器MAX5481和DS1844產(chǎn)生變化的UG1K、UG2K、UG2P、UF電壓，還配有64 K字節(jié)E2PROM和偽USB接口。該儀器具有手工操作、自動操作以及和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)操作等功能。
關(guān)鍵詞：夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀；P89LPC932；MAX5481；DS1844；OPA128


1 引言
夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)是近代物理中非常重要的實(shí)驗(yàn)，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(guān)系，根據(jù)電子在碰撞中的能量變化特征來證實(shí)原子能級的存在。所以，夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀中重點(diǎn)要控制UG1K、UG2P、UF電壓的大小并產(chǎn)生一個(gè)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(jī)械電位器調(diào)節(jié)UG1K、UG2K、UG2P、UF電壓，只能手動操作；而采用普通運(yùn)算放大器弱電流放大，穩(wěn)定性差。為了提高儀器的智能化、穩(wěn)定性等性能，這里提出一種基于P89LPC932單片機(jī)的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)方案。

2 儀器整體設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)以單片機(jī)P89LPC932為核心。A/D轉(zhuǎn)換器采用12位、11個(gè)輸入通道、SPI串口接口的TLC2543。測量經(jīng)高性能運(yùn)放OPA128組成的放大電路放大后的IP電流(10-9～10-7A)和經(jīng)電阻分壓的UG1K、UG2K、UG2P、UF電壓，其測量結(jié)果分別用2個(gè)相同的4位7段LED顯示．同時(shí)保存在64 K字節(jié)的E2PROM器件CAT24C256中。數(shù)字電位器MAX5481在單片機(jī)的SPI接口控制下，通過電路產(chǎn)生一個(gè)0～100 V左右、分辨率約為O．1 V的變化UG2K電壓。數(shù)字電位器DS1844在單片機(jī)的I2C接口控制下，通過電路產(chǎn)生3路64階變化的電壓UG1K、UG2P、UF。USB一串口轉(zhuǎn)換器PL2303H使儀器通過偽USB接口與計(jì)算機(jī)相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。圖1為儀器的整體框圖。




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