基于单片机的夫兰克-赫兹实验仪设计方案

1 引言
夫兰克-赫兹实验是近代物理中非常重要的实验，在一定条件下(主要是一定的第一栅极电压UG1K、阻滞电压UG2P、灯丝电压UF)，通过研究阳极电流IP随第二栅极电压UG2P的变化关系，根据电子在碰撞中的能量变化特征来证实原子能级的存在。所以，夫兰克-赫兹实验仪中重点要控制UG1K、UG2P、UF电压的大小并产生一个变化电压UG2K和测出电流IP及电压UG2P的大小。早期仪器中采用机械电位器调节UG1K、UG2K、UG2P、UF电压，只能手动操作；而采用普通运算放大器弱电流放大，稳定性差。为了提高仪器的智能化、稳定性等性能，这里提出一种基于P89LPC932单片机的夫兰克-赫兹实验仪设计方案。

2 仪器整体设计
本设计以单片机P89LPC932为核心。A/D转换器采用12位、11个输入通道、SPI串口接口的TLC2543。测量经高性能运放OPA128组成的放大电路放大后的IP电流(10-9～10-7A)和经电阻分压的UG1K、UG2K、UG2P、UF电压，其测量结果分别用2个相同的4位7段LED显示．同时保存在64 K字节的E2PROM器件CAT24C256中。数字电位器MAX5481在单片机的SPI接口控制下，通过电路产生一个0～100 V左右、分辨率约为O．1 V的变化UG2K电压。数字电位器DS1844在单片机的I2C接口控制下，通过电路产生3路64阶变化的电压UG1K、UG2P、UF。USB一串口转换器PL2303H使仪器通过伪USB接口与计算机相连，进行数据传输。图1为仪器的整体框图。