基于單片機(jī)的夫蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)儀設(shè)計(jì)方案
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在F-H管中產(chǎn)生的電流IP很小(10-9～10-7A)，設(shè)計(jì)由高性能運(yùn)放OPA128組成的放大電路對該電流進(jìn)行放大，如圖3所示。該放大電路是儀器性能穩(wěn)定的關(guān)鍵，需要選擇偏置電流小的運(yùn)算放大器，這里選用OPA128，因?yàn)槠洳捎肍ET輸入的“靜電計(jì)級”運(yùn)放，輸入偏置電流不大于75 fA，失調(diào)電壓最大為500μV，失調(diào)電壓漂移最大為5μV／℃，輸入阻抗為1013 Ω。該電路能把10-9A的電流放大并轉(zhuǎn)換成1 V的電壓輸出，送至轉(zhuǎn)換A／D進(jìn)行轉(zhuǎn)換和測量。
3．5 其他電路
在手動(dòng)操作模式下，儀器測量的結(jié)果需直接顯示讀數(shù)，這里設(shè)計(jì)兩個(gè)相同的電流、電壓顯示模塊，這兩個(gè)模塊采用4片74LS164器件和4個(gè)7段LED數(shù)碼管組成靜態(tài)顯示，它們和P89LPC932的連接較簡單，只需用4個(gè)I／O接口模擬串口0方式進(jìn)行顯示驅(qū)動(dòng)。在自動(dòng)操作模式下，需接先采集數(shù)據(jù)再回放結(jié)果，為此采用帶有I2C接口、64 K字節(jié)的E2ROM器件CAT24C256，可直接連接到單片機(jī)P89LPC932的I2C接口的2個(gè)引腳。在和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)操作模式下，考慮到USB接口的方便性，選用USB串口轉(zhuǎn)換器件PL2303H，使儀器能通過偽USB接口與計(jì)算機(jī)相連傳輸數(shù)據(jù)。PL2303H只需和單片機(jī)P89LPC932的UART的TXD、RXD引腳相連接，并讀寫UART相關(guān)的寄存器，計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)器由生產(chǎn)廠家提供，實(shí)際上映射為一個(gè)RS232接口編程。從而簡化上位機(jī)的編程設(shè)計(jì)。
4 結(jié)束語
由于該儀器是采用P89LPC932、TLC2543、OPA128、MAX5481、DS1844和PL2303H等器件進(jìn)行設(shè)計(jì)。保證了儀器的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)以簡潔、實(shí)用為出發(fā)點(diǎn)，合理配置器件，從而提高儀器的整體性能，簡化了電路設(shè)計(jì)和調(diào)試。
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