基于P89LPC932单片机的夫兰克-赫兹

3 基本电路
该仪器的核心是P89LPC932型单片机，该器件接口丰富，具有768字节RAM数据存储器，8 KB可擦除Flash程序存储器，支持ISP下载；400 kHz字节方式I2C通信端口、SPI通信端口和增强型UART串口，这使其与具备I2C和SPI接口的器件连接和使用都很方便。其内部512字节E2ROM可用于保存开机的初始状态和F-H管(充氩气的夫兰克-赫兹管)的使用安全工作条件。
3．1 A／D转换电路
A／D转换电路采用TLC2543，它具有11个输入端，12位分辨率，10μs的转换时间，内部带有采样保持器和时钟电路，采用SPI接口。单片机P89LPC932通过SPI接口的4个引脚与其相连，以控制其控制字的写入和转换操作。其中控制字规定TLC2543所要转换的模拟量通道、转换后的输出数据长度、输出数据的格式。转换结果由单片机通过SPI接口读出。UG1K、UG2K、UG2P、UF电压通过电阻分压以及放大后的，Ip电流加到TLC2543的5个输入端，进行测量。
3．2 UG2K电压产生电路
早期设计中，夫兰克-赫兹实验仪采用机械电位器手工调节来获得变化电压。为了减少设计工作量，充分利用仪器成熟的模拟电路部分电路，本设计采用数字电位器代替机械电位器。
数字电位器MAX5481是10位(1 024阶)非易失、线性变化、可编程分压器(其两个固定端电阻为10 kΩ)，实现机械电位器的功能，采用SPI接口。硬件上．单片机P89LPC932通过SPI接口4个引脚与该器件相连；软件上，通过写入控制字来控制电位器的增大、减小和设定。由于MAX5481的负载能力有限(电阻上的电流范围为几百微安到毫安级)，一般需采用放大电路扩展其负载能力。
3．3 UG1K、UG2P、UF电压产生电路
采用数字电位器DS1844产生UG1K、UG2P、UF电压，该器件内含4个独立、6位(64阶)线性变化、可编程的分压器，采用I2C接口。硬件上，单片机P89LPC932通过I2C接口2个引脚与其相连；软件上通过写入控制字控制电位器的增大、减小和设定。由于DSl844的负载能力有限，也需采用放大电路扩展其负载能力。图2为UG1K电压产生电路，VT4接成共集放大电路，该电路能够输出一个64阶变化的电压UG1K。同样，采用DS1844的另外2个分压器和相同的驱动电路输出64阶变化的UG2P、UF电压。