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摘 要

在弗兰克赫兹实验中，我们需要频繁调节加速电压并记录板极电流。现在市面上常用的弗兰克赫兹实验仪用的电位器和按键来调节电压，当实验者反复转动电位器时，经常出现电位器损坏和接触不良等情况。另一方面，每组的实验数据间隔很小，用电位器很难调到需要的电压，尤其是电位器经过长期使用后;实验产生的数据有上百个，数据记录很繁琐，后期作图并处理数据也很麻烦。 对此，我们采用单片机系统代替原有的电压控制方式，使电压精确改变，同时用触摸屏代替电位器和按键，并将实验数据和实验结果图通过USB接口输出。经过改进后，达到了延长仪器使用寿命，提高仪器可靠性、提升仪器档次的目的。

关键词：单片机 串行口 触摸屏 电压控制

Application of Serial Port Communication in All - digital Frank - Hertz Experiment Instrument

ABSTRACT

In the Frank Hertz experiment, We need to adjust the accelerating voltageand record the plate currentfrequently. Now we use the potentiometer and keypad of the Frank Hertz experiment instrument to adjust the voltage. When the potentiometer is turned over and over again, it leads to problems of potentiometer breakdown, poor contact and so on. On the other hand, the interval of each set of experimental data is very small, so it is difficult to get the required voltage with the potentiometer, especially when potentiometer is used for a long time; The experiment generates hundreds of data, so it is cumbersome to record data and make curves of the results. In our work, we use the microcontroller system to precisely change the voltage instead of the original voltage control mode, and replace the keys and potentiometers with touch screen. Furthermore, the experimental data can be output via the USB interface. After improved the experimental instrument, we successfully solved the problem of easy damage to the instrument and achieved the purpose to extend the life time of the instrument, improve the reliability and operability, upgrade the equipment.

Key Words: Single Chip Microcomputer; Serial Port; Touch Screen; Voltage Control

目 录

摘要……………………………………………………………………………I

ABSTRACT…………………………………………………………………II

1. 绪论…………………………………………………………………1

1.1实验原理……………………………………………………………1

1.2总体方案设计………………………………………………………2

第三章 硬件设计……………………………………………………………3

1. 2.1单片机部分…………………………………………………………3

2.1.1单片机引脚图介绍……………………………………………3

2.1.2单片机串口连接………………………………………………4

2.2串行口通信原理……………………………………………………6

2.3串行口通信背景、前景……………………………………………7

2.3.1串行口通信背景………………………………………………7

2.3.2 wifi串口通信…………………………………………………7

2.3.3蓝牙串口通信…………………………………………………8

2.3.4 SERDES系统…………………………………………………9

2.4 D/A转换……………………………………………………………10

2.5 A/D转换……………………………………………………………12

2.6触摸屏显示部分……………………………………………………14

2.6.1 电阻屏………………………………………………………14

2.6.2 电容屏………………………………………………………15

2.6.3 触摸屏优劣分析……………………………………………15

2.6.4 迪文DGUS介绍……………………………………………16

2.7 USB数据输出部分…………………………………………………19

2.7.1 USB背景介绍………………………………………………19

2.7.2 USB接口设计………………………………………………20

第三章 主要软件设计……………………………………………………21

3.1 D/A转换部分……………………………………………………21

3.2 A/D转换部分……………………………………………………22

3.3触摸屏部分………………………………………………………24

第四章 总结………………………………………………………………28

参考文献……………………………………………………………………39

致谢……………………………………………………………………………30

1. 绪论

弗兰克赫兹实验是大学物理实验的一个重要内容，实验通过加速电压加速电子，电子与氩原子发生碰撞，通过实验测量，灯丝产生的电子与弗兰克赫兹管内的氩原子碰撞时会交换某一定值的能量，可以使氩原子从低能级激发到高能级，证明了原子跃迁时吸收和发射的能量是分立的、不连续的，这个实验证明原子能级的存在^[1]。

实验仪的电路中，能量较小的电子被拒斥电压阻挡，能通过拒斥电压的电子被检流计检测到，形成板极电流，而电子的能量由加速电压决定，所以实验需要通过不断地改变加速电压观察板极电流，绘制电流电压曲线，观察极大极小值点。

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