1、导言
夫兰克一赫兹试验是近代物理中一个重要试验，它通过直接丈量电子磕碰中传递的能量来证明原子能级的存在。夫兰克一赫兹试验仪是要发生一个改动的电压UG2K，并测出电流IP及UG2K的巨细。然而在前期仪器中均选用机械电位器来调理UG2K。在此选用数字电位器调理UG2K。
2、仪器的全体规划
图l示出仪器的基本原理及IP一UG2K曲线。规划中，选用单片机STC89C54它具有16 K Flash ROM、l 280B RAM、16K E2PROM、规范MCS一51单片机，支撑ISP下载。A／D转换器选用具有12位11个输入通道、串口接口的TLC2543。可对通过三级扩大了的10-9～10-7A电流In和通过电阻分压的UG2K进行丈量，其丈量成果别离选用4位7段LED显现，一起保存在单片机的E2PROM中。在单片机的P1．O~Pl.3引脚操控下，数字电位器MAX5481通过电路发生一个电压约为0~100 V，分辨率约为O．1 V改动的UG2K。RS232串口用于ISP下载。仪器全体框图如图2所示。
3、 数字电位器MAX5481
MAX548l是10位（即1 024抽头）非易失、线性改动、可编程分压器和可变电阻器，其两个固定端电阻为10 kΩ，完成机械电位器的功用，可装备成3线串行SPI兼容接口或增/减（Up／Down）数字接口。在其内部有非易失、电可擦除可编程只读存储器（E2PROM），用于存储上电时滑动端的初始方位。可选用+2．7～+5．25 V单电源供电或±2．5 V双电源供电。
3．1 内部结构
图3示出MAX548l的内部功用框图。MAX5481首要包含电源、上电复位、非易失存储器、锁存器、解码电路、SPI接口电路、Up/Down接口电路、接口挑选电路、可变电阻器等。
3．2 引脚功用
MAX548有16引脚TQFN和14引脚TSSOP两种封装。其引脚功用：H为可变电阻高电平端；W为可变电阻滑动端；L为可变电阻低电平端；VDD为电源正极；GND为电源地。VSS为电源负极，当单极性电源供电时，与GND短接；CS为片选信号，低电平有用；SPI／UD用于接口方法的挑选。高电平时挑选SPI接口方法，低电平时挑选Up／Down方法；SCLK（INC）用于两种方法的切换，在SPI方法下，为时钟信号输入端；在Up／Down方法，每个下降沿均使W端添加或减小J LSB；DIN（U／D）用于两种方法的切换，在SPI方法下，DIN为数据信号输入端；在Up／Down方法下，决议W端的改动方向。
3．3 单片机对MAX5481的操控
上电后，MAX548l复位作业，先读取非易失存储器中的数据，经锁存器、解码电路，使W端移至预先没定的方位。接口挑选电路依据SPI／UD引脚电平挑选接口方法，由SPI接口或Up／Down接口改写锁存器的数据，经解码后来改动W端的方位，然后改动分压比和上下电阻值。
3．3．1 SPI接口方法
当SPI／UD=l时，MAX548l进入SPl接口方法；当CS=0时，在时钟引脚SCLK（INC）的上升沿，将数据输入引脚DIN（U/D）的数据写入MAX548l。要把数据写到锁存器时，需求24个时钟才能把指令和数据写入MAX548l中；要在锁存器和NV存储器之间仿制数据时，能够选用8个时钟来写指令，也能够选用24个时钟把指令和数据写入MAX548l中，其间后边16位数据将被疏忽。表l示出其数据格式。W端的方位由10位锁存器中的数据决议，其分压比可按下式核算：
3．3．2 Up／Down接口方法
当SPI／UD=0时，MAX548l进入Up／Down接口方法，该方法操作较简略。当CS=0器材被选中，若引脚DIN（U/D）=l时，则引脚SCLK（INC）的每个下降沿均使W端添加1 LSB（向H端移动）；若引脚DIN（U/D）=0时，则引脚SCLK（INC）的每个下降沿均使W端减小1 LSB（向L端移动）。在SCLK（INC）=1状况，引脚CS电平为上升沿时，MAX5481将把锁存器数据仿制到NV存储器予以保存。
3．3．3 UG2K电压发生电路
在硬件上，单片机通过P1．0～P1．3口与引脚CS、SCLK（INC）、DIN（U／D）、SPI／UD相连。在软件上，选用SPI方法对MAX548l进行操作。因为MAX548l是10位（1 024抽头）的数字电位器，因而在没置按键时，还设有十进位、百进位加快键，以便当调整。
因为MAX5481的负载才能有限．一般需求选用扩大电路对其负载才能进行扩展。规划中VTl、VT3接成共集扩大电路，VT2接成共基扩大电路，这样即可进步带负载才能，输m约0~100V，分辨率约为0．1 V改动的UG2K。该电压通过R7、R8电阻分压，供丈量运用。
4 、结束语
数字电位器能在各种运用中为模仿电路供给便当的电阻、电压和电流数字操控与调理。特别是许多模仿电路通过几十年的开展，技能老练，因而只需较小的改善，乃至能够直接用数字电位器代替机械电位器，而使操作数字化，既便当蒯节操控，又进步体系功能，简化规划。
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