1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

本文的材料主要来源于有关国内外的文献资料、期刊、学术论文、报纸、专业性网站以及相关的评论文章。

1913年，丹麦物理学家玻尔(n．bohr，1885 1962)在卢瑟福原子核模型的基础上，结合普朗克的量子理论，成功地解释了原子的稳定性和原子的线状光谱理论，玻尔理论是原子物理学发展史上的一个重要里程碑。玻尔由于研究原子结构和原子辐射贡献突出获得了1 922年的诺贝尔物理学奖。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

课题研究背景

历史上 ,弗兰克与赫兹采用慢电子与稀薄气体原子碰撞的方法 ,使气体原子从低能态激发到较高能态 ,测得电子与气体原子碰撞时会交换某一定值的能量 ,进一步确认气体原子发生能态变化时吸收或发射的能量是完全确定的 、不连续的 ,从而直接证明了原子内部量子化能级的存在 ,为量子理论的确立提供了强有力的支持 在具体的方法上 ,弗兰克赫兹实验是通过电位器对栅压进行调节，从而得到实验曲线，由于电位器的结构特点所致，在使用的过程中，电位器接触点与电阻体反复产生摩擦，电阻体表面的碳膜等涂层被磨损，导致其调节失灵，经常致使仪器不能正常工作。其次手动调节栅压不够精细，描点测曲线准确度低，直观性差。针对上述问题所采取的措施是采用数字电压调节的方案，消除电位器由于机械磨损带来的弊端。

研究的内容

对弗兰克赫兹实验仪进行重新设计、改进，具体内容如下：

（1）了解必要电路知识的同时，研究线性放大器的原理，DA转换器原理，并结合单片机系统设计整个硬件电路。

（2）设计相应电路，用于实现线性电压的数字调节功能。

预期目标：

(1）设计出可以实现弗兰克赫兹实验仪线性电压的数字调节的电路。

（2）利用单片机对其进行控制，实现数字调节，利用运算放大器，得到线性电压。

（3）重新设计的弗兰克赫兹实验仪可正常开展实验环节，并能够精确，直观记录相关数据。

整个毕业设计对弗兰克赫兹实验仪进行重新设计、改进，将线性放大器，单片机系统运用到弗兰克赫兹实验仪中，克服了由于使用电位器和按键造成磨损带来的众多问题，延长了仪器使用寿命，为大学物理教学提供了极大的便利。从实际应用和设备完好率的角度出发，重新设计后的弗兰克赫兹实验仪提高了其稳定性、方便性、操作性，对大学物理教学具有很大意义。

研究的步骤：

步骤一：认真研究有关理论知识并大量查阅文献，确定弗兰克赫兹实验仪的总体设计方案，设计出电路图。

步骤二：决定各项参数所需要的硬件设施，完成电路的理论分析和电路模型构造。

步骤三：对各单元模块进行调试与验证。

步骤四：对单元模块进行整合，整体调试。

步骤五：完成原理图设计和硬件制作。

步骤六：编写程序和整体调试电路 。

步骤七：完成论文撰写，整理校核。

步骤八：原理图、硬件、软件、论文总体检查测试，进行必要修改，完成本课题。

电路原理：

实现弗兰克赫兹实验仪线性电压的数字调节的系统框图如图所示：

部分电路如下：

单片机控制D/A转换，通过运算放大器放大的电路，将输入的数字量变成模拟电压量，进而由运放的进行信号处理，输出所需要的线性电压值。

参考文献：

【1】朱月秀，《单片机原理与应用》修订版,科学出版社,2011.03

【2】王欣飞，谢龙汉，谢锋然,《51单片机原理与程序设计》,清华大学出版社,2014.02

【3】蔡锦福，《运算放大器原理与应用》,科学出版社,2005.07

【4】彭军,《运算放大器及其应用》,科学出版社,2008.07

【5】谭伟石，《近代物理实验》,南京大学出版社,2013.09

【6】王惠，孙振翠，张芹,《物理实验教程》第4版,国防工业出版社,2015.07

【7】黄剑平，穆瑞珍，《基于数字电位器的可编程电压基准源设计》，电子器件, 2015 .12

【8】陈国杰，徐志民，朱星,《智能弗兰克-赫兹实验测量仪的研制》,大学物理，2002.06【9】蔡永明，王新生.《大学物理实验》（第二版）化学工业出版社，2009.01

【10】邱关源，罗先觉.《电路》（第五版）高等教育出版社，2006.05

【11】克强，《数控直流稳压电源#8212;单片机与D/A转换接口电路应用实例》，电子世界，2011

【12】郑毛祥，赵晓红，《单片机原理及应用 单片机基础》华中科技大学出版社，2015.05

【13】薛锦诚，陈祥光，姜波，《51单片机系统A/D,D/A转换电路的设计》，电测与仪表，1992

【14】肖看，李群芳，《单片机原理、接口及应用#8212;嵌入式系统技术基础》第2版，清华大学出版社，2010.9

【15】胡汉才.单片机原理及其接口技术(第二版)[M].清华大学出版,2004.49-77