场发射测试系统的设计与实现

摘要

场发射平板显示作为传统彩电(显像管)的平板化技术，在国内外受到广泛重视，并取得了显著的进展。场致电子发射简称为场发射现象，是场发射显示器件的物理基础，场发射测量技术是研究场发射阴极材料、场发射器件的技术基础。 场发射电流与场强关系的测量是场发射测量的主要内容，一般是需要在数千伏的高压条件下测量纳安量级的弱电流，信号的测量和采集极易受外界干扰，目前国内外尚没有合适的测量电源。 本文利用现有的直流高压电源，设计完成了在高压输出端测量范围为10nA～1mA，即5个数量级的场发射电流的场发射测试系统，基本满足了场发射测量要求。 本文具体完成了如下几个方面工作： 1、针对场发射电流变化范围宽的特点，采用了对数放大测量方法，并进行了实验测量验证； 2、采用ARM微控制器LPC2148，对模数转换和数据采集进行了硬件电路和软件设计； 3、采用红外技术实现高压下的弱信号测量； 4、利用LPC2148片内Flash设计了存储U盘，将数据实时存储到U盘，并且研究了USB协议，进行了USB接口编程与调试，便于将U盘数据上传至PC机，方便了后续的数据处理； 论文最后对所设计的场发射测试系统进行了总结，指出了系统的不足，下一步工作，以及有待改进提高之处。 本论文的工作完成了系统软硬件设计、PCB设计、电路板焊接、整机装配、系统调试和实验测量，其创新之处是利用红外技术实现了高压下的场发射电流信号测量。

目录

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第一章 前言

1.1场发射显示技术

1.2场发射测试的基本原理及特点

1.3国内外研究现状

1.4本课题研究目的及本论文内容安排

第二章 硬件电路设计

2.1系统原理框图

2.2场发射电流测量

2.2.1微弱电流测量技术

2.2.2模拟信号调理

2.2.3 A/D转换电路

2.2.4高压隔离电路设计

2.3高压测量

2.3.1信号调理

2.3.2 A/D转换电路

2.4微控制器LPC2148

2.4.1 LPC2148简介

2.4.2 LPC2148接口电路设计

2.5 LCD显示

2.6系统供电电源设计

2.7硬件抗干扰设计

第三章 系统软件设计

3.1高压端微控制器软件设计

3.1.1主程序

3.1.2系统的初始化

3.1.3 A/D转换程序

3.1.4红外通信握手程序

3.2弱电端微控制器软件设计

3.2.1主程序

3.2.2系统的初始化

3.2.3片上A/D转换程序

3.3软件滤波

第四章 U盘及USB传输模块的设计与实现

4.1 USB总线简介

4.2 USB总线协议

4.2.1概述

4.2.2 Mass Storage协议规范

4.3 USB编程及调试

4.4 LPC2148 USB设备控制器简介

4.5 u盘与FAT文件系统的设计实现

第五章测量实验与误差分析

5.1初步粗略测量实验

5.2误差来源分析及使用注意事项

第六章总结与展望

参考文献

附录

致谢

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