CN112419851A - 一种新型实验室模电实验教学系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型实验室模电教学系统，包括教师终端与其控制的多个实验箱，实验箱与教师终端通过WIFI进行数据传输，实验箱包括集成运放实验模块、晶体管放大电路实验模块、滤波器实验模块、可调增益仪表放大实验模块、直流稳压电源实验模块，所述每个模块的输入端、输出端分别添加有测试点；实验箱还包括主控模块，主控模块包括WIFI通信模组、微处理器、测试点信息采集模块、按键控制模块及显示屏。本教学系统可以通过主控模块中微控制器将实验箱中所进行的试验的各项参数进行获取及分析，并将各类数据显示在主控模块的显示屏上，同时将数据上传至云端供老师查看，便于对学生实验成果进行检查批改和统计。
Description
技术领域
本发明涉及到教学设备技术领域，具体为一种新型实验室模电实验教学系统。
背景技术
对于电子技术专业，模拟电子技术是一门非常基础且重要的专业学科，而模电实验是模电课程学习过程中非常重要的一个步骤，它可以帮助学生通过做实验的方式对模电知识有更加深入的理解，做到理论联系实际。然而传统的模电实验箱在使用时，学生端需要通过复杂繁琐的接线来进行，效率低下，而且传统实验箱没有直观的结果显示界面，无法让使用者更直观高效地进行实验。由于传统实验箱使用时较零散、不便于老师的集中管理的原因，市场上出现了一些便携式模电实验系统，对传统的模电实验系统有了较大的改进，但由于其特点为便携性，学生可以随身带走，却导致教师难以在模电教学中进行集中管理。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：
一种新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，包括：
教师终端与其控制的多个实验箱，所述实验箱与教师终端通过WIFI进行数据传输，所述实验箱包括集成运放实验模块、晶体管放大电路实验模块、滤波器实验模块、可调增益仪表放大实验模块、直流稳压电源实验模块，所述每个模块的输入端、输出端分别添加有测试点；
实验箱还包括主控模块，所述主控模块包括与教师终端进行数据传输的WIFI通信模组、用于将各模块对应采集到的电路实验数据进行液晶屏显示及分析的微处理器、测试点信息采集模块、用于选通任一模块中的电路及相应测试点进行单独实验的按键控制模块及显示屏。
进一步的，集成运放实验电路模块包括加法器运算电路、积分微分器运算电路、负反馈电路，以及比较器电路，所述比较器电路包括单限比较器电路、滞回比较器电路、窗口比较器电路；所述比较器电路的输出端添加有测试点。
进一步的，晶体管放大电路实验模块包括单级放大电路、两级放大电路、负反馈放大电路、差动放大电路以及互补对称功率放大电路；所述互补对称功率放大电路的输出端添加有测试点。
进一步的，直流稳压电源实验模块包括整流电路、峰值检波电路、稳压器，所述整流电路包括半波整流电路和全波整流电路；所述整流电路输出端、峰值检波电路输出端、稳压器输出端分别添加有测试点。
进一步的，滤波器实验模块包括无源滤波器实验电路、有源滤波器实验电路。
进一步的，可调增益仪表放大器实验模块由AD620来进行设计，并通过按键控制模块中的矩阵键盘和微控制器来设置可调增益。
优选的，微控制器选用STM32F103ZET6芯片，按键控制还包含发送确认键，用于控制微控制器将电路实验采集到的最终电路信息通过WIFI通信模组上传云端。
优选的，本系统还包括分别与实验箱、教师终端经WIFI通信相连的云端数据库模块，用于存储信息。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
本新型的实验室模电实验教学系统，通过模块电路选择键阵来选通模电实验系统任一模块的子电路，同时微控制器切换子电路对应的同步测试点，进行实验，可键控切换多模电实验电路可以使实验者简单快速地切换模电实验模块，而不是传统的复杂的拔插接线，极大程度上提高了实验者进行模电实验的效率。
实验中微控制器采集到的各电路特性信息通过显示屏实时显示在学生端，可直观观察实验结果，与传统的电路实验相比，省略了反复用万用表测试电路节点的过程，使得实验结果更加直观，更有助于学生对实验结果进行实时分析。
学生采集到的电路信息稳定后，通过上传确认键，微控制器将电路实验采集到的最终电路信息经过处理，通过WIFI通信模组上传云端；传统实验箱在测试完之后数据不能有效保存，就间接增加了实验者的实验次数，而可WIFI上报实验数据的学生端实验箱模块使得学生的实验结果可以有效地保存，同时便于老师获取试验结果对学生测评和针对性教学。
进一步的，教师端可以从PC端获取云端学生所上传的模电实验数据，进行统计整理，生成学生模电实验文档，便于实验结果的集中管理。
附图说明
图1为实验室模电实验教学系统结构图；
图2为模电实验箱测试点及各模块示意图；
图3 为实验室模电实验教学系统工作示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示的一种新型的实验室模电实验教学系统，主要包括教师终端与其控制的多个实验箱，实验箱与教师终端通过WIFI进行数据传输，如图2所示，实验箱包括集成运放实验模块、晶体管放大电路实验模块、滤波器实验模块、可调增益仪表放大实验模块、直流稳压电源实验模块，上述每个模块的输入端、输出端分别添加有测试点；实验箱还包括主控模块，主控模块包括与教师终端进行数据传输的WIFI通信模组、用于将各模块对应采集到的电路实验数据进行液晶屏显示及分析的微处理器、测试点信息采集模块、用于选通任一模块中的电路及相应测试点进行单独实验的按键控制模块及显示屏；所有实验箱通过对应WIFI通讯模组，无线连接到云端，教师终端PC可以直接从云端进行数据的获取。
集成运放实验电路模块包括加法器运算电路、积分微分器运算电路、负反馈电路，以及比较器电路，其中比较器电路包括单限比较器电路、滞回比较器电路、窗口比较器电路，在集成运放实验电路模块输入端加测试点3，用于微控制器采集输入信号电压、频率；在集成运放实验电路的输出端添加测试点5，用于微控制器采集集成运放实验电路模块输出信号的幅度、频率；在比较器电路部分输出端添加测试点6，用于微控制器采集比较器的阈值电压；微控制器对以上采集到的信息进行分析，并在显示屏上实时显示频率、幅值、增益、阈值、波形等实验参数。
晶体管放大电路实验模块包括单级放大电路、两级放大电路、负反馈放大电路、差动放大电路以及互补对称功率放大电路模块，在晶体管放大电路试验模块输入端添加测试点8，用于微控制器采集输入信号电压、频率、静态工作点；在晶体管放大电路输出端添加测试点10，用于微控制器采集输出信号的电压、频率、静态工作点，以及失真度等；在互补对称功率放大电路的输出端添加测试点11，用于采集输出信号的电流。微控制器对以上采集到的信息进行分析，并在显示屏上实时显示频率、幅值、增益、失真度、静态工作点、波形等实验参数，通过各采集点信息之间的电路特性，微控制器能够分析电路开路短路故障，并进行显示。
直流稳压电源实验模块包括整流电路模块、峰值检波电路、稳压器，其中整流电路包括半波整流电路和全波整流电路，设置的测试点9用于微控制器采集稳压电源模块的输入信号波形，测试点12用于微控制器采集整流电路的输出信号波形，测试点13，用于对整流信号经过峰值检波电路进行滤波后的波形采集，以及峰值采集，测试点14用于对直流稳压电源模块输出电压值的采集；微控制器对以上采集到的信息进行分析，并在显示屏上实时显示幅值、波形等实验参数。
滤波器实验模块包括无源滤波器实验电路、有源滤波器实验电路，测试点4用于微控制器对输入信号峰值、频率、波形进行采集，测试点7用于对滤波器实验电路输出信号的幅度、频率以及波形采集；微控制器对以上采集到的信息进行分析，并在显示屏上实时显示幅值、频率、波形等实验参数。
可调增益仪表放大器实验模块由AD620来进行设计，并通过矩阵键盘和微控制器来设置可调增益，设置测试点1和2，分别用于微控制器采集可调增益仪表放大模块输入输出信号的幅值、频率、波形等数据。
主控模块中，微控制器选用STM32F103ZET6，通过片内AD来进行各个测试点信号幅值的采集，通过等精度测频法来进行各测试点频率的测量，将各模块对应采集到的电路实验数据进行液晶屏显示；按键控制模块可以通过键值来选通以上模电实验模块中任一子电路进行单独实验，在键控选通子模块电路时各个测试点IO口进行对应切换，使得采集测试点与对应子模块匹配，同时刷新显示屏显示的内容；按键控制模块中还包含发送确认键，用于控制微控制器将电路实验采集到的最终电路信息通过WIFI通信模组上传至教师终端。
使用该实验室模电实验教学系统时，如图3所示，学生端通过模块电路选择键阵来选通模电实验系统任一模块的子电路，同时微控制器切换子电路对应的同步测试点，进行实验，实验中微控制器采集到的各电路特性信息通过显示屏实时显示在学生端，学生采集到的电路信息稳定后，通过上传确认键，微控制器将电路实验采集到的最终电路信息经过处理，通过WIFI通信模组上传云端；教师可以从教师终端（PC端）获取云端学生所上传的模电实验数据，进行统计整理，生成学生模电实验文档，便于实验结果的集中管理。
以上所述，仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，包括：
教师终端与其控制的多个实验箱，所述实验箱与教师终端通过WIFI进行数据传输，所述实验箱包括集成运放实验模块、晶体管放大电路实验模块、滤波器实验模块、可调增益仪表放大实验模块、直流稳压电源实验模块，所述每个模块的输入端、输出端分别添加有测试点；
所述实验箱还包括主控模块，所述主控模块包括与教师终端进行数据传输的WIFI通信模组、用于将各模块对应采集到的电路实验数据进行液晶屏显示及分析的微处理器、测试点信息采集模块、用于选通任一模块中的电路及相应测试点进行单独实验的按键控制模块及显示屏。
2.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述集成运放实验电路模块包括加法器运算电路、积分微分器运算电路、负反馈电路，以及比较器电路，所述比较器电路包括单限比较器电路、滞回比较器电路、窗口比较器电路；所述比较器电路的输出端添加有测试点。
3.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述晶体管放大电路实验模块包括单级放大电路、两级放大电路、负反馈放大电路、差动放大电路以及互补对称功率放大电路；所述互补对称功率放大电路的输出端添加有测试点。
4.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述直流稳压电源实验模块包括整流电路、峰值检波电路、稳压器，所述整流电路包括半波整流电路和全波整流电路；所述整流电路输出端、峰值检波电路输出端、稳压器输出端分别添加有测试点。
5.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述滤波器实验模块包括无源滤波器实验电路、有源滤波器实验电路。
6.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述可调增益仪表放大器实验模块由AD620来进行设计，并通过按键控制模块中的矩阵键盘和微控制器来设置可调增益。
7.根据权利要求1所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，所述微控制器选用STM32F103ZET6芯片，按键控制还包含发送确认键，用于控制微控制器将电路实验采集到的最终电路信息通过WIFI通信模组上传云端。
8.根据权利要求1-7任一所述的新型实验室模电实验教学系统，其特征在于，还包括分别与实验箱、教师终端经WIFI通信相连的云端数据库模块，用于存储信息。
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