CN203838933U - 一种模拟信号采集器实训教学装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟信号采集器实训教学装置，包括PCB电路板、模拟信号输入接口、模拟信号采集电路和模拟信号输出接口，模拟信号采集电路包括双通道选择开关、差分模拟信号采集通道电路和单端模拟信号采集通道电路，差分模拟信号采集通道电路由依次相接的差分输入滤波器、差分输入电压跟随器和差分输入放大器组成，单端模拟信号采集通道电路由依次相接的单端输入滤波器、单端输入电压跟随器和单端输入放大器组成，模拟信号输出接口由差分模拟信号输出接口和单端模拟信号输出接口组成，差分输入放大器与差分模拟信号输出接口相接，单端输入放大器与单端模拟信号输出接口相接。本实用新型实训内容丰富，操作学习方便快捷，可扩展性强。

Description

一种模拟信号采集器实训教学装置

技术领域

本实用新型属于电工电子实训教学技术领域，具体涉及一种模拟信号采集器实训教学装置。

背景技术

目前，在我国高等教育行业中，对于理工科大学生创新实践能力的培养越来越受到人们的重视，各大院校都在积极拓展学生课外实践教学环节的内容，丰富和充实学生的第二课堂科技活动，各类开放实验室和工程实训中心也在紧锣密鼓的建设之中，大量的教学改革项目也在围绕着如何更好的开展学生实训活动展开。对于机电类相关专业的来说，传统的电路、单片机、数电、模电等跟电工电子设计有关的课程教学体系中，重理论、轻实践的教学现状目前并没有根本改变，实验教学手段陈旧，依然停留在让学生在已经相对固定死板的大型教学仪器设备上进行简单观摩，简单接线，简单记录的水平上。一方面，一般的实验教学仪器设备数量少、成本高、体积大、功能设计死板、使用不方便，不利于学生自主实训活动的广泛开展；另一方面，实验项目种类少，内容不丰富，实验形式单一，学生实验后所能够获得的知识有限，理解知识的层次也较为肤浅。

信号采集器是构成测控系统的必备设备，在计算机广泛应用的今天，信号采集的重要性是十分显著的，它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。因此，在电工电子实训教学中，让学生彻底掌握信号采集器的原理和设计使用方法是非常重要的教学内容，但是，现有的电工电子教学设备中还没有专门针对信号采集器的小型实训教学装置，学生要想进行信号采集器的实验，还是只能在大型教学仪器设备上进行简单观摩，简单接线，简单记录。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种模拟信号采集器实训教学装置，其实训内容丰富，实现成本低，操作学习方便快捷，能够更好地培养学生的动手能力，可扩展性强，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：包括PCB电路板以及设置在PCB电路板上的模拟信号输入接口、模拟信号采集电路和模拟信号输出接口，所述模拟信号采集电路包括双通道选择开关、差分模拟信号采集通道电路和单端模拟信号采集通道电路，所述双通道选择开关与模拟信号输入接口相接，所述差分模拟信号采集通道电路由依次相接的差分输入滤波器、差分输入电压跟随器和差分输入放大器组成，所述单端模拟信号采集通道电路由依次相接的单端输入滤波器、单端输入电压跟随器和单端输入放大器组成，所述差分输入滤波器的输入端和单端输入滤波器的输入端均与双通道选择开关相接，所述模拟信号输出接口由差分模拟信号输出接口和单端模拟信号输出接口组成，所述差分输入放大器的输出端与差分模拟信号输出接口相接，所述单端输入放大器的输出端与单端模拟信号输出接口相接。

上述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述模拟信号输入接口、差分模拟信号输出接口和单端模拟信号输出接口均为螺纹式电连接器。

上述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述双通道选择开关为双刀双掷开关S，所述双刀双掷开关S的第一输入端触头S1和第二输入端触头S2均与模拟信号输入接口相接，所述双刀双掷开关S的第一输出端触头S3和第三输出端触头S5为相配合的第一组输出端触头，所述双刀双掷开关S的第二输出端触头S4和第四输出端触头S6为相配合的第二组输出端触头。

上述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述差分输入滤波器由电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C1、电容C2和电容C3组成；所述电阻R1的一端、电阻R3的一端和电容C1的一端均与双刀双掷开关S的第一输出端触头S3相接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C1的另一端和电容C2的一端均接地，所述电阻R2的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的一端均与双刀双掷开关S的第三输出端触头S5相接，所述电阻R3的另一端与电容C3的一端相接，所述电阻R4的另一端与电容C3的另一端相接；所述差分输入电压跟随器由第一运算放大器芯片AD8606以及电阻R5、电阻R6和电阻R7组成，所述第一运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电容C3的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第2引脚与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R6的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第6引脚与电阻R5的另一端和电阻R7的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电容C3的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R7的另一端相接；所述差分输入放大器由第二运算放大器芯片AD8606以及电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11组成，所述第二运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第2引脚和第6引脚均接地，所述电阻R8的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电阻R8的另一端和电阻R11的一端相接，所述电阻R9的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电阻R9的另一端和电阻R10的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R11的另一端相接且为差分输入放大器的正电压输出端VOUT+，所述第二运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R10的另一端相接且为差分输入放大器的负电压输出端VOUT-；所述差分输入放大器的正电压输出端VOUT+和负电压输出端VOUT-均与差分模拟信号输出接口相接。

上述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述单端输入滤波器由电阻R12和电容C4组成，所述电阻R12的一端与双刀双掷开关S的第二输出端触头S4相接，所述电阻R12的另一端与电容C4的一端相接，所述电容C4的另一端与双刀双掷开关S的第四输出端触头S6相接且接地；所述单端输入电压跟随器由第一运算放大器芯片AD8605构成，所述第一运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R12的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第4引脚与第1引脚相接；所述单端输入放大器由第二运算放大器芯片AD8605以及电阻R13和电阻R14组成，所述第二运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述电阻R13的一端与所述第一运算放大器芯片AD8605的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R13的另一端和电阻R14的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第4引脚接地，所述第二运算放大器芯片AD8605的第1引脚与电阻R14的另一端相接且为单端输入放大器的输出端VOUT；所述单端输入放大器的输出端VOUT与单端模拟信号输出接口相接。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型主要针对现有技术中学生进行信号采集器的实验只能在大型教学仪器设备上进行简单观摩、简单接线、简单记录的问题而提出，将差分模拟信号和单端模拟信号的采集集成在同一块PCB电路板上，构成了小型的模拟信号采集器实训教学装置，学生采用本实用新型进行实验，不仅能够掌握模拟信号采集器的原理、结构、输入信号分类和设计使用方法等，还能够进行焊接练习、电路调试练习和示波器使用，实训内容丰富，与现有技术中进行简单观摩、简单接线、简单记录的实验课内容相比，一堂实验室能够让学生学习到更多的知识，能够更好地培养学生的动手能力。

2、本实用新型的实现成本低，实训学生可以做到每人一套，便于学生进行学习操作，且操作学习方便快捷。

3、本实用新型模拟信号输入接口、差分模拟信号输出接口和单端模拟信号输出接口均为螺纹式电连接器，抗干扰能力强，信号失真度低，能够提高模拟信号采集精度。

4、本实用新型采用了双通道选择开关，使用户可以根据输入信号类型选择接通差分输入方式的模拟信号采集通道电路或者单端输入方式的模拟信号采集通道电路，使用灵活方便，实训内容丰富。

5、本实用新型的可扩展性强，在进行单片机、ARM微处理器等实训教学时，本实用新型的模拟信号输入接口上可以连接传感器，差分模拟信号输出接口或单端模拟信号输出接口上可以连接单片机系统或ARM微处理器系统，构成完整的数据采集系统或测控系统，供学生学习据采集系统或测控系统的原理。

6、本实用新型对促进学生实训活动、开阔思路进行自主设计、深入理解课本知识有很大的帮助作用，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

综上所述，本实用新型的实训内容丰富，实现成本低，操作学习方便快捷，能够更好地培养学生的动手能力，可扩展性强，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型模拟信号采集电路的电路原理图。

附图标记说明:

1—模拟信号输入接口；  2—双通道选择开关；  3-1—差分输入滤波器；

3-2—差分输入电压跟随器；         3-3—差分输入放大器；

4-1—单端输入滤波器；             4-2—单端输入电压跟随器；

4-3—单端输入放大器；             5—差分模拟信号输出接口；

6—单端模拟信号输出接口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括PCB电路板以及设置在PCB电路板上的模拟信号输入接口1、模拟信号采集电路和模拟信号输出接口，所述模拟信号采集电路包括双通道选择开关2、差分模拟信号采集通道电路和单端模拟信号采集通道电路，所述双通道选择开关2与模拟信号输入接口1相接，所述差分模拟信号采集通道电路由依次相接的差分输入滤波器3-1、差分输入电压跟随器3-2和差分输入放大器3-3组成，所述单端模拟信号采集通道电路由依次相接的单端输入滤波器4-1、单端输入电压跟随器4-2和单端输入放大器4-3组成，所述差分输入滤波器3-1的输入端和单端输入滤波器4-1的输入端均与双通道选择开关2相接，所述模拟信号输出接口由差分模拟信号输出接口5和单端模拟信号输出接口6组成，所述差分输入放大器3-3的输出端与差分模拟信号输出接口5相接，所述单端输入放大器4-3的输出端与单端模拟信号输出接口6相接。

本实施例中，所述模拟信号输入接口1、差分模拟信号输出接口5和单端模拟信号输出接口6均为螺纹式电连接器，抗干扰能力强。

如图2所示，本实施例中，所述双通道选择开关2为双刀双掷开关S，所述双刀双掷开关S的第一输入端触头S1和第二输入端触头S2均与模拟信号输入接口1相接，所述双刀双掷开关S的第一输出端触头S3和第三输出端触头S5为相配合的第一组输出端触头，所述双刀双掷开关S的第二输出端触头S4和第四输出端触头S6为相配合的第二组输出端触头。

如图2所示，本实施例中，所述差分输入滤波器3-1由电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C1、电容C2和电容C3组成；所述电阻R1的一端、电阻R3的一端和电容C1的一端均与双刀双掷开关S的第一输出端触头S3相接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C1的另一端和电容C2的一端均接地，所述电阻R2的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的一端均与双刀双掷开关S的第三输出端触头S5相接，所述电阻R3的另一端与电容C3的一端相接，所述电阻R4的另一端与电容C3的另一端相接；所述差分输入电压跟随器3-2由第一运算放大器芯片AD8606以及电阻R5、电阻R6和电阻R7组成，所述第一运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电容C3的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第2引脚与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R6的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第6引脚与电阻R5的另一端和电阻R7的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电容C3的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R7的另一端相接；所述差分输入放大器3-3由第二运算放大器芯片AD8606以及电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11组成，所述第二运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第2引脚和第6引脚均接地，所述电阻R8的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电阻R8的另一端和电阻R11的一端相接，所述电阻R9的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电阻R9的另一端和电阻R10的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R11的另一端相接且为差分输入放大器3-3的正电压输出端VOUT+，所述第二运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R10的另一端相接且为差分输入放大器3-3的负电压输出端VOUT-；所述差分输入放大器3-3的正电压输出端VOUT+和负电压输出端VOUT-均与差分模拟信号输出接口5相接。

如图2所示，本实施例中，所述单端输入滤波器4-1由电阻R12和电容C4组成，所述电阻R12的一端与双刀双掷开关S的第二输出端触头S4相接，所述电阻R12的另一端与电容C4的一端相接，所述电容C4的另一端与双刀双掷开关S的第四输出端触头S6相接且接地；所述单端输入电压跟随器4-2由第一运算放大器芯片AD8605构成，所述第一运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R12的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第4引脚与第1引脚相接；所述单端输入放大器4-3由第二运算放大器芯片AD8605以及电阻R13和电阻R14组成，所述第二运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述电阻R13的一端与所述第一运算放大器芯片AD8605的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R13的另一端和电阻R14的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第4引脚接地，所述第二运算放大器芯片AD8605的第1引脚与电阻R14的另一端相接且为单端输入放大器4-3的输出端VOUT；所述单端输入放大器4-3的输出端VOUT与单端模拟信号输出接口6相接。

本实用新型能够用于电工电子实训教学，学生使用本实用新型进行模拟信号采集实验时，教师首先分发模拟信号采集器实训教学装置电子元器件散件和PCB电路板给学生，并提供焊接工具和示波器，学生手工焊接、调试完成模拟信号采集器实训教学装置后，学生首先判断当前需要采集的信号输入类型是差分输入方式还是单端输入方式，根据判断结果将双通道选择开关2切换至相应输入类型的模拟信号采集通道电路上，然后在模拟信号输入接口1上连接外部输入信号，外部输入信号通过模拟信号输入接口1和双通道选择开关2送入差分模拟信号采集通道电路或单端模拟信号采集通道电路，送入差分模拟信号采集通道电路的外部输入信号依次经过差分输入滤波器3-1、差分输入电压跟随器3-2和差分输入放大器3-3进行滤波、阻抗匹配和放大后经差分模拟信号输出接口5输出，送入单端模拟信号采集通道电路的外部输入信号依次经过单端输入滤波器4-1、单端输入电压跟随器4-2和单端输入放大器4-3进行滤波、阻抗匹配和放大后经单端模拟信号输出接口6输出，学生通过在差分模拟信号输出接口5或单端模拟信号输出接口6上连接示波器，能够对输出信号进行观察和记录，让学生彻底掌握模拟信号采集器的原理、结构、输入信号分类和设计使用方法等。另外，在进行单片机、ARM微处理器等实训教学时，本实用新型的模拟信号输入接口1上可以连接传感器，差分模拟信号输出接口5或单端模拟信号输出接口6上可以连接单片机系统或ARM微处理器系统，构成完整的数据采集系统或测控系统，供学生学习据采集系统或测控系统的原理。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：包括PCB电路板以及设置在PCB电路板上的模拟信号输入接口(1)、模拟信号采集电路和模拟信号输出接口，所述模拟信号采集电路包括双通道选择开关(2)、差分模拟信号采集通道电路和单端模拟信号采集通道电路，所述双通道选择开关(2)与模拟信号输入接口(1)相接，所述差分模拟信号采集通道电路由依次相接的差分输入滤波器(3-1)、差分输入电压跟随器(3-2)和差分输入放大器(3-3)组成，所述单端模拟信号采集通道电路由依次相接的单端输入滤波器(4-1)、单端输入电压跟随器(4-2)和单端输入放大器(4-3)组成，所述差分输入滤波器(3-1)的输入端和单端输入滤波器(4-1)的输入端均与双通道选择开关(2)相接，所述模拟信号输出接口由差分模拟信号输出接口(5)和单端模拟信号输出接口(6)组成，所述差分输入放大器(3-3)的输出端与差分模拟信号输出接口(5)相接，所述单端输入放大器(4-3)的输出端与单端模拟信号输出接口(6)相接。

2.按照权利要求1所述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述模拟信号输入接口(1)、差分模拟信号输出接口(5)和单端模拟信号输出接口(6)均为螺纹式电连接器。

3.按照权利要求1所述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述双通道选择开关(2)为双刀双掷开关S，所述双刀双掷开关S的第一输入端触头S1和第二输入端触头S2均与模拟信号输入接口(1)相接，所述双刀双掷开关S的第一输出端触头S3和第三输出端触头S5为相配合的第一组输出端触头，所述双刀双掷开关S的第二输出端触头S4和第四输出端触头S6为相配合的第二组输出端触头。

4.按照权利要求3所述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述差分输入滤波器(3-1)由电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，以及电容C1、电容C2和电容C3组成；所述电阻R1的一端、电阻R3的一端和电容C1的一端均与双刀双掷开关S的第一输出端触头S3相接，所述电阻R1的另一端、电阻R2的一端、电容C1的另一端和电容C2的一端均接地，所述电阻R2的另一端、电容C2的另一端和电阻R4的一端均与双刀双掷开关S的第三输出端触头S5相接，所述电阻R3的另一端与电容C3的一端相接，所述电阻R4的另一端与电容C3的另一端相接；所述差分输入电压跟随器(3-2)由第一运算放大器芯片AD8606以及电阻R5、电阻R6和电阻R7组成，所述第一运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电容C3的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第2引脚与电阻R5的一端和电阻R6的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R6的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第6引脚与电阻R5的另一端和电阻R7的一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电容C3的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R7的另一端相接；所述差分输入放大器(3-3)由第二运算放大器芯片AD8606以及电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11组成，所述第二运算放大器芯片AD8606的第8引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第4引脚与-5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第2引脚和第6引脚均接地，所述电阻R8的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第3引脚与电阻R8的另一端和电阻R11的一端相接，所述电阻R9的一端与第一运算放大器芯片AD8606的第7引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第5引脚与电阻R9的另一端和电阻R10的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8606的第1引脚与电阻R11的另一端相接且为差分输入放大器(3-3)的正电压输出端VOUT+，所述第二运算放大器芯片AD8606的第7引脚与电阻R10的另一端相接且为差分输入放大器(3-3)的负电压输出端VOUT-；所述差分输入放大器(3-3)的正电压输出端VOUT+和负电压输出端VOUT-均与差分模拟信号输出接口(5)相接。

5.按照权利要求3所述的一种模拟信号采集器实训教学装置，其特征在于：所述单端输入滤波器(4-1)由电阻R12和电容C4组成，所述电阻R12的一端与双刀双掷开关S的第二输出端触头S4相接，所述电阻R12的另一端与电容C4的一端相接，所述电容C4的另一端与双刀双掷开关S的第四输出端触头S6相接且接地；所述单端输入电压跟随器(4-2)由第一运算放大器芯片AD8605构成，所述第一运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R12的另一端相接，所述第一运算放大器芯片AD8605的第4引脚与第1引脚相接；所述单端输入放大器(4-3)由第二运算放大器芯片AD8605以及电阻R13和电阻R14组成，所述第二运算放大器芯片AD8605的第5引脚与+5V电源的输出端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第2引脚与-5V电源的输出端相接，所述电阻R13的一端与所述第一运算放大器芯片AD8605的第1引脚相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第3引脚与电阻R13的另一端和电阻R14的一端相接，所述第二运算放大器芯片AD8605的第4引脚接地，所述第二运算放大器芯片AD8605的第1引脚与电阻R14的另一端相接且为单端输入放大器(4-3)的输出端VOUT；所述单端输入放大器(4-3)的输出端VOUT与单端模拟信号输出接口(6)相接。