CN204732035U - 交互式模电实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种交互式模电实验系统，其包括设置有基于LABVIEW的实验平台的计算机和模电实验仪器平台，模电实验仪器平台上设有数据采集卡，计算机与数据采集卡连接。该交互式模电实验系统将基于LABVIEW技术的计算机与设置有实验电路的模电实验仪器平台联合起来，使计算机实现传统电子仪器的测量功能。这一系统不但可以降低设备购置和维护费用，而且，还可以大大降低实验室设备的体积和重量，使实验系统变得更加的小巧集约，而且便于搬运，这样就为实验环境与教学环境的在空间的融合提供了可能性，进而可大大提高教学的效能和效率，真正实现了教师“做”中教，学生“做中学”的目的。

Description

交互式模电实验系统

技术领域

本实用新型涉及一种教学仪器，特别涉及一种交互式模拟电路实验教学系统。

背景技术

《模拟电子技术》(下文简称“模电”)是一门理论性和实践性都很强的课程。长期以来，模电课程的理论教学和实践教学分开的。两者各有各的目标和任务，在不同的时间，不同的地点，由不同的教师分别进行，这是一种理论与实践教学分离的组织形式。教学效果存在的问题是：理论不能有效地指导实验，实验也不能有效的帮助学生对理论知识的理解。弱化了实验教学应有的效能。学员普遍觉得实验难做，而要把实验做出正确的结果，则更难。

“理实一体化”教学，就是在教学活动中，把理论教学、实践教学等内容有机融合，在实践、实验中教理论，在实验应用中理解理论。对“模电”课程，如果能将“理论讲解、实验演示、学生实践操作”这三个主要环节整合在一个教学时段(比如2个课时)内完成，那么就真正实现了教师“做”中教，学生“做中学”，那么，学生也许就不会觉得“模电”难学了。这无疑将大大提高教学的效能和效率。

但是，这种教学模式对课程资源的要求很严格。客观需要课程资源高度集成才能保证教学的正常进行。“模电”课程资源有三种：课件、实验电路、测量仪器。要使“理论教学和实验教学”在时间维度上整合在一个教学时段中，做到“及学及练”，其前条件是“课件、实验电路平台、测量仪器平台”这三种资源在空间上要整合在一起，达到“随时可用”。

而传统模电实验室要配置多种仪器(示波器、交流毫伏表，信号发生器、直流电压表，直流稳压电源)和实验设备。仪器种类多、仪器体积大，由此造成实验室占地面积大，而教学空间是有限的，这又制约了这些资源在空间和实验空间的整合。可见传统的模电实验室很难满足理实一体化教学的要求。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种小型化、集约化，能使实验环境与教学环境融合的一种交互式模电实验系统。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种交互式模电实验系统，其包括设置有基于LABVIEW的实验平台的计算机；模电实验仪器平台，所述模电实验仪器平台上设有一PCB电路板，所述PCB电路板上设有至少一个教学实验电路，所述教学实验电路的输出端、 输入端均设有插线孔，所述模电实验仪器实验平台上还设有信号发生器电路、直流稳压电源电路、示波器信号输入端口及电压信号输入端口，所述计算机通过数据采集卡与所述示波器信号输入端、电压信号输入端连接；所述基于LABVIEW的实验平台包括一模拟示波器电路模块和一模拟电压表电路模块，所述模拟示波器电路模块用于控制所述数据采集卡采集所述示波器信号输入端口输入信号的波形并进行显示，所述模拟电压表电路模块用于控制所述数据采集卡采集所述电压信号输入端口输入的信号并进行显示。

优选地，所述教学实验电路包括共射放大器电路、分压偏置的工作点稳定放大器电路、射极跟随器电路、多级放大器电路、多级负反馈放大器电路、反相比例放大器电路、OTL功率放大器电路、正弦波发生器电路及三角波发生器电路。

优选地，所述数据采集卡为ni-usb 6211数据采集卡，所述数据采集卡与所述计算机通过USB总线连接。

优选地，所述直流稳压电源模块包括+9V直流稳压电源模块和-9V直流稳压电源模块。

如上所述，本实用新型的交互式模电实验系统具有以下有益效果：该交互式模电实验系统将基于LABVIEW技术的计算机与设置有实验电路的模电实验仪器平台联合起来，利用数据采集卡、计算机和软件配合，使计算机实现传统电子仪器的测量功能。用虚拟仪器代替传统的电子测量仪器，实现了测量的自动化。这一系统不但可以降低设备购置和维护费用，而且，还可以大大降低实验室设备的体积和重量，使实验系统变得更加的小巧集约，而且便于搬运，这样就为实验环境与教学环境的在空间的融合提供了可能性，进而可大大提高教学的效能和效率，真正实现了教师“做”中教，学生“做中学”的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例的系统连接示意图。

图2为本实用新型实施例基于LABVIEW的实验平台的方框图。

元件标号说明

1        计算机

2         模电实验仪器平台

3         基于LABVIEW的实验平台

31        模拟示波器电路模块

32        模拟电压表电路模块

33        任务导航模块

34        实验电路原理图显示模块

35       操作步骤提示显示模块

36        参数设置模块

4        数据采集卡

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅图1、2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

如图1、2所示，本实用新型提供一种交互式模电实验系统，其包括设置有基于LABVIEW的实验平台的计算机1和模电实验仪器平台2，模电实验仪器平台2上设有数据采集卡4，计算机1通过USB总线与数据采集卡连接，作为一种优选方式，数据采集卡采用NI公司ni-usb6211数据采集卡。

模拟实验仪器平台2是一个操作平台，用于学生在实验过程中在指定的电路上进行实验操作。在模电实验仪器平台2上设有一PCB电路板，在PCB电路板上设有至少一个教学实验电路，教学实验电路的输出端、输入端均设有插线孔，这样可便于学生在实验过程中插接电路。上述教学实验电路均为本领域公知的一些电路，作为本实用新型的一种优选方式，该PCB电路板上的教学实验电路主要包括共射放大器电路、分压偏置的工作点稳定放大器电路、射极跟随器电路、多级放大器电路、多级负反馈放大器电路、反相比例放大器电路、OTL功率放大器电路、正弦波发生器电路及三角波发生器电路。这8个单元电路为教学的基本电路，如果对这8个单元电路进行整体设计，解决好电源电路连接的参数配合问题的话，就可以整合成一个“音频扩大机”。这样学生通过8个单元电路的实验，和一个音频扩音机的是综合实训，就可以使学生对模拟放大器的原理及应用建立一个全面而深刻的认识。

该模电实验仪器实验平台上还设有信号发生器电路、直流稳压电源电路、示波器信号输入端口及电压信号输入端口。信号发生器电路由硬件电路实现，其正弦信号发生器电路产生的信号指标为：信号的频率范围为10HZ—10KHZ，信号的幅度范围0—1V，0—100mV，0—10mV 三档。直流稳压电源电路包括+9V直流稳压电源电路和-9V直流稳压电源电路两种，由硬件电路实现，其作用是为平台的各模块电路提供直流电源。示波器信号输入端口、电压信号输入端口与数据采集4连接，计算机1的基于LABVIEW的实验平台3包括一模拟示波器电路模块31和一模拟电压表电路模块32。模拟示波器电路模块31用于控制数据采集卡4采集示波器信号输入端口输入信号的波形并进行显示，模拟电压表电路模块32用于控制数据采集卡4采集电压信号输入端口输入的信号并对电压值进行显示。为了保证8个基本实验必须的测量仪器，该模电实验仪器实验平台配置了双通道示波器信号输入端口和三通道的电压信号输入端口。为了便于实验过程中电缆线插头的插接，该模电实验仪器实验平台在PCB电路板上方专门设置了一片区域，该区域内设有信号发生器输出端口、示波器信号输入端口、电压信号输入端口、频率调节单元和幅值调节单元。

该模电实验仪器实验平台上除设有信号发生器电路、直流稳压电源电路外，还设置有模拟示波器及模拟电压表两种虚拟仪器，这样不但满足“模电”实验需要多个仪器同时工作的要求，而且具备了软件再扩展能力，为项目实验的交互式自动化测量创造了条件，另外体积小，便于携带，使理论与实验的融合式教学成为可能。

由于该交互式模电实验系统主要是用于教学实验，为了便于教学，基于LABVIEW的实验平台3还包括任务导航模块33、实验电路原理图显示模块34、操作步骤提示显示模块35、参数设置模块36。其中任务导航模块33用于选择要进行的实验项目，实验电路原理图显示模块34用于显示所做实验项目的原理图；操作步骤提示显示模块35用于对实验操作过程中的步骤进行提示；参数设置模块36用于设置实验中的各种参数。

进入系统后首先进入任务导航模块33的主界面。通过事件触发机制，单击对应的按钮就会进入到相应要进行的实验项目模块内。以“基本放大器测试”为例，该实验有静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等等四项测试任务。与之相对应，就有四项测试任务子程序。程序运行时，单击不同的触发按钮，程序就切换到相对应的子任务测试界面。如单击“测静态工作点”按钮，程序就切换到测静态工作点界面，单击“测电压倍数”按钮，程序就要弹出测电压放大倍数的界面。待静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等测试任务逐个完成以后，单击“退出”按钮，程序退出。这类程序利用LABVIEW事件触发编程技术实现。

为了便于学生操作，进入到每一个实验项目中，实验电路原理图显示模块34会将该实验的原理图在计算机上进行显示，操作步骤提示显示模块35会对每一步的操作步骤进行显 示，参数设置模块36用于实现人机交互，输入实验参数，并对测试结果进行显示。

为了能使实验过程更加的生动，该基于LABVIEW的实验平台3还可设置一仿真演示模块，仿真演示模块用于对实验内容进行动画仿真演示。为了便于教学、以及学生进行复习，该基于LABVIEW的实验平台还包括一理论教学课件显示模块，理论教学课件显示模块用于显示理论教学课件的内容。理论教学课件程序是以“模电”课程的‘节’为单位设计的。实验程序是以项目为单位设计的。整个“模电”教学系统软件包含有九章34节理论课件程序，9个实验程序。文件多，结构复杂、整个程序软件较大(达100M以上)，如何将如此繁杂的内容体系变得一目了然，文件的组织与管理就显得十分重要。本系统采用了LABVIEW提供的目录树控件，按“章”组织为一级子目录，将“节课件程序、项目实验程序”组织为二级子目录，通过“目录树”(来组织程序。通过触发目录树的节点属性，动态调用对应子程序的技术，实现了课件程序和实验程序的迅速响应。

该交互式模电实验系统将基于LABVIEW技术的计算机与设置有实验电路的模电实验仪器平台联合起来，利用数据采集卡、计算机和软件配合，使计算机实现传统电子仪器的测量功能。用虚拟仪器代替传统的电子测量仪器，实现了测量的自动化。这一系统不但可以降低设备购置和维护费用，而且，还可以大大降低实验室设备的体积和重量，使实验系统变得更加的小巧集约，而且便于搬运，这样就为实验环境与教学环境的在空间的融合提供了可能性，进而可大大提高教学的效能和效率，真正实现了教师“做”中教，学生“做中学”的目的。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种交互式模电实验系统，其特征在于，其包括：

设置有基于LABVIEW的实验平台的计算机；

模电实验仪器平台，所述模电实验仪器平台上设有一PCB电路板，所述PCB电路板上设有至少一个教学实验电路，所述教学实验电路的输出端、输入端均设有插线孔，所述模电实验仪器实验平台上还设有信号发生器电路、直流稳压电源电路、示波器信号输入端口及电压信号输入端口，所述计算机通过数据采集卡与所述示波器信号输入端、电压信号输入端连接；

所述基于LABVIEW的实验平台包括一模拟示波器电路模块和一模拟电压表电路模块，所述模拟示波器电路模块用于控制所述数据采集卡采集所述示波器信号输入端口输入信号的波形并进行显示，所述模拟电压表电路模块用于控制所述数据采集卡采集所述电压信号输入端口输入的信号并进行显示。

2.根据权利要求1所述的交互式模电实验系统，其特征在于：所述教学实验电路包括共射放大器电路、分压偏置的工作点稳定放大器电路、射极跟随器电路、多级放大器电路、多级负反馈放大器电路、反相比例放大器电路、OTL功率放大器电路、正弦波发生器电路及三角波发生器电路。

3.根据权利要求1所述的交互式模电实验系统，其特征在于：所述数据采集卡为ni-USB 6211数据采集卡，所述数据采集卡与所述计算机通过USB总线连接。

4.根据权利要求1所述的交互式模电实验系统，其特征在于：所述直流稳压电源模块包括+9V直流稳压电源模块和-9V直流稳压电源模块。