CN204740790U - 一种全数字b超教学示教仪 - Google Patents

Abstract

一种全数字B超教学示教仪，包括箱体，箱体内设置有印制电路板，印制电路板上有全数字B超教学示教仪电路，印制电路板上还包括实验状态控制键盘、实验状态编号显示区、复位键和USB接口；高压模拟开关单元电路、探头插座电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有信号切换按键；探头插座电路、高压脉冲发生电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有元件拔插套件；还设置有FPGA内部数据输出D/A转换电路。本实用新型能够多层次、多方位的向学生解析和示教全数字B超电路的结构、原理及功能，帮助学生理解和掌握其理论知识。

Description

一种全数字B超教学示教仪

技术领域

本实用新型涉及教学仪器，具体是一种全数字B超教学示教仪。

背景技术

在我国公告号为CN 203607016 U（公告日2014-05-21）的实用新型专利中公开了一种通断式全数字超声实训仪。该实训仪旨在方便学生在线测试和故障排除，仅起到对B超维修人员的实习培训作用。实训仪在实施中，只对全数字B超电路按功能模块做了划分，并在电路上设置有限的手动通断开关，实现电路的导通和断开故障，拟达到教学的目的。这样，学生只能单从电路断开的故障中看到故障现象，无法对电路功能模块处理中的信号进行在线采集、分析和研究，也无法变换一些元件的量值及一些单元电路的工作状态，导致不能充分理解各个元件在单元电路中以及元件、单元电路在全系统电路中的作用和原理，获取知识的点及面既少又窄。另外，部分电路故障设计不合理，比如在隔离电路的输入通道串联“故障开关”，它可能会破坏性的烧坏电路。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型提供一种全数字B超教学示教仪，该教学示教仪实现了五种方法相辅全面示教：第一、根据教学需求预先设置各种“实验状态”存入本示教仪存储器中。示教时，通过实验状态控制键盘通知FPGA（现场可编程门阵列）所需求xxx编号的“实验状态”，FPGA再向相关逻辑门电路分别下达系列指令调取xxx编号的“实验状态”，并按其设定的运行条件、环境而运行,同时显示当前“实验状态”的编号。示教完毕后按“复位”键，恢复正常状态。第二、设置信号切换按键（SWITCH）。可切换信号的高低电平，也可切换为外接信号输入。当外接模拟信号输入时，经放大、模数转换后输入到FPGA，在FPGA内部做信号处理，通过外接FPGA上的数模转换器输出FPGA内部信号处理的节点波形，观察信号处理的结果，判断信号处理算法的优劣。第三、设置元件拔插套件。可将电阻、电感元件拔插，更换不同量值的元件，观察图像的变化并测试波形，帮助学生理解电阻和电感在电路中作用原理。 第四、设置数据测量模块，可将FPGA内部工作的实时数据通过数模转换电路输出。本示教仪可以将FPGA内部任意两个功能单元的数据信号转换成模拟信号输出，并在测试端用示波器测试DAC的输出信号，实时观测信号波形并加以比较，便于对FPGA内部数据进行研究。第五、设置USB接口。将USB接口与FPGA电路直接相连接，通过PC机可以采集FPGA内部任一处理单元电路的原始数字数据（包括图像数据）。

本实用新型是以如下技术方案实现的：

一种全数字B超教学示教仪，包括箱体，所述箱体内设置有印制电路板，所述印制电路板上有全数字B超教学示教仪电路，所述全数字B超教学示教仪电路包括FPGA电路、高压模拟开关单元电路、探头插座电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路、单片机控制单元电路、FPGA内部数据输出D/A转换电路，所述印制电路板上还包括用于设定运行条件的实验状态控制键盘、实验状态编号显示区、复位键和USB接口；所述高压模拟开关单元电路、探头插座电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有用于切换信号高低电平或切换为外接信号输入的信号切换按键；所述探头插座电路、高压脉冲发生电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有用于将电阻、电感元件拔插，更换不同量值的元件的元件拔插套件。所述元件拔插套件包括金属插管和双连体香蕉插头。所述双连体香蕉插头包括绝缘底座，所述绝缘底座中间部分开有元件隐身槽，绝缘底座两端分别固定连接金属焊接柱，所述金属焊接柱固定连接香蕉插头。所述的FPGA内部数据输出D/A转换电路，也即为数据测量模块。是将FPGA内部工作的实时数据通过数模转换电路转换为模拟信号输出。所述的USB接口，是FPGA电路直接与USB相连接，通过该接口输出FPGA内部实时处理的原始数字数据。

所述箱体通过铰链连接箱盖，所述箱盖内侧设置有液晶显示屏；所述箱体内设置有支撑沿台，所述支撑沿台上设置有印制电路板。

本实用新型有益效果：

本实用新型作为全数字B超电路结构、原理及功能的示教平台，通过“实验状态”的预置、实验状态控制键盘对“实验状态”的调取、信号切换按键对信号高低电平及外接标准信号的切换、元件拔插套件对不同量值元件的更换、数据测量模块对FPGA内部处理任一单元电路原始信号数据（包括图像数据）进行数模转换输出、USB接口对FPGA内部处理原始信号数字数据的能直接输出等五种示教方法，能够多层次、多方位的向学生解析和示教全数字B超电路的结构、原理及功能，帮助学生理解和掌握其理论知识。

附图说明

图1是本实用新型的整机结构示意图；

图2是安装在箱体内的印制电路板示意图；

图3是金属插管示意图；

图4是双连体香蕉插头示意图；

图5是高压模拟开关单元电路；

图6是探头插座电路；

图7是高压脉冲发生电路；

图8是高压隔离电路；

图9是DSC变换存储器电路；

图10是视频输出电路；

图11是伪彩色输出电路；

图12是单片机控制单元电路；

图13是FPGA内部数据输出D/A转换电路；

图14是电路原理框图；

101—箱盖，102—箱体，103—支撑沿台，104—铰链，105—液晶显示屏，200—印制电路板，201—实验状态控制键盘，202—实验状态编号显示区，203—印制电路板安装孔，204—探头插座，205—复位键，206—USB接口，207—金属插管安装孔，300—金属插管，400—双连体香蕉插头，401—香蕉插头，402—元件隐身槽，403—金属焊接柱，404—绝缘底座。

具体实施方式

以下结合附图，通过具体实施例对本实用新型技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种全数字B超教学示教仪，包括箱盖101和箱体102，箱体102通过铰链104连接箱盖101，箱盖101内侧设置有液晶显示屏105；箱体102内设置有支撑沿台103，支撑沿台103上设置有印制电路板200。

如图2所示，印制电路板200四周边沿开有安装孔203，使用螺丝把印制电路板200固定在支撑沿台103上。印制电路板200面膜上印有全数字B超设备的电路原理框图。印制电路板200上设置有探头插座204、实验状态控制键盘201、实验状态编号显示区202、复位键205、USB接口206和金属插管安装孔207。探头插座204用于连接探头。 实验状态控制键盘201用来在各个预置的“实验状态”之间切换， 实验状态编号显示区202同步显示实验状态编号。复位键205用于从实施“实验状态”控制键盘操作后的实验状态恢复到正常状态。USB接口206是测试FPGA内部实时数字数据的输出接口。

如图3所示，金属插管300用锡焊接固定在金属插管安装孔207中。在本实用新型中金属插管安装孔207是成对使用的。

如图4所示，双连体香蕉插头400是由带有元件隐身槽402的绝缘底座404、金属焊接柱403、和香蕉插头401三部分构成。使用时将直插电阻、直插电感的两端电极焊接在于两个金属焊接柱403上，并将元件放置于元件隐身槽402中。图3和图4插接在一起构成元件拔插套件，可将电路中电阻、电感元件拔插，更换不同量值的元件，观察其单元电路输出波形及图像的变化即直观的一维轨迹或二维图像用来解析抽象的理论。

图5至图12为针对教学目的设计的实验状态控制键盘201、信号切换按键、元件拔插套件三种示教方式设置，这三种示教方式设置交叉分布于这些单元电路中。

信号切换按键分布在图5至图12中即SWITCH。元件拔插套件分布在图6、图7、图9至图12中，特征为：已接入电路的电阻、电感，其两个端点被加粗，并在其上方或下方设置有未接入电路的同种元件。

结合图5详细说明如何预先设置“实验状态”和使用实验状态控制键盘201去完成“实验状态”的示教过程。由于B超显示器所显示的病灶区图像，是由换能器中的一族阵元向病灶区域发射超声波，同时这一族阵元又接收从病灶区域反射和折射回来的超声波，然后转换为电信号再成像。理论上，一族中阵元的多与少直接决定着成像的质量。由此，针对这项知识点教学，我们预先设置了系列“实验状态”存入本新型示教仪存储器中。图5系80阵元探头电路前级的高压模拟开关单元电路。通过对单片机和逻辑集成电路FPGA编程，控制图5电路信号的高低电平，分别令一个阵元或部分阵元或全部80个阵元处在工作状态或非工作状态以及工作状态与非工作状态的交叉组合，对应不同“实验状态”编制序号存入存储器。示教时，根据教学目标操作实验状态控制键盘201，即通知FPGA当前示教所需求xxx编号的“实验状态”，FPGA再向相关逻辑门电路分别下达系列指令调取预先设置的xxx编号“实验状态”，并按其设定的运行条件、环境而运行。同时，实验状态编号显示区202，显示当前“实验状态”的xxx编号。示教过程中观察显示器中的图像变化，并借助示波器测试相应波形。完成对本单元电路的教学。

同样，根据老师教学需求对图12单片机和逻辑集成电路FPGA编程，设置图6至图13单元电路处在各种教学目的的“实验状态”存入存储器中以备教学示教。

如图7所示，高压数字脉冲发生器管脚1和管脚3处设置信号切换按键示教。本示教仪有四个高压脉冲发生器（U3、U4、U15、U16），工作原理相同，对应CH0-CH15总共16个通道的信号输出。管脚1和管脚3为高压数字脉冲发生器芯片的两路触发信号。按下芯片U3管脚1或管脚2处的信号切换按键，可令相应的触发信号无效，从而使输出4个通道（CH0-CH3）的信号灵敏度减少。如果两个管脚的信号切换按键同时按下，4个通道（CH0-CH3）的信号消失。同理，也可对U4、U15、U16实施相应操作。示教过程中观察显示器中的图像变化，并借助示波器测试相应波形。完成对本单元电路的教学。

同样，在图5至图12（图8除外）电路中接入的信号切换按键SWITCH，按下按键，此处信号电平置低，可以观察显示器中图像变化，并在相应测试点测试观察波形，帮助学生理解分析电路原理。

如图8所示，该电路为高压隔离电路，共有16路。在每路隔离电路中接入信号切换按键（SWITCH），分别按下按键，即切换为外接信号输入。这时接入信号发生器产生的标准模拟信号，经放大、模数转换后输入到FPGA,在FPGA内部做信号处理，通过外接FPGA上的数模转换器输出FPGA内部信号处理的节点波形，观察信号处理的结果，判断信号处理算法的优劣。

如图10所示，图中设置 元件拔插套件示教。该电路是视频输出电路，图中电感L140设置为可拔插，可选择大、中、小不同量值的电感（设定中量值为最佳匹配的量值）分别插入电路，观察输出图像的清晰度，是否有拖尾、虚影，帮助学生理解该处匹配电感的重要性。

同样，在图6、图7、图9、图11、图12中多处设置了可拔插的电阻电感，更换大、中、小量值分别接入电路，通过对输出信号的试测及试测结果比较，理解和掌握电阻、电感在各自电路中的功能和重要性。

如图13所示，设置数据测量模块示教。图中为FPGA内部数据输出D/A转换电路，也称为数据测量模块，是将FPGA与数模转换器DAC连接，把FPGA内部数据转换成模拟信号输出。本示教仪可以将FPGA内部任意两个功能单元的数据信号转换成模拟信号输出，并在测试端TP82、TP83或者T84、T85用示波器测试DAC的输出信号，可实时观测信号波形并加以比较，便于对FPGA内部数据进行研究。

如图14所示，高压模拟开关单元电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路、FPGA内部数据输出D/A转换电路及UBS接口分别连接到用于信号处理、显示控制的FPGA电路，视频输出电路连接高压模拟开关单元电路，高压脉冲发生电路连接高压模拟开关单元电路，单片机控制单元电路还连接外接键盘等附属设施。

Claims (4)

1.一种全数字B超教学示教仪，包括箱体（102），所述箱体（102）内设置有印制电路板（200），所述印制电路板（200）上有全数字B超教学示教仪电路，所述全数字B超教学示教仪电路包括FPGA电路、高压模拟开关单元电路、探头插座电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路、单片机控制单元电路，其特征在于：所述印制电路板（200）上还包括用于设定运行条件的实验状态控制键盘（201）、实验状态编号显示区（202）、复位键（205）和USB接口（206）；所述高压模拟开关单元电路、探头插座电路、高压脉冲发生电路、高压隔离电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有用于切换信号高低电平或切换为外接信号输入的信号切换按键；所述探头插座电路、高压脉冲发生电路、DSC变换存储器电路、视频输出电路、伪彩色输出电路及单片机控制单元电路中设置有用于将电阻、电感元件拔插，更换不同量值的元件的元件拔插套件；所述USB接口（206）直接与FPGA电路相连接；所述印制电路板（200）上还包括能够将FPGA内部工作的实时数字数据通过数模转换电路转换为模拟信号输出的FPGA内部数据输出D/A转换电路。

2.根据权利要求1所述一种全数字B超教学示教仪，其特征在于：所述元件拔插套件包括金属插管（300）和双连体香蕉插头（400）。

3.根据权利要求2所述一种全数字B超教学示教仪，其特征在于：所述双连体香蕉插头（400）包括绝缘底座（404），所述绝缘底座（404）中间部分开有元件隐身槽（402），绝缘底座（404）两端分别固定连接金属焊接柱（403），所述金属焊接柱（403）固定连接香蕉插头（401）。

4.根据权利要求1所述一种全数字B超教学示教仪，其特征在于：所述箱体（102）通过铰链（104）连接箱盖（101），所述箱盖（101）内侧设置有液晶显示屏（105）；所述箱体（102）内设置有支撑沿台（103），所述支撑沿台（103）上设置有印制电路板（200）。