CN204791709U - 一种模电教学辅助系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模电教学辅助系统，该系统包括：硬件实验箱和PC端；所述硬件实验箱用于进行模拟电路教学实验；所述PC端用于对硬件实验箱的实验数据进行接收及显示；所述硬件实验箱和PC端由通信接口连接。本实用新型的模电教学辅助系统，便携简易的实现了模拟电子线路的工作，能让老师方便地边讲理论边进行实物演示，从而可以让学生更为客观形象地掌握模电。

Description

一种模电教学辅助系统

技术领域

本实用新型涉及一种模电教学辅助系统，具体涉及便携式实验箱和PC端上位机软件组合的系统，用于模电教学辅助。

背景技术

现在大学教育过于书面化、抽象化，而对于模电这种需要实际与理论相互对比印证的课程，在现行教育模式下，学生很难学好、学懂。

对于初学模电同学，模电难学在于以下几方面：

(1)理论授课时，学生在课堂上很少有机会接触到实际的器件，更没有机会去亲身地操作、调试电路。所以很难将现学的理论知识形象的记忆下来，等到实验课的时候理论概念已经完全模糊。

(2)模电的器件种类有很多，很多器件又有多种工作方式，而每种工作方式还有多种工作状态。而且模电包含三极管放大、差分放大、运放、反馈、滤波器、振荡器、功放、整流等诸多知识点，总体显得十分繁复、难以掌握。

(3)有实际模拟电路设计经验的工程师都知道，模电的理论计算结果和实践结果的数据上会有一些差异，造成这些差异的是器件的离散性、器件非理想化、温湿度变化等因素，只有通过实践与理论相结合教学才能让学生清楚的认识到这些因素的影响，这样才能让学生掌握一门可以用来做项目、做设计而不是仅仅用来考试的模电。

所以我们亟需设计一种可以简便的引入到课堂教学上、能同时推进理论教学与实践教学的辅助设备。能让老师方便地边讲理论边进行实物演示，从而可以让学生更为客观形象地掌握模电。

发明内容

本实用新型是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够辅助模拟电子技术教学的系统。

为实现本实用新型之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种模电教学辅助系统，用于模电课堂教学辅助，所述系统包括：

硬件实验箱部分：发明实物整体部分；以及

PC端部分：实验数据接收及显示；

上述两部分由通信接口连接，包括蓝牙无线通信或USB3.0等，通信方式不限以上两种。

所述的一种模电教学辅助系统硬件实验箱部分包含：

a)主控处理平台：该平台包括FPGA及ARM组成，以下简称处理平台。

b)可编程任意波形发生单元：信号发生芯片产生任意波形的信号；并通过放大，增加偏置，增加信号等步骤以产生实验所需信号。

c)目标电路接口单元：所述单元设计顺序排列的6个输入输出端接口，并不限数目；每个输入输出端接口都配有两组可编程电源，每组有V+、V-、GND；其中有两路为高频输入输出，不限数目。所述可编程任意波形发生单元通过信号切换网络的配置，能选择给任一接口提供波形信号，且能够配置各接口之间的连接方式。其中包括接口对应的模电基础教学模块，如放大器，滤波器等，并在接口上方便拔插，且模块不限以上两种。

d)AD采样电路单元：所述单元每个AD采样通道都能对目标电路模块输入、各节点、输出的信号进行采集。模拟通道开关能够根据信号频率及带宽来选择适当的AD采样电路；

e)可编程电源模块：所述单元通过处理平台控制可编程电源，为目标电路模块提供所需的电压；通过电压检测反馈目标电路中的电压，供处理平台控制可编程电源输出稳定精确的电压；通过电流检测测得目标电路中的电流，进而掌握目标电路模块的功耗。

f)电子放大镜单元：对目标电路模块各电子元件及线路进行视频信号采集；处理平台将采集到的信号能够通过通信接口将视频信息显示在液晶显示屏上，便于操作者观察，进而调整放大倍数及拍摄角度；处理平台将视频信息与其他信息集合一起通过通信接口上传到PC,通过上位机软件将所有信息显示在同一个界面，通过VGA或DM接口显示在投影仪上，学生能够清楚的看到目标模块上的元器件与电路连接，进行学习与分析；手动调节的电子放大镜焦距易于放大缩小，转换角度，让观察者灵活的对电路进行观察分析。

g)温度检测与控制单元：所述单元为真实环境连续变化信号的产生。运用传感器对目标电路模块所处环境温度进行实时检测；温度传感器对温度进行实时检测，并把数据传回到处理平台。

控制电热丝及风扇，维持一个恒温环境；

h)带触摸屏的液晶显示单元：方便操作者观察，对装置进行操作。

所述的一种模电教学辅助系统PC端显示部分包含：

运用高级编程语言进行PC端界面设计，使PC端能够运行实验箱并配置实验箱的各种参数，每个参数设置界面下面还有子界面可以进行详细的参数设置。运用高级编程语言对仿真电路软件二次开发，把实验箱处理器传来的信息和仿真电路信息进行整合，最后，形成一个集目标电路原理图、目标电路视频、目标电路各个节点实测电压信号和仿真电路各节点的信号的教学界面，也可以单击某个界面进行放大单独观看。

本实用新型还包括以下方案：

一种模电教学辅助系统，该系统包括：

硬件实验箱和PC端；

所述硬件实验箱用于进行模拟电子电路教学实验；

所述PC端用于对硬件实验箱的实验数据进行接收及显示；

所述硬件实验箱和PC端由通信接口连接。

所述的一种模电教学辅助系统，其中硬件实验箱包括主控处理平台、可编程波形发生单元、目标电路接口单元、AD采样电路单元、可编程电源模块、电子放大镜单元、温度检测与控制单元和显示单元；其中：

可编程波形发生单元通过信号发生芯片产生预定波形的信号，并通过放大、增加偏置、增加信号之一或其组合的步骤以产生实验所需信号，并发送给目标电路模块；

目标电路接口单元为目标电路模块提供输入输出端接口；

AD采样电路单元的每个AD采样通道都能对目标电路模块的输入、各节点、输出的信号进行采集，并将采集后的信号发送给主控处理平台；

主控处理平台控制可编程电源，为目标电路模块提供所需的电压；通过电压检测反馈目标电路中的电压，供主控处理平台控制可编程电源输出稳定精确的电压；通过电流检测测得目标电路模块中的电流，供主控处理平台掌握目标电路模块的功耗；

电子放大镜单元用于对目标电路模块各电子元件及线路进行视频信号采集，并将采集到的视频信号传送给主控处理平台，主控处理平台将采集到的视频信号通过通信接口显示在显示单元上，便于操作者观察；

温度检测与控制单元运用温度传感器对目标电路模块所处环境温度进行实时检测，并把数据传回到主控处理平台，主控处理平台控制电热丝和风扇，维持一个恒温环境；

显示单元带有触摸屏。

所述的一种模电教学辅助系统，其中PC端用于运行硬件实验箱并配置实验箱的各种参数，并把硬件实验箱处理器传来的信息和仿真电路信息进行整合，形成一个集目标电路原理图、目标电路视频、目标电路各个节点实测电压信号和仿真电路各节点的信号的教学界面。

所述的一种模电教学辅助系统，其中主控处理平台包括FPGA和ARM。

所述的一种模电教学辅助系统，其特中通信接口包括蓝牙接口或USB3.0接口。

所述的一种模电教学辅助系统，其中所述目标电路接口单元包括多个输入输出端接口，每个输入输出端接口都配有两组可编程电源，每组有V+、V-、GND；其中有两路为高频输入输出。

所述的一种模电教学辅助系统，其中所述可编程波形发生单元通过信号切换网络的配置，能选择给任一端接口提供波形信号，且能够配置各端接口之间的连接方式。

所述的一种模电教学辅助系统，其中目标电路模块包括模电基础教学模块，该模电基础教学模块包括放大器，滤波器，模电基础教学模块能够在所述端接口上方便拔插。

所述的一种模电教学辅助系统，其中，模拟通道开关能够根据信号频率及带宽来选择适当的AD采样电路。

所述的一种模电教学辅助系统，其中：

电子放大镜单元能够调整放大倍数及拍摄角度；

主控处理平台将视频信息与其他信息集合一起通过通信接口上传到PC端,并将所有信息显示在PC端的同一个界面和/或将所有信息通过VGA或DM接口显示在投影仪上。

本实用新型的作用和效果是：根据本实用新型所涉及的模电教学辅助系统，操作者根据需求控制信号发生单元产生需要的信号，通过目标电路接口单元并配置所需的基础教学模块，如放大器等，处理信号，并用AD采样电路单元对各节点信号进行采集。用电子放大镜单元将过程进行采集放大。以上所有数据通过通信接口将数据上传至PC端，显示于PC端上位机软件。从而简易的实现了一个模拟信号的产生及处理过程。所以，本实用新型的模电教学辅助系统，便携简易的实现了模拟电子线路的工作，能让老师方便地边讲理论边进行实物演示，从而可以让学生更为客观形象地掌握模电。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中的模电教学辅助系统的结构框图；

图2是本实用新型的实施例中的实验箱部分的结构框图；

图3是本实用新型的实施例中的波形发生单元11的结构框图；

图4是本实用新型的实施例中的目标单元接口电路12的结构框图；

图5是本实用新型的实施例中的AD采样电路13的结构框图

图6是本实用新型的实施例中的可编程电源单元14的结构框图；

图7是本实用新型的实施例中的电子放大镜单元18的结构框图；

图8是本实用新型的实施例中的温度检测与控制单元17的结构框图；

图9是本实用新型的实施例中的带触摸屏液晶显示器16的结构框图；

图10是本实用新型的实施例中的PC端显示部分20的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型模电教学辅助系统作具体阐述。

图1是本实用新型的实施例中的模电教学辅助系统的结构框图。

如图1所示，在本实施例中，操作者通过模电教学辅助系统100能够对基础模拟电子电路进行实验演示，模电教学辅助系统100包含：硬件实验箱部分10和PC端显示部分20。

图2是本实用新型的实施例中的实验箱部分的结构框图。

如图2所示，实验箱部分10包括：波形发生单元11、目标单元接口电路12、AD采样电路13、可编程电源单元14、处理平台15、带触摸屏液晶显示器16、温度检测与控制单元17、电子放大镜单元18，总电源19。

总电源19用于向实验箱10提供电源，可编程电源单元14用于向目标接口电路12提供电源。

图3是本实用新型的实施例中的波形发生单元11的结构框图。

如图3所示，处理平台15控制DDS芯片产生所需波形，并通过放大等处理得到最终实验所需波形，用于输出到目标接口单元。

图4是本实用新型的实施例中的目标单元接口电路12的结构框图。

如图4所示，目标接口单元电路12包含6个(不局限于6个)模块接口；每个模块接口包含两组电源，由可编程电源单元14提供所需电源；每个模块接口包含6路(不局限于6路)输入输出通道，其中有两路(不局限于两路)为高频输入输出通道。

图5是本实用新型的实施例中的AD采样电路13的结构框图。

如图5所示，AD采样电路13根据波形发生单元11输出到目标单元接口电路12的信号的频率带宽等选择合适的AD采样通道对信号进行采集。AD采样电路单元还包括模拟通道开关，且采样电路按照频率至少可分为低，中，高频三个采样电路，模拟通道开关能够根据信号频率及带宽来选择适当的AD采样电路。

图6是本实用新型的实施例中的可编程电源单元14的结构框图。

如图6所示，操作者根据需求通过处理平台控制可编程电源单元14给目标单元接口电路12输出精确电压，并通过AD采样电路13对目标单元接口电路12的电流电压进行采集，进而掌握目标单元接口电路12的功耗。

图7是本实用新型的实施例中的电子放大镜单元18的结构框图。

如图7所示，电子放大镜单元18对目标单元接口电路12及线路进行视频信号采集；处理平台15将采集到的信号能够通过通信接口将视频信息显示在带触摸屏液晶显示器16上，便于操作者观察，进而调整放大倍数及拍摄角度；处理平台15将视频信息与其他信息(其他信息这里指的是电路板上各点的真实的电信号波形)集合一起通过通信接口上传到PC端显示部分20,通过上位机软件将所有信息显示在同一个界面，通过VGA或DM接口显示在投影仪上，学生能够清楚的看到目标单元接口电路12的元器件与电路连接，进行学习与分析；手动调节电子放大镜单元18的焦距易于放大缩小，转换角度，让观察者灵活的对电路进行观察分析。

图8是本实用新型的实施例中的温度检测与控制单元17的结构框图。

如图8所示，温度检测与控制单元17为真实环境连续变化信号的产生。运用传感器对目标单元接口电路12所处环境温度进行实时检测；温度传感器对温度进行实时检测，并把数据传回到处理平台15。控制电热丝及风扇，维持一个恒温环境；

图9是本实用新型的实施例中的带触摸屏液晶显示器16的结构框图。

如图9所示，该液晶显示器16方便操作者观察，对装置进行操作。

图10是本实用新型的实施例中的PC端显示部分20的结构框图。

如图10所示，运用高级编程语言进行PC端界面设计，使PC端能够运行实验箱10并配置实验箱10的各种参数，每个参数设置界面下面还有子界面可以进行详细的参数设置。运用高级编程语言对仿真电路软件二次开发，把实验箱处理器传来的信息和仿真电路信息进行整合，最后，形成一个集目标单元接口电路12原理图、电路视频、各个节点实测电压信号和仿真电路各节点的信号的教学界面，也可以单击某个界面进行放大单独观看。

Claims (7)

1.一种模电教学辅助系统，该系统包括：

硬件实验箱和PC端；

所述硬件实验箱用于进行模拟电子电路教学实验；

所述PC端用于对硬件实验箱的实验数据进行接收及显示；

所述硬件实验箱和PC端由通信接口连接。

2.根据权利要求1所述的一种模电教学辅助系统，其特征在于：硬件实验箱包括主控处理平台、可编程波形发生单元、目标电路接口单元、AD采样电路单元、可编程电源模块、电子放大镜单元、温度检测与控制单元和显示单元；其中：

可编程波形发生单元通过信号发生芯片产生预定波形的信号，并通过放大、增加偏置、增加信号之一或其组合的步骤以产生实验所需信号，并发送给目标电路模块；

目标电路接口单元为目标电路模块提供输入输出端接口；

AD采样电路单元的每个AD采样通道都能对目标电路模块的输入、各节点、输出的信号进行采集，并将采集后的信号发送给主控处理平台；

主控处理平台控制可编程电源，为目标电路模块提供所需的电压；通过电压检测反馈目标电路中的电压，供主控处理平台控制可编程电源输出稳定精确的电压；通过电流检测测得目标电路模块中的电流，供主控处理平台掌握目标电路模块的功耗；

电子放大镜单元用于对目标电路模块各电子元件及线路进行视频信号采集，并将采集到的视频信号传送给主控处理平台，主控处理平台将采集到的视频信号通过通信接口显示在显示单元上，便于操作者观察；

温度检测与控制单元运用温度传感器对目标电路模块所处环境温度进行实时检测，并把数据传回到主控处理平台，主控处理平台控制电热丝和风扇，维持一个恒温环境；

显示单元带有触摸屏。

3.根据权利要求2所述的一种模电教学辅助系统，其中主控处理平台包括FPGA和ARM。

4.根据权利要求1所述的一种模电教学辅助系统，其特征在于：通信接口包括蓝牙接口或USB3.0接口。

5.根据权利要求2所述的一种模电教学辅助系统，其中所述目标电路接口单元包括多个输入输出端接口，每个输入输出端接口都配有两组可编程电源，每组有V+接口、V-接口、GND接口；其中所述多个输入输出端接口有两路为高频输入输出。

6.根据权利要求2-5之一所述的一种模电教学辅助系统，其中目标电路模块包括模电基础教学模块，该模电基础教学模块包括放大器模块，滤波器模块、反馈模块、振荡器模块、功放模块、整流模块，模电基础教学模块能够在所述端接口上拔插。

7.根据权利要求2-5之一所述的一种模电教学辅助系统，其中：

电子放大镜单元能够调整放大倍数及拍摄角度。