CN204857024U - 一种电子技术综合实验仪 - Google Patents

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张凯利
倪奇
康维
胡高杰
邵德奇
张春燕
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Abstract

本实用新型提供了一种电子技术综合实验仪，包括示波器模块，所述示波器模块中的单片机分别连接有旋转电位器、键盘及电阻式触摸屏，其技术要点是：还包括与示波器模块中的单片机分别相连的函数信号发生电路、电阻测量电路、电容测量电路及直流电压源，所述示波器模块中的阻抗匹配电路、AD603程控放大器及ADC模数转换器顺次连接构成小信号处理电路与单片机相连。本实用新型涵盖模电数电实验中所需的常用电子测试仪器，集示波器、函数信号发生器、电阻电容测量、可调直流电源功能于一身，可满足电子基础性教学的需求。

Description

一种电子技术综合实验仪
技术领域：
本实用新型属于电子测量技术领域，具体涉及一种电子技术综合实验仪。
背景技术：
目前各高校模电数电教学试验中，示波器、函数信号发生器、万用表及直流电压源是常用仪器仪表，虽然现有教学实验室中并不乏此些设备，但它们体积庞大，过于笨重，价格昂贵，一台示波器更是几千甚至上万元。然而这些笨重且昂贵设备的许多功能在很多情况下根本无需使用，在基础实验教学和本科生的创新实验中尤是如此，这样就造成了一定的资源浪费。
发明内容：
本实用新型为克服现有技术的不足，提供了一种电子技术综合实验仪，其涵盖模电数电教学实验中所需的常用电子测试仪器，集示波器、函数信号发生器、电阻电容测量、可调直流电源功能于一身，可满足电子基础性教学的需求。
本实用新型的电子技术综合实验仪，包括示波器模块，所述示波器模块中的单片机分别连接有旋转电位器、键盘及电阻式触摸屏，采用的技术方案在于：还包括与示波器模块中的单片机分别相连的函数信号发生电路、电阻测量电路、电容测量电路及直流电压源，所述示波器模块中的阻抗匹配电路、AD603程控放大器及ADC模数转换器顺次连接构成小信号处理电路与单片机相连，所述直流电压源分别连接电阻式触摸屏、函数信号发生电路、电阻测量电路、电容测量电路及小信号处理电路。
作为本实用新型的进一步改进，所述电容测量电路中的电容C的两端连接电压比较器P的同相端与反相端，电压比较器P的输出端与单片机中的定时器相连，单片机连接模拟开关K，所述模拟开关K具有两个接触端，其中一个接触端K1连接基准电压VS、另一个接触端K2通过电流源I0连接电容C的一端，电容C的另一端连接模拟开关K。其对被测电容只进行一次充放电即可完成对被测电容的测量，采用了准确度较高的时间测量原理，提高了测量精度和分辨率。
作为本实用新型的进一步改进，所述函数信号发生电路的核心芯片为MAX038型函数发生器，单片机分别通过DAC数模转换器和电子开关电容切换模块连接MAX038型函数发生器，MAX038型函数发生器连接SSM2246芯片。其可精密地产生三角波、锯齿波、矩形波、正弦波信号。
作为本实用新型的进一步改进，所述直流电压源包括射极跟随器，其依次通过取样电路、ADC模数转换器连接单片机，单片机再依次通过DAC数模转换器、运放放大器连接射极跟随器，从而保证直流电源输出电压的稳定性。
作为本实用新型的进一步改进，所述电阻测量电路包括待测电阻RS、标准电阻RX和运算放大器，待测电阻RS与标准电阻RX串联，运算放大器的输出端与其反向端连接构成电压跟随器，运算放大器的同相端连接到待测电阻RS与标准电阻RX之间，运算放大器的输出端与单片机上的ADC模数转换器连接。电阻测量电路采用基本的电阻分压原理设计，将电阻值转换为电压信号，再由ADC模数转换器传送给单片机计算出电阻值。
作为本实用新型的进一步改进，所述单片机为STM32F103ZET6型单片机，其可充分满足设计需求，减少了外部芯片的使用，节约成本。
作为本实用新型的进一步改进，所述电阻式触摸屏为5寸TFT触摸液晶屏模块MD050SD，其响应速度快，能达到5MHZ的读写速率，显示页寄存器和读写页寄存器可独立设置，方便实现后台写入和整页快速切换。
本实用新型的有益效果是：本实用新型通过示波器中的单片机分别连接函数信号发生电路、电阻测量电路、电容测量电路及直流电压源，再通过电阻式触摸屏显示相应的测量数据，使本实用新型集示波器、函数信号发生器、电阻电容测量、可调直流电源功能于一身，一机多用、操作简单、造价低廉、便于使用，可大大满足电子基础性教学的需求。
附图说明：
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为示波器模块的结构原理图；
图3为函数信号发生电路的结构原理图；
图4为电容测量电路的结构原理图；
图5为直流电压源的结构原理图；
图6为电阻测量电路的结构原理图。
具体实施方式：
参照图1和图2，本实用新型的电子技术综合实验仪，包括示波器模块，所述示波器模块中的单片机1分别连接有旋转电位器2、键盘3及电阻式触摸屏4，还包括与示波器模块中的单片机1分别相连的函数信号发生电路5、电阻测量电路6、电容测量电路7及直流电压源8，所述示波器模块中的阻抗匹配电路、AD603程控放大器及ADC模数转换器顺次连接构成小信号处理电路9与单片机1相连，所述直流电压源8分别连接电阻式触摸屏4、函数信号发生电路5、电阻测量电路6、电容测量电路7及小信号处理电路9，从而为此些电路供电。
所述单片机1为STM32F103ZET6型单片机，它拥有的资源包括：64KBSRAM、612KBFLASH、8个定时器、2个I2C、5个串口、1个USB、1个CAN、1个12位DAC、3个12位ADC、1个SDIO接口等，可充分满足设计需求，减少了外部芯片的使用，节约了成本；
所述的电阻式触摸屏4为5寸TFT触摸液晶屏模块MD050SD，其采用8080时序并行总线接口，分辨率为800×480，模块采用CPLD+SDRAM方式驱动RGB接口显示屏，响应速度很快，能达到5MHZ的读写速率，最快实现每秒13桢的满屏刷新速度，集成8MBSDRAM对应8页显示缓冲。显示页寄存器和读写页寄存器独立设置，当前显示页和读写页可以是不同的页，方便实现后台写入后，整页快速切换；
参照图4，所述电容测量电路7中的电容C的两端连接电压比较器P的同相端与反相端，电压比较器P的输出端与单片机1中的定时器71相连，单片机1连接模拟开关K，所述模拟开关K具有两个接触端，其中一个接触端K1连接基准电压VS、另一个接触端K2通过电流源I0连接电容C的一端，电容C的另一端连接模拟开关K。其采用基于V/T变换的电容测量电路，其中电流源I0为恒流管，它与电容C通过模拟开关K构成闭合回路，电容C的两端连接到电压比较器P的输入端，当K1闭合时，基准电压VS给电容C充电至电容C两端的电压等于基准电压VS，然后接触端K1断开，接触端K2闭合，电容C在电流源I0的作用下放电，单片机的内部计数器同时开始工作，当电流源I0对电容C放电至电容两端电压等于零时，比较器翻转，计数器结束计数，计数值与电容C放电时间成正比。
参照图3，所述函数信号发生电路5的核心芯片为MAX038型函数发生器，单片机1分别通过DAC数模转换器和电子开关电容切换模块连接MAX038型函数发生器，通过单片机1进行波形选择，通过DAC数模转换器进行频率、占空比调节，通过电子开关电容切换模块进行波段选择，MAX038型函数发生器连接SSM2246芯片，通过SSM2246芯片将信号放大后输出。其中MAX038型函数发生器是一个精密高频波形产生器，能精密地产生三角波、锯齿波、矩形波、正弦波信号，频率范围从0.1Hz～20MHz，最高可达40MHz，各种波形的输出幅度均为2V峰峰值，其占空比和频率均可单独调节，占空比最大调节范围是10％～90％，正弦波失真度小于0.75％，占空比调节时非线性度低于2％。
参照图5，所述直流电压源8中的射极跟随器81依次通过取样电路82、ADC模数转换器连接单片机1，单片机1再依次通过DAC数模转换器、运放放大器83连接射极跟随器81。直流电压源8包括3.3V和5V，采用工频变压器多路输出正负15v和8v，将正负15v经整流滤波后，再经线性稳压器lm7812和lm7912进行稳压输出正负12V及8V电压，经过整流滤波后送到线性稳压器lm7805稳压到5V输出和ams1117输出3.3V、0-12v可调部分,单片机1通过16位DAC数模转换器经运放放大器83输出给射极跟随器81，再通过射极跟随器81输出0-12v可调、步进1mV的直流电压，射极跟随器81的反馈部分通过对输出端电阻分压读取电压值，并通过ADC模数转换器进行ADC转换输入到单片机1进行闭环控制，从而稳定电压输出。
参照图6，所述电阻测量电路6包括待测电阻RS、标准电阻RX和运算放大器61，待测电阻RS与标准电阻RX串联，运算放大器61的输出端与其反向端连接构成电压跟随器，运算放大器61的同相端连接到待测电阻RS与标准电阻RX之间，运算放大器61的输出端与单片机1上的ADC模数转换器连接。其采用基本的电阻分压原理设计，将电阻值转换为电压信号，这个电压信号由单片机1上的ADC模数转换器采集，再由单片机1通过计算电压量获得电阻值，标准电阻可换1K、10K、100K三个档位。

Claims (7)

1.一种电子技术综合实验仪，包括示波器模块，所述示波器模块中的单片机(1)分别连接有旋转电位器(2)、键盘(3)及电阻式触摸屏(4)，其特征在于：还包括与示波器模块中的单片机(1)分别相连的函数信号发生电路(5)、电阻测量电路(6)、电容测量电路(7)及直流电压源(8)，所述示波器模块中的阻抗匹配电路、AD603程控放大器及ADC模数转换器顺次连接构成小信号处理电路(9)与单片机(1)相连，所述直流电压源(8)分别连接电阻式触摸屏(4)、函数信号发生电路(5)、电阻测量电路(6)、电容测量电路(7)及小信号处理电路(9)。
2.如权利要求1所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述电容测量电路(7)中的电容C的两端连接电压比较器P的同相端与反相端，电压比较器P的输出端与单片机(1)中的定时器(71)相连，单片机(1)连接模拟开关K，所述模拟开关K具有两个接触端，其中一个接触端K1连接基准电压VS、另一个接触端K2通过电流源I0连接电容C的一端，电容C的另一端连接模拟开关K。
3.如权利要求1所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述函数信号发生电路(5)的核心芯片为MAX038型函数发生器，单片机(1)分别通过DAC数模转换器和电子开关电容切换模块连接MAX038型函数发生器，MAX038型函数发生器连接SSM2246芯片。
4.如权利要求1所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述直流电压源(8)包括射极跟随器(81)，其依次通过取样电路(82)、ADC模数转换器连接单片机(1)，单片机(1)再依次通过DAC数模转换器、运放放大器(83)连接射极跟随器(81)。
5.如权利要求1所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述电阻测量电路(6)包括待测电阻RS、标准电阻RX和运算放大器(61)，待测电阻RS与标准电阻RX串联，运算放大器(61)的输出端与其反向端连接构成电压跟随器，运算放大器(61)的同相端连接到待测电阻RS与标准电阻RX之间，运算放大器(61)的输出端与单片机(1)上的ADC模数转换器连接。
6.如权利要求1-5的任意一项所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述单片机(1)为STM32F103ZET6型单片机。
7.如权利要求1-5的任意一项所述的一种电子技术综合实验仪，其特征在于：所述电阻式触摸屏(4)为5寸TFT触摸液晶屏模块MD050SD。
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