專利名稱：嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種實驗儀，尤其是涉及一種對數(shù)字電路實驗能作正確與否的判斷評價并顯示實驗結果的實驗儀；特別適合于以高素質應用型人才為培養(yǎng)目標的高等學校使用。
背景技術：
數(shù)字電路是高校電類專業(yè)必修的主干基礎課，現(xiàn)今常用的實驗設備，一般都是在一塊面板上插入所需的IC芯片，連接好實驗電路后通過測量輸入輸出邏輯電平來檢查、評估實驗的正確性，如果遇到接觸不良或接線錯誤等故障時，需要實驗人員耐心地逐級查找，教師在輔導檢查時必然要花費很大精力，費工、耗時、效率低下，學生則容易陷入被動乏味狀態(tài)，甚至滋生急躁情緒，在多年教學實踐中設計者深知普通儀器的弊端。隨著我國高等教育事業(yè)大發(fā)展，理工類實驗儀器數(shù)量和品種以前所未有的速度增長，但細看我國教學實驗設備尤其是基礎實驗設備，在技術上絕大多數(shù)還只是停留在模仿、驗證水平，一般院校首先滿足“有實驗設備”這個起碼的要求，對于一大批近年在高教事業(yè)發(fā)展中建設起來的電子類實驗室，繁重的日常教學是當務之急，高新實驗設備的研究暫時被置于次要位置，這就導致目前很少或者沒有高水平高教基礎實驗設備的局面。
綜觀國外測量儀器的發(fā)展，無不采用計算機高新技術，逐漸向智能化過渡，把原先需要人做的思維判斷交由高速計算機處理，這就大大提高了測試儀器的性能，這就是所謂的“智能化”，是國際儀器設備研制重要發(fā)展方向。在高教事業(yè)大發(fā)展大提高的今天，我國的實驗設備應該有一個質的飛躍，實現(xiàn)更新?lián)Q代。
為此人們進行了長期的探索，提出了多種多樣的實施方案。例如，中國專利文獻公開了一種多功能電子技術實驗教學裝置(申請?zhí)?5207117.7)，它把頻率計、交流毫伏表、函數(shù)發(fā)生器、直流穩(wěn)壓電源、邏輯電平開關及顯示、譯碼及數(shù)碼顯示、模擬及數(shù)字實驗電路優(yōu)化于一機，只需配一臺示波器就可完成原需六、七臺設備才能完成的模擬和數(shù)字電路實驗與設計，且便于開發(fā)新的實驗和課程設計課題。該方案僅僅是將多種設備進行簡單的疊加，其結構復雜、造價高，使用起來仍然不甚方便。還有人申請了一種單層行列式電路實驗板(申請?zhí)?5207117.7)，由單層塑料板框、金屬插腳、兩腳專用插頭組成，能實現(xiàn)拼接擴充容量。該方案功能單一，實驗步驟較為繁瑣，精度不高，自動化程度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型主要是解決現(xiàn)有技術所存在的實驗過程繁瑣，效率低下，費時費力，無自動評測功能，一旦遇到接觸不良、接線錯誤或元器件故障時，需要實驗人員耐心地逐級查找等的技術問題；提供了以嵌入式計算機技術為基礎的、使用簡便、效率高、能夠自動檢測評價實驗、智能化程度高的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀。
本實用新型又解決了現(xiàn)有技術所存在的功能單一，不能自我學習、記憶新實驗等的技術問題；提供了一種功能全面，能夠根據(jù)需要設置實驗種類，又能自我學習的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀。
本實用新型還解決了現(xiàn)有技術所存在的實驗過程難以管理，實驗效果不甚理想，無法實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡教學實驗等技術問題；提供了一種易于管理，教學效果好，能夠實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)實驗，便于教學管理的新型嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀。
本實用新型的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，包括實驗操作面板、信號采集處理部件和電源等三部分。其特征在于所述的實驗操作面板與一個信號采集處理部件相連，所述的信號采集處理部件包括嵌入式微處理器。本實用新型是一種具有智能化功能的新一代實驗儀器。它克服原有設備不足，自動檢測、評價、記錄實驗過程，集示波器、電壓電流表、信號發(fā)生器多種電子測量儀器于一體，功能強效率高，而且能夠激發(fā)學員實驗的主動性。此外，實驗操作面板采用雙面PCB貼模工藝，元件采用插入式連接，簡潔直觀，使用維護方便。
作為優(yōu)選，所述的嵌入式微處理器通過多路緩沖開關與實驗操作面板上的信號檢測接口相連，通過嵌入式微處理器采集實驗實時信號與預先存儲在微處理數(shù)據(jù)庫中的實驗標準模式進行比對，由儀器判斷實驗線路的連接正確與否，從而對實驗過程進行評價，實現(xiàn)實驗指導評價的智能化，無需配備其他實驗儀器設備就可完成二三十種典型數(shù)字電路基礎實驗。
作為優(yōu)選，所述的信號采集處理部件包括LCD顯示屏，所述的LCD顯示屏通過LCD顯示接口與嵌入式微處理器相連。實驗的步驟、信號波形圖、實驗的評價結果通過LCD顯示出來，引導使用者正確操作，人機界面好。
作為優(yōu)選，所述的信號采集處理部件包括鍵盤，所述的鍵盤與嵌入式微處理器相連，鍵盤選擇所要進行的實驗種類，嵌入式微處理器從數(shù)據(jù)庫中調出該實驗種類的標準數(shù)據(jù)，從而可進行比對。
作為優(yōu)選，所述的嵌入式微處理器與軟件調試接口相連，所述的軟件調試接口與軟件調試仿真設備相連。這里的接口電路還可以采用多種實施方案，例如紅外接口，JTAG接口，藍牙接口等。調試仿真設備通過軟件調試接口可以對嵌入式微處理器進行在線編程調試，同時也可以根據(jù)需要隨時輸入新的實驗項目數(shù)據(jù)參數(shù)，更新應用程序，使實驗儀具備自我學習功能，實驗項目可以隨時擴展更新。
作為優(yōu)選，所述的信號檢測接口包括用戶輸入口、用戶輸出口和電壓、電流檢測口以及其它接口，實驗儀可以檢測實驗操作面板送來的多種信號，同時可作為雙列直插集成塊的檢驗工具。
作為優(yōu)選，所述的實驗操作面板上集成有電流表、電壓表以及若干個分立元件插座、集成塊插座，并設有若干個電源、地線、信號源等插口和多個開關，所述的集成塊插座為各種引腳數(shù)的雙列直插式插座，使實驗者可以在實驗操作面板上作多種多樣的電路連接。
作為優(yōu)選，所述的嵌入式微處理器連接有報警電路和信號輸出接口，所述的信號輸出接口通過用戶輸入口與實驗操作面板相連。當實驗線路發(fā)生錯誤時，發(fā)出報警信號，及時提醒實驗者檢查實驗線路；信號輸出接口輸出各種實驗所需的信號。
作為優(yōu)選，所述的信號采集處理部件設有與聯(lián)網(wǎng)計算機相連的接口電路，所述的接口電路的另一端與嵌入式微處理器相連，所述的聯(lián)網(wǎng)計算機通過通訊電纜與若干個接口電路相連。多個實驗儀可以獨立工作，也可以通過通訊電纜集中連到一臺聯(lián)網(wǎng)計算機上，形成一個LAN架構的網(wǎng)絡數(shù)字電路實驗室。
此外，作為優(yōu)選，所述的接口電路為USB接口。
因此，本實用新型具有設計合理，結構簡單，功能全面，使用維護方便，具有優(yōu)異的性能價格比，可節(jié)省大量投資，減輕實驗管理強度，是大專院校及企業(yè)培訓學校中電子技術實驗的理想儀器；能夠根據(jù)需要設置實驗，自動檢測實驗過程，智能化程度高，實驗效果好，易于管理，教學效果顯著，而且能夠實現(xiàn)多機聯(lián)網(wǎng)，拓展實驗的時間空間。


附圖1是本實用新型的一種結構框圖。
附圖2是本實用新型中的一種軟件的工作流程圖。
具體實施方式
下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
實施例
嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，包括實驗操作面板1，與其相連的信號采集處理部件3，以及電源2。信號采集處理部件包括嵌入式微處理器4，所述嵌入式微處理器通過信號檢測輸入口、多路緩沖開關5與實驗操作面板上的各信號檢測接口相連；所述的信號采集處理部件包括LCD顯示屏6，所述的LCD顯示屏通過LCD顯示接口7與嵌入式微處理器相連。所述的嵌入式微處理器上連接有鍵盤8、軟件調試接口9，軟件調試接口與調試仿真設備相連。所述的信號檢測接口包括用戶輸入口15、用戶輸出口10、電壓、電流檢測口11、其它接口12。所述的實驗操作面板上集成有電流表、電壓表以及若干分立元件插座、集成塊插座，并設有若干個電源、地線、信號源等插口和多個開關；所述的集成塊插座為各種引腳數(shù)的雙列直插式插座。所述的嵌入式微處理器上設有與聯(lián)網(wǎng)計算機16相連的接口電路17，所述的聯(lián)網(wǎng)計算機通過通訊電纜與若干個接口電路相連。所述的接口電路17為USB接口。
1.電源輸入220V±10％ 輸出5V/1A，+12V(可選)0.4A 具過載保護報警，自動恢復功能2.信號源 頻率基本頻率0.5Hz；1Hz；1000Hz；其他可任選波形①連續(xù)方波 前后沿陡度≤20ns②單脈沖 去抖動 寬度2us幅度TTL電平3.輸入測試邏輯電平開關輸出(8路，分別記為I0～I7)4.輸出測試點8路(記為P0～P7)接有紅色LED，邏輯1時亮，0時不亮。
5.數(shù)字顯示12位(其中原碼10位，反碼2位)，七段數(shù)碼管紅、綠、黃三色各4只。
6.電壓、電流表電壓表2位有效數(shù)字，電流表3位有效數(shù)字，測量范圍0.0V～9.9V(帶超標顯示)，000MA～999MA(帶超標顯示)，電壓電流表在無測量輸入時自動顯示實驗儀電源負載(電壓，電流)，有輸入時，顯示被測電壓電流值。
7.元件插座分立元件插座若干雙列直插式14Pin2只16Pin13只20Pin1只另有擴充插座板二塊28Pin，40Pin數(shù)字電路實驗操作面板在一塊360MM×280MM電路面板上集成了P14、P16、P18、P20雙列直插式插座若干，以及電源、地線、信號源等插口和多個開關。是實驗操作區(qū)。
信號采集處理部件硬件部分主要由功能強大的嵌入式微處理器電路組成，所謂的智能檢測主要由本功能單元完成。
微處理器軟件設計軟件部分用高級程序語言設計。軟件的工作流程圖如附圖2所示。
軟件具有“自我學習”功能，能夠在人工干預下學習新實驗項目，保持技術上不斷地創(chuàng)新。調試仿真設備通過軟件調試接口對實驗儀調試編程，輸入新的實驗數(shù)據(jù)參數(shù)。因此本實驗儀具備了自我學習功能，大大擴展了實驗項目。
嵌入式微處理機采集、檢測實驗操作面板上的邏輯電路關鍵節(jié)點的電位波形，實時顯示在LCD顯示屏屏幕上，運用邏輯函數(shù)判斷實驗結果正確與否。聯(lián)網(wǎng)計算機則負責處理網(wǎng)絡實驗教學事宜，集中檢測子系統(tǒng)實驗狀況，記錄存儲實驗過程與結果，形成相關實驗教學檔案。
獨立使用實驗儀1.將實驗儀打開，接通220v/50Hz交流電源，指示燈亮，機載蜂鳴器發(fā)出短促一聲“嘟”，幾秒鐘后LED顯示實驗儀工作電壓5v±0.1v。(左邊紅色二位)。靜態(tài)工作電流xxx MA(中間三位黃色)，電壓電流在額定值范圍內(nèi)，表示儀器狀態(tài)正常，可以使用。否則儀器將發(fā)出連續(xù)的“嘟”聲，表示設備有故障。
2.關斷電源，在操作面板上插上所要用的實驗元件、芯片，依照設計電路連接好接線，將需要檢測的輸入輸出點接好。
3.開機，LED將會顯示實驗儀電源的電壓電流值和實驗項目選擇提示(兩位綠色)。根據(jù)提示，實驗者可選擇實驗項目，然后根據(jù)LCD顯示屏上提示一步步完成實驗，直至結束。
特別注意不要將輸入輸出混淆，否則會造成實驗失敗。
4.注意各測點平時電壓都是0V，實驗儀自動掃描檢測，長時間0V狀況時機器將會忽略此測點不再顯示該處電壓，但不會改變該處電壓值。
5.使用完畢，先斷電，后撤線。拆除面板所有實驗連線，拔出電源插頭，附件歸位，合上蓋子。網(wǎng)絡線可以不拆除。
實驗儀可以獨立工作，也可以通過通訊電纜集中接到一臺聯(lián)網(wǎng)計算機上，形成一個LAN架構的網(wǎng)絡數(shù)字電路實驗室。
本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
盡管本文較多地使用了信號采集處理部件、實驗操作面板、LCD顯示屏、LED、軟件調試接口、多路緩沖開關等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
權利要求1.一種嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，包括實驗操作面板(1)和電源(2)，其特征在于所述的實驗操作面板與一個信號采集處理部件(3)相連，所述的信號采集處理部件包括嵌入式微處理器(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的嵌入式微處理器(4)通過多路緩沖開關(5)與實驗操作面板(1)上的信號檢測接口相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的信號采集處理部件(3)包括LCD顯示屏(6)，所述的LCD顯示屏通過LCD顯示接口(7)與嵌入式微處理器(4)相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的信號采集處理部件(3)包括鍵盤(8)，所述的鍵盤與嵌入式微處理器(4)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的嵌入式微處理器(4)與軟件調試接口(9)相連，所述的軟件調試接口與軟件調試仿真設備相連。
6.根據(jù)權利要求2所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的信號檢測接口包括用戶輸入口(15)、用戶輸出口(10)和電壓、電流檢測口(11)以及其它接口(12)。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的實驗操作面板(1)上集成有電流表、電壓表以及若干個分立元件插座、集成塊插座，并設有若干個電源、地線、信號源等插口和多個開關；所述的集成塊插座為各種引腳數(shù)的雙列直插式插座。
8.根據(jù)權利要求1所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的嵌入式微處理器(4)連接有報警電路(13)和信號輸出接口(14)，所述的信號輸出接口通過用戶輸入口(15)與實驗操作面板(1)相連。
9.根據(jù)權利要求1或2或3或4或5或8所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的信號采集處理部件(3)設有與聯(lián)網(wǎng)計算機(16)相連的接口電路(17)，所述的接口電路的另一端與嵌入式微處理器相連(4)，所述的聯(lián)網(wǎng)計算機(16)通過通訊電纜與若干個接口電路(17)相連。
10.根據(jù)權利要求9所述的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，其特征在于所述的接口電路(17)為USB接口。
專利摘要本實用新型涉及一種對數(shù)字電路實驗能作正確與否的判斷評價并顯示實驗結果的嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀，特別適合于以高素質應用型人才為培養(yǎng)目標的高等學校使用。它包括實驗操作面板、信號采集處理部件和電源等三部分。信號采集處理部件以嵌入式微處理器為核心，與之相連的有鍵盤、LCD顯示屏、多路緩沖開關等。信號采集處理部件實時采集實驗操作面板上的信號，與數(shù)據(jù)庫中標準數(shù)據(jù)比對，自動檢測、評價、顯示、記錄實驗過程。本實用新型是一種具有智能化功能的新一代實驗儀器，集示波器、電壓電流表、信號發(fā)生器等多種電子測量儀器于一體，功能強，效率高，而且能夠激發(fā)學員實驗的主動性。
文檔編號G09B25/00GK2814564SQ200520101198
公開日2006年9月6日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權日2005年3月25日
發(fā)明者孫榮高, 柳東林 申請人:孫榮高, 柳東林