专利名称：多功能电子技术实验教学装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电子学实验教学设备。
目前各类学校大都自制简单的单元实验板，再配以若干常用仪器完成各个实验。这样，一方面实验数据难以准确，同时增加了实验室的复杂性和造价；另一方面实验准备工作量大，实验指导困难。影响了人才实验素质的培养。国内用于电子技术实验的仪器一般多为单功能通用设备，如示波器、频率计、毫伏表、音频信号发生器等。近几年国内也出现了一种专用于模拟、数字电路实验用的专用设备，但多为单体机，即模拟机和数字机(可借助某些设备单独完成模拟或数字电路实验的仪器)，且功能比较简单。一般只具备直流稳压电源、信号源、脉冲源等简单功能，在实验中还要配备一定数量的通用仪器。
国外的教学设备虽好，但多数只具备一两种功能(功能比较专一)，且价格昂贵，绝非我国各类学校所能承受，因而不完全符合我国国情需要。
本发明目的是提供一种结构简单、成本低、性能价格比优异的组合型多功能电子技术实验教学设备。只需配备一台示波器，即可完成以前需六七台设备才能完成的模拟和数字电路等实验课程，从而使以往的单机改变为功能齐全的综合机。
以下结合
本发明的内容图1是本发明的方框图图2是交流毫伏表方框图图3是频率计数器方框图图4是交流毫伏表电原理图图5是函数发生器电原理图
一般在大中专院校的电子学实验室内完成模拟和数字电路实验需用多种通用设备，如示波器，直流稳压电源，函数发生器，交流毫伏表，数字频率计数器，模拟电路实验板，数字电路实验板等。而目前国内外部分厂家生产的学习机的功能一般比较专一，如模拟机或数字机且功能比较简单，只有直流稳压电源，脉冲源，逻辑电平开关及显示电路等。而本发明的多功能电子技术实验教学装置，除具有直流稳压电源1，脉冲源2，逻辑电平开关及显示电路3，BCD-七段译码显示电路4，实验电路板接口插座5以外，还增设了函数发生器8，交流毫伏表6，数字频率计数器7，及数字及模拟实验电路9(见图1)，使其功能大大增加，现在只需配备一台示波器即可完成几十个模拟和数字电路基本实验，还可进行各种电路设计。其中直流稳压电源为本装置内外提供各种直流电源；脉冲源为数字实验电路提供各种脉冲信号；函数发生器为模拟实验电路提供三种波形的信号；交流毫伏表用来显示装置内外的正弦交流信号的电压值和直流电压值；数字频率计数器可显示装置内外各种信号的频率；逻辑电平开关及显示电路，为数字电路实验提供了十组数据电平开关和显示；BCD-七段译码显示电路，为数字电路实验提供了两组BCD码的译码显示；实验电路板接口插座为模拟电路实验板提供了接口；数字及模拟实验电路不仅提供了22个实验，满足了实验教学全部要求，此外，还可以自行扩展更多的实验及各种电路设计。直流稳压电源为实验提供了三种直流稳压电压。其中+5V电源是由固定型三端稳压电路提供；±可变电源由可调型三端稳压电路提供。脉冲源为实验提供了连续脉冲源和单脉冲源。连续脉冲源是由方波发生器构成，而单脉冲源可以用基本R-S触发器构成，也可以由可重复触发的单稳电路构成。逻辑电平开关。从四路到十路均可，由缓冲驱动器和LED显示器构成。BCD-七段译码显示电路，可由BCD-七段译码驱动显示电路构成。实验电路板接口插座，可由各种型号的印刷电路板插座构成。数字和模拟实验电路，可从教学大纲规定的基本实验和选做实验中选择。
交流毫伏表是用来指示本装置内外的交流信号电压的有效值。一般院校实验室中的通用交流毫伏表，多为老式电子管型，而较高档次的新型交流毫伏表，价格较贵，一般在两千元左右，且电路比较复杂。若用简单的电路结构来实现其功能却又有一定的难度，因很难保证测量的稳定性和精度(其测量的最小分辨率≤1mV)。而发明中的交流毫伏表电路只需60元(人民币)的成本，即可满足实验中的全部测量功能及精度，其精度与通用交流毫伏表相同，在频率的高端要优于通用交流毫伏表。该电路是由非线性补偿整流电路12、多级高精密放大电路15、输入电路13、交直流测量选择电路11、内外测选择电路14和电压指示10组成，如图2所示。电压指示10，采用2.5级直流电流表，表盘的刻度采用双量限标度线，其中直流弧线采用线性标度，交流弧线采用实测统计标度线方法，最大限度地降低系统误差。非线性补偿整流电路12，主要是对放大系统的非线性进行补偿，且对其进行整流和驱动。它是由补偿二极管、限幅稳压管、整流二极管主要器件构成，从而保证了交流毫伏表的测量精度和稳定性。多级高精密放大电路15，主要是为确保信号放大精度。因为毫伏表的分辨率要求为1mV，在全部测量范围内跨越四个数量级，为确保放大精度，可采用多级放大电路，也可以用宽频带、高精度运放电路。电阻应选用精密电阻，在毫伏放大级中应加频率补偿电容，一般为几百PF。输入电路13，要求其输入阻抗高，一般≥1MΩ，本电路采用的是跟随器电路。交直流测量选择电路11，可用切换开关实现。内外测选择电路14，用来控制毫伏表的测量对象，一般可用切换开关。
数字频率计数器7。它的基本用途是测量各种信号的频率或周期。频率计数器的种类很多，价格不一，一般在一千元到几千元不等。本发明中的频率计数器既能满足实验的需要，确保测量精度，又能做到操作和维修方便，造价低廉(电路成本只有100元)。它既可测频，也可计数，工作方式为六位LED记忆显示，小数点自动定位，前位零消隐，小数点后有效零保留及溢出自动和人工复位。该电路的构成如图3所示。它由输入电路16、时基电路17、主控门18、闸门时间控制电路19、寄存器控制电路20、复位电路(清零电路)21及计数译码寄存显示电路22(溢出计数器、六位计数器、寄存器、译码器、驱动器、显示器)组成。输入电路具有放大整形作用，它可以分步完成，也可一步完成。时基电路为本机的时间基准，采用了高频石英振荡器，主控门是对采样信号的控制机构，可用门电路担任。闸门时间的控制，是用来选择不同的采样时间，本电路设置了1S和10S两档。在一般频率计的处理上，多采用采样时间和间隔时间相同的方法，则10S采样的周期就为20S，为提高效率，将间隔时间均设置为1S，即1S周期为2S，10S周期为11S。该部分电路是由分频器构成的。寄存器控制电路和复位电路，是在闸门时间控制电路的控制下，完成寄存器的读入和锁存，以及计数器的复位。它由可重触发单稳电路构成。溢出计数器由D触发器构成，六位计数器由双二—十进制计数器构成。寄存器的处理比较特殊，在一般的频率计各位寄存器是相同的，但由于本频率计前位零消隐，小数点后有效零保留，为了简化电路，记忆显示和前位零消隐功能采用TTL电路与CMOS电路混用，将1S闸门时间的小数点设在第三位，即只要求前两位有零消隐功能，采用74LS47具有零消隐功能的译码驱动电路，但无寄存器功能，因此，专设两个四位寄存器CD4042与之相配。而后四位无零消隐，因而采用CMOS电路4511具有寄存功能的译码驱动电路。这样，即兼顾了功能，又简化了电路。自动定位小数点是通过直键开关间接切换方法实现自动定位的，即采用闸门选择开关间接定位小数点。
函数发生器可为实验提供正弦波、三角波、方波三种波形，本电路采用了单片集成电路信号源8038。为了改善输出特性，使其在各种衰减情况下，输出阻抗都能保持均匀一致，而且阻抗值很低，输出部分采用了运算放大器同相输入接法，即采用跟随器方式，见图5。
本实用新型发明的电子技术教学设备结构简单，体积小，功能全，性能可靠，具有优异的性能价格比，而且使用、维修方便，一机多能，只需配上一台示波器即代替以前的六、七台设备方能完成的模拟和数字电路实验课程的全部实验，从而大大减少了实验的外围设备。除此之外，还可以自行扩展更多的实验及各种电路设计，便于进一步开发新的实验和课题，有利于促进实验人员实践能力的培养，从而大大减少了实验的外围设备，节省了大量设备投资，使以往需上万元的设备投资减少到一两千元，同时又减轻了实验管理人员的劳动强度，从而使更新设备中“少投资、上水平”的设想成为现实。是大专院校、科研单位及厂矿企业电子技术类实验教学理想的更新换代实验仪器。
实施例1直流稳压电源1中，一组+5V固定电源，采用了大功率三端稳压器CM323，输出为3A；两组可调式直流稳压电源，采用可调三端稳压器CM317、CM337，输出电压从±1.2V～±15V，输出电流为500mA。
脉冲源2，分连续脉冲源和单脉冲两部分。连续脉冲源可提供100Hz～1MHz的连续方波，其输出幅值为TTL电平，该电路是由可调式环形振荡电路构成。单脉冲发生器采用了74LS00构成的基本R—S触发器，输出幅值为TTL电平。
逻辑电平开关及显示电路3，是由10组双刀双开关构成高、低电平转换，输出为TTL电平。而逻辑电平显示电路，采用了CD4069，直接驱动LED显示。由于输入阻抗很高，在输入端设置一个下拉电阻几十KΩ。
BCD译码显示器4，是由两位译码驱动电路74LS47和LED数码管构成。
实验电路板接口插座5，由15线印刷电路板插座构成。
本发明中交流毫伏表的测量范围为1mV～7V。量程为7～70～700～7000mV，测量误差不大于±2.5％。被测电压频率范围为10Hz～100KHz。频响特性不均匀性10Hz～50Hz≤±2.5％；50Hz～50KHz≤±1.5％；50KHz～100KHz≤±3.5％。输入电阻大于1MΩ。
组成交流毫伏表6的电压指示10，是由69C17—V—MV型150μA直流电流表构成，其表盘的标度采用双量限标度法，其中直流弧线采用线性标度方法，交流弧线采用实测统计标度法，其标度与电流关系为
非线性补偿整流电路12由图4中补偿二极管V13-4、电阻R13-14以及整流二极管V13-1、V13-2组成，稳压管V13-3起限幅、保护表头作用。
多级高精密放大电路15是由图4中IC13-B、IC14-A、IC14-B(LM353)以及R13-3～R13-11组成，每级的放大倍数均为十倍。电阻可选用精密电阻。
输入电路13由图4中IC13-A构成，由于其为跟随器接法，故输入阻抗很高。
交直流测量选择电路11，是用来进行交流测量和直流测量两种工作方式的切换，由图4中S5构成。
内外测选择电路14，是用来选择测量装置内部的信号电压及测量外电路电压的两种工作方式而设置的，它是由图4中S6-1构成。
函数发生器8是由图5中单片信号源IC11(8038)及运算放大器IC12(LM353)构成，其中在幅值衰减器的输出级，即Rp12-2的滑动端又接入一个跟随器，作为输出级用来改善信号源的输出阻抗。
组成频率计数器7的输入电路16，是由阻容网络和CMOS施密特门电路4093构成，它对输入信号起到放大、限幅、整形的作用。时基电路17是由4.194304MHz晶振器及2的22分频器构成。其输出标准的秒时标给闸门时间控制电路19，而电路19是由双二进制计数器4520构成，在1S方式中，1/2(4520)接成一级二分频器，输出脉宽为1S的脉冲，来控制主控门18，而在10S方式下，另一个1/2(4520)接成二-十一进制计数器，输出脉宽为10S的脉冲来控制主控门19的采样时间，同时向寄存器控制电路20输出一个时钟脉冲。主控门18是由4093构成，它一方面在电路19的控制下，控制输入信号的通断，另一方面，起到对信号进一步的整形作用，主控门18将在采样时间内采到的信号，传给电路22中的计数器。使该计数器对单位时间内采到的信号进行计数。电路22中的计数器是由三个双二-十进制计数器4518构成。计数器将单位时间内所采集的数据，输出给电路22中的寄存器，而寄存器在电路20的控制下，将电路22中计数器输出的数据读入且锁存。该寄存器是由两部分构成，高两位采用专用四位锁存器4042，低四位为复合电路4511中的寄存器电路构成。电路22中的寄存器将锁存的数据，输出给电路22的译码驱动电路。而译码驱动电路又将七段码输出给电路22中的显示电路，以完成十进制数的显示任务。其中译码驱动电路的高两位采用了具有零消隐功能的74LS47，而低四位为复合电路4511中的译码驱动电路，显示电路采用了0.5英寸的LED数码管。
复位电路21在电路20的作用下，控制电路22中的计数器，它可分为手动和自动两种方式，由切换开关构成。电路22中的溢出计数器是由D触发器构成。
图6是本实用新型的整机外型示意图。
实施例2实施例2是在实施例1中省去交流毫伏表6，它可适用于具备交流毫伏表的单位使用。其它同实施例1。
实施例3实施例3是在实施例1的基础上，省去频率计数器7，它可适用于已具备交流毫伏表的单位使用。
权利要求1.多功能电子技术实验教学装置除具有直流稳压电源、脉冲源、逻辑电平开关及显示电路、BCD—七段译码显示电路、实验电路板接口插座以外，其特征在于在此基础上又增加了函数发生器8、交流毫伏表6、数字频率计数器7及数字和模拟实验电路9。
2.按照权利要求1所述的多功能电子技术实验教学装置，其特征在于交流毫伏表是由非线性补偿整流电路12、多级高精度放大电路15、输入电路13、交直流测量选择电路11、内外测选择电路14和电压指示10组成；其中电压指示10中电流表的表盘交流弧线采用实测统计标度线的方法；通过二极管来实现对放大系统的非线性进行了补偿。
3.按照权利要求1所述的多功能电子技术实验教学装置，其特征在于数字频率计数器是由输入电路16、时基电路17、主控门18、闸门时间控制电路19、寄存器控制电路20、复位电路(清零电路)21及计数译码寄存显示电路22(溢出计数器、六位计数器、寄存器、译码器、驱动器、显示器)组成；其中寄存器的记忆显示和前位零消隐功能采用TTL电路和CMOS电路混用，将1S闸门时间的小数点设在第三位，即只要求前两位有零消隐功能，采用74LS47具有零消隐功能的译码驱动电路，但无寄存功能，因此，专设两个四位寄存器74LS42与之相配，而后四位采用CMOS电路4511具有寄存功能的译码驱动电路，自动定位小数点是通过直键开关，间接切换方法实现定位的，即采用闸门选择开关间接定位小数点。
4.按照权利要求1所述的多功能电子技术教学实验装置，其特征在于函数发生器输出部分，采用运算放大器同相输入接法，即采用跟随器方式。
专利摘要本实用新型是电子技术实验教学仪器。它把频率计、交流毫伏表、函数发生器、直流稳压电源、逻辑电平开关及显示、译码及数码显示、模拟及数字实验电路优化于一机，只需配一台示波器就可完成原需六、七台设备才能完成的模拟和数字电路实验与设计，且便于开发新的实验和课程设计课题。该机结构简单，使用、维修方便，具有优异的性能价格比，可节省大量投资，减轻实验管理强度。是大专院校、科研单位及企业电子技术实验的理想仪器。
文档编号G09B23/18GK2229698SQ9520711
公开日1996年6月19日 申请日期1995年4月3日 优先权日1995年4月3日
发明者吴晓荣, 董春鹏, 张子珍 申请人:天津师范大学