一种基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法与流程

本发明涉及数模电路实验技术领域，具体地，涉及一种基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法。

背景技术：

电子线路课程是电工、电子类专业的一门理论与实践性较强的专业基础课，电子线路实验课程是其重要的教学手段和途径。现有的电路实验底座(实验箱)功能单一、无嵌入式操作系统、无组合扩展功能，诸如信号发生器、示波器、逻辑分析仪、频谱分析仪、频率计、数字集成电路测试仪、lcr测量仪、万用表等，只有一种特定的功能。而在实际数模电路实验课程中，往往同时需用到两种或两种以上不同功能的仪器，对电路板进行电路测试实验，使得目前高频电路实验需在不同的实验箱上完成。而且实验箱大而笨重，采用同一个电源给不同电路供电，这样的实验箱操作不方便，实验操作复杂，产生的实验误差比较大，成本相对会更高，另外多个电路实验同时操作，相互干扰比较大。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，本发明同时设有万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口和数字输入/输出接口，可同时完成多种电路测试实验，专为各大专院校、中等专业学校和电大等学生学习高频电路课程而开发，只需一个实验底座以及相应的电路实验面板，就可实现多门课程的教学，使用方便，运行可靠，适用于进行各种电路的实验研究，可满足电工原理、电路分析等课程实验教学的需要。

根据本发明的一个方面，提供基于数模电路实验的综合虚拟仪器，包括实验底座和实验面板，所述实验底座包括呈箱型结构的实验底座外壳和设置在实验底座外壳内的电路板，所述实验底座设置电路板的一面设有插槽，所述实验底座中设有电源模块、输入输出模块和控制模块，所述实验面板设置在实验底座的插槽中，所述实验面板和电路板相距6mm，通过与电路板上设置的排针接触而实现与实验底座的电路连接，实验底座通过其外壳上设置的usb接口与电脑端连接；

其中，

--所述电源模块用于给输入输出模块、控制模块和实验面板的运行提供电源；

--所述输入输出模块包括多个接口，所述接口设置在实验底座外壳和电路板上，其分别为万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口和数字输入/输出接口，所述接口插入表笔或连接测试仪器配合实验面板进行电路实验操作采集实验数据；

--所述实验面板为高频电路板，包括振荡器模块电路板、高频小信号放大器模块电路板、混频和中频放大器模块电路板、调幅与检波模块电路板和调频与鉴频模块电路板；

--所述控制模块采用mcu控制器，用于识别以及分析处理所述输入输出模块采集到的实验数据，并将分析的测试结果传输给电脑端；

--所述电脑端用于选择和发布实验任务，以及显示波形和测试数据。

所述实验底座具有以下特性：6000个读数自动量万用表功能；最高四通道示波器和四通道信号源；最高可达200msps的采样率，50mhz带宽；最高可达50瓦(±18v可调，1.5a)的电源输出；32通道并行数字io和spi、12c、uart、pwm。而且该仪器还设有动态链接库，可进行二次开发，定义更多的仪器功能，降低了二次开发的成本。

优选的，所述高频电路板上均设有数个电路实验模块，且所述电路实验模块均设有控制电路电源启停的开关按钮，相当于具有独立的电路区域，当需要某电路模块单元实验时，打开该电路模块单元的开关按钮供电，实验结束关闭该电路模块单元的开关按钮，安全便捷，实验时相互干扰小。

优选的，所述高频电路板上均设置有与各电路实验模块连接的+12v电源模块，通过其背部设有的电源供电触点与电路板上设置的排针接触而实现供电，所述+12v电源模块将实验底座中的电源转换为+12v电源，实现给与其连接的电路实验模块供电。

优选的，所述振荡器模块电路板中的电路实验模块包括：变容二极管调频电路模块、晶体振荡器电路模块、lc振荡电路模块、丙类高频功率放大及基极电路和集电极调幅电路模块，其还包括3-10v可调电源模块。

优选的，所述高频小信号放大器模块电路板中的电路实验模块包括：单调谐放大器电路模块、扫频检波电路模块、双调谐放大器电路模块、话音输入电路模块和音频功率放大器电路模块。

优选的，所述混频和中频放大器模块电路板中的电路实验模块包括：455hz中频放大器电路模块、乘法器混频电路模块、三级管混频电路模块和4.5mhz中频放大器电路模块，其还包括-12v电源模块。

优选的，所述调幅与检波模块电路板中的电路实验模块包括：同步检波电路模块、信号转换电路模块、乘法器调幅电路模块、agc控制电路模块和二极管检波电路模块，其还包括-12v电源模块。

优选的，所述调频与鉴频模块电路板中的电路实验模块包括：乘积型相位鉴频器电路模块、锁相调频器电路模块、电容耦合相位鉴频器电路模块和锁相鉴频器电路模块，其还包括-12v电源模块。

优选的，所述实验底座中还设有存储模块，用于存储实验数据和测试结果，实验报告存档，电脑端可实时进行调用和回放。

为实现上述目的，本发明还提供了一种基于数模电路实验的综合虚拟仪器的运行方法，包括以下步骤：

步骤一，在实验底座上安装实验面板，接通电源，电源模块供电，在电脑端选择实验类型，并选择所述万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口或数字输入/输出接口插入表笔或连接测试设备；

步骤二，表笔或测试设备在实验面板上进行电路实验操作采集实验数据，所述输入输出模块将采集到的实验数据传输给控制模块，所述控制模块进行识别分析，将分析的测试结果通过usb接口传输给电脑端；

步骤三，所述电脑端显示测试结果信息。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，只需一个实验底座以及相应的电路实验面板，就可实现多门课程的教学，专为各大专院校、中等专业学校和电大等学生学习高频电路课程而开发，使用方便，运行可靠，适用于进行各种电路的实验研究，可满足电工原理、电路分析等课程实验教学的需要；

(2)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，实验面板和实验底座上的电路板相距6mm，不仅接触可靠，而且能轻松放置各类元件和接插件；

(3)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，实验底座上同时设有万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口和数字输入/输出接口，可同时完成多种电路测试实验；

(4)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，每块实验面板上均设有与各电路实验模块连接的电源模块，可将实验底座接入的220v电源转换为供电路实验模块使用的电源，不用再额外接入电源转换器，实验操作简单便捷，避免了因电源转换而产生的实验误差；

(5)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，每个电路实验模块均设有控制电路电源启停的开关按钮，避免了多个电路实验同时操作，相互干扰小，且提高了安全性；

(6)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，仪器结构简单、设计巧妙、效果显著；

(7)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，实验面板安装更换简单便捷，实用性强，易于工程应用；

(8)本发明所涉及的基于数模电路实验的综合虚拟仪器及其运行方法，操作步骤简单，使用寿命长，成本低，运行安全，测试结果精准可靠，性价比高，适合大范围推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为基于数模电路实验的综合虚拟仪器的组件连接示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例涉及基于数模电路实验的综合虚拟仪器，其组件连接见附图1所示：包括实验底座和实验面板，所述实验底座包括呈箱型结构的实验底座外壳和设置在实验底座外壳内的电路板，所述实验底座设置电路板的一面设有插槽，所述实验底座中设有电源模块、输入输出模块和控制模块，所述实验面板设置在实验底座的插槽中，所述实验面板和电路板相距6mm，通过与电路板上设置的排针接触而实现与实验底座的电路连接，实验底座通过其外壳上设置的usb接口与电脑端连接；

其中，

--所述电源模块用于给输入输出模块、控制模块和实验面板的运行提供电源；

--所述输入输出模块包括多个接口，所述接口设置在实验底座外壳和电路板上，其分别为万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口和数字输入/输出接口，所述接口插入表笔或连接测试仪器配合实验面板进行电路实验操作采集实验数据；

--所述实验面板为高频电路板，包括振荡器模块电路板、高频小信号放大器模块电路板、混频和中频放大器模块电路板、调幅与检波模块电路板和调频与鉴频模块电路板；

--所述控制模块采用mcu控制器，用于识别以及分析处理所述输入输出模块采集到的实验数据，并将分析的测试结果传输给电脑端；

--所述电脑端用于选择和发布实验任务，以及显示波形和测试数据。

所述实验底座具有以下特性：6000个读数自动量万用表功能；最高四通道示波器和四通道信号源；最高可达200msps的采样率，50mhz带宽；最高可达50瓦(±18v可调，1.5a)的电源输出；32通道并行数字io和spi、12c、uart、pwm。而且该仪器还设有动态链接库，可进行二次开发，定义更多的仪器功能，降低了二次开发的成本。

进一步的，所述高频电路板上均设有数个电路实验模块，且所述电路实验模块均设有控制电路电源启停的开关按钮，相当于具有独立的电路区域，当需要某电路模块单元实验时，打开该电路模块单元的开关按钮供电，实验结束关闭该电路模块单元的开关按钮，安全便捷，实验时相互干扰小。

进一步的，所述高频电路板上均设置有与各电路实验模块连接的+12v电源模块，通过其背部设有的电源供电触点与电路板上设置的排针接触而实现供电，所述+12v电源模块将实验底座中的电源转换为+12v电源，实现给与其连接的电路实验模块供电。

进一步的，所述振荡器模块电路板中的电路实验模块包括：变容二极管调频电路模块、晶体振荡器电路模块、lc振荡电路模块、丙类高频功率放大及基极电路和集电极调幅电路模块，其还包括3-10v可调电源模块。

进一步的，所述高频小信号放大器模块电路板中的电路实验模块包括：单调谐放大器电路模块、扫频检波电路模块、双调谐放大器电路模块、话音输入电路模块和音频功率放大器电路模块。

进一步的，所述混频和中频放大器模块电路板中的电路实验模块包括：455hz中频放大器电路模块、乘法器混频电路模块、三级管混频电路模块和4.5mhz中频放大器电路模块，其还包括-12v电源模块。

进一步的，所述调幅与检波模块电路板中的电路实验模块包括：同步检波电路模块、信号转换电路模块、乘法器调幅电路模块、agc控制电路模块和二极管检波电路模块，其还包括-12v电源模块。

进一步的，所述调频与鉴频模块电路板中的电路实验模块包括：乘积型相位鉴频器电路模块、锁相调频器电路模块、电容耦合相位鉴频器电路模块和锁相鉴频器电路模块，其还包括-12v电源模块。

进一步的，所述实验底座中还设有存储模块，用于存储实验数据和测试结果，实验报告存档，电脑端可实时进行调用和回放。

本实施例还提供了一种基于数模电路实验的综合虚拟仪器的运行方法，包括以下步骤：

步骤一，在实验底座上安装实验面板，接通电源，电源模块供电，在电脑端选择实验类型，并选择所述万用表接口、信号源接口、示波器接口、可调电源接口、可编程数字io接口或数字输入/输出接口插入表笔或连接测试设备；

步骤二，表笔或测试设备在实验面板上进行电路实验操作采集实验数据，所述输入输出模块将采集到的实验数据传输给控制模块，所述控制模块进行识别分析，将分析的测试结果通过usb接口传输给电脑端；

步骤三，所述电脑端显示测试结果信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。