一个电子电路维修实训及考核系统的制作方法

本实用新型涉及电子技术实训设备领域，尤其涉及一个电子电路维修实训及考核系统。

背景技术：

在21世纪，随着电子信息技术的迅猛发展，以计算机网络、通讯技术和多媒体技术为核心的信息技术已经渗透到社会各个角落，正改变着人们的工作和生活方式，人类进入了信息化的时代。面对信息化浪潮所提供的机遇，我国政府明确提出要信息化、工业化并重，以信息化推进工业化，实现跨越式发展，电子信息产业成为当代发展最快、发展空间巨大、应用领域广泛的知识密集型产业。

在这个背景下，社会各行各业需要大量拥护党的基本路线，适应生产、建设、管理、服务第一线需要，德、智、体、美等方面全面发展，掌握电子信息系统的专业知识和实践技能，具有较强的综合应用能力，具有良好职业道德，能从事各类电子设备、计算机网络及电子信息系统的设计和应用开发的高素质技术技能型人才。

高等、中等职业院校电子类专业的职业核心能力主要4项：

(1)电子线路仿真及制图能力

(2)信息处理及计算机网络

(3)典型电子线路初步设计能力

(4)电子设备维修能力

其中电子设备维修能力更是高等、中等职业院校电子类专业学生的重中之重，能够使学生对理论理解得更透彻、培养动手能力，提升就业竞争力。

目前，各高等、中等职业院校均在《模拟电子技术》、《数字电子技术》、《电子设备维修技术》等课程中加入了电路维修实训的环节，有效地提高了学生的动手能力，取得了一定的效果。

但是，在电子电路维修实训的教学实践中，遇到的最大问题是缺乏专门的电子电路维修实训设备，一般都是用液晶彩色电视机作为维修实训平台，成本高，难以进行基本单元电路维修的练习，教师出故障点难度大，课前准备的以及课后维修的工作量很大，难以组织教学，难以对学生操作的水平做出正确的评价，在期末、期中的技能考核中难以做到准确的赋分。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一个电子电路维修实训及考核系统，解决现有电子电路维修实训中考核难度大，考核精准不高的技术问题。学生通过该系统的实训，掌握典型电子单元电路故障分析方法、故障诊断的基本方法，熟悉电子测量仪器的使用，掌握基本维修技能，理解电子电路基本理论，为学生以后从事电子设备维修工作打好基础。

该系统也为教师提供一种实用的电子电路维修教学平台，使教师在实验前的准备，实验中的教学组织，以及实验后的设备维护等，都变得方便快捷，也能有效、准确地评价学生的技能水平，准确快捷地给学生赋分，提供教学质量。

一个电子电路维修实训及考核系统，包括若干个实验桌和控制桌，实验桌上放置有电路维修实训装置、信号发生器、示波器、维修实验板控制器和数字万用表，所述维修实验板控制器与电路维修实训装置连接，所述控制桌上放置有总控计算机和交换机，所述总控计算机经交换机通过设置的stp超六类双绞线与维修实验板控制器连接。

进一步地，所述电路维修实训装置设置有10个现有典型单元电路，分别是多级放大电路、反馈放大电路、选频放大电路、集成功率放大器、集成运算放大器、串联型直流稳压电源、开关稳压电源、集成逻辑门电路、555定时器和数码管显示电路。

进一步地，所述维修实验板控制器通过设置的驱动电路和继电器与电路维修实训装置的故障点连接，控制故障点的通断。

进一步地，所述维修实验板控制器的主控芯片使用stm32，具体型号为stm32f103c8t6，主控芯片通过驱动电路控制电路维修实训装置上维修实验板故障点的通断。

进一步地，所述维修实验板控制器上设置键盘及液晶显示器，所述键盘和液晶显示器均与主控芯片连接，所述液晶显示器采用lcd液晶显示器。

进一步地，所述总控计算机通过交换机、rt45接口与维修实验板控制器相连，所述交换机采用以太网控制芯片cs8900a。

电子电路维修实训及考核系统布置在一间实验室中，设置教师控制计算机一台，维修实验台一般为40台，也可根据实际情况增减。

教师控制计算机通过交换机、rt45接口与维修实验板控制器相连，维修实验板控制器通过驱动电路、微型继电器控制维修实验装置相应故障点的通断。

维修实验装置上布置有10个典型单元电路，分别是多级放大电路、反馈放大电路、选频放大电路、集成功率放大器、集成运算放大器、串联型直流稳压电源、开关稳压电源、集成逻辑门电路、555定时器、数码管显示电路。

维修实验板控制器主控芯片使用stm32，具体型号为stm32f103c8t6。主控芯片通过驱动电路控制维修实验板故障点的通断。

维修实验板控制器上设置小键盘及液晶显示器，能输入预先规定的故障代码，如代码正确，则故障点的微型继电器复位，故障排除，并把相关信息传输回控制计算机。

维修实验板控制器主控芯片通过以太网控制芯片cs8900a、rj-45接口实现与计算机的通讯。

总控制计算机上通过图形界面控制维修实验板故障点的通断，并具有复位、信息采集、信息处理等功能，比如成绩的评定与记录等。

本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

本实用新型为教师提供一种实用的电子电路维修教学平台，使教师在实验前的准备，实验中的教学组织，以及实验后的设备维护等，都变得方便快捷，也能有效、准确地评价学生的技能水平，准确快捷地给学生赋分，提高教学质量。

附图说明

图1是本实用新型的电子电路维修实训及考核系统布置图。

图2是本实用新型的维修实训装置电路布置图。

图3是本实用新型的维修实验板控制器原理图。

图4是本实用新型的继电器驱动电路原理图。

图5是本实用新型的以太网控制芯片电路原理图。

图6是本实用新型的维修实验板控制器与以太网连接框图。

图7是本实用新型的维修实验板控制器与以太网连接原理图。

图8是本实用新型的选频放大电路可控断点与测试点原理图。

图中编号：1-电路维修实训装置；2-信号发生器；3-示波器；4-实验桌；5-总控计算机；6-交换机；7-stp超六类双绞线；8-维修实验板控制器；9-数字万用表。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1所示，根据本实用新型的一个电子电路维修实训及考核系统具体布局结构图，电子电路维修实训及考核系统布置在一间实验室中，设置教师控制计算机一台，维修实验台一般为40台，也可根据实际情况增减。该系统中各个电路或者器件之间的连接和运行所涉及的计算机程序均是现有的公知的程序。

在每张实验桌4上，摆放有一个电路维修实训装置，一个信号发生器，一个数字万用表，一个示波器。

电子设备故障诊断方法有很多，主要有观察法、测量电压法、测量电阻法、测量电流法、替代法、波形观察法、短路法、改变现状法、分割测试法、同类对比法、测试元器件法、信号注入法、字典法与信号流程图法等。

在本电子电路维修实训及考核系统中，基于教学方便的考虑，应用下面的故障诊断方法：

测量电压法。其原理是：电路正常工作时，电路中各点的工作电压都有一个相对稳定的正常值或动态变化的范围。如果电路中出现开路故障、短路故障或元器件性能参数发生改变时，该电路中的工作电压也会跟着发生改变。所以电压测量法就能通过检测电路中某些关键点的工作电压有或者没有、偏大或偏小、动态变化是否正常，然后根据不同的故障现象，结合电路的工作原理进行分析找出故障的原因。

电压测量是电测量与非电测量的基础，许多电量的测量可以转化为电压测量。表征电信号能量的三个基本参数是电压、电流、功率，其中电流、功率都可以通过电压的测量换算得到。

电路工作状态，如饱和与截止、线性度、失真度，都可以通过电压来表征。

电压的测量具有频率范围广、幅度范围宽、电压波形多样化的特点，在本电路维修实训装置中，通过数字电压表、示波器测量维修实验板关键点的交直流电压，从而判断故障点的位置。

具体而言，测量下面实验板关键点的交直流电压：

a、电源电压的检测。电源是电路正常工作的必要条件，所以当电路出现故障时，应首先检测电源部分；对开关电源，还应着重检查保护电路是否正常。

b、三极管工作电压的检测。通过检测三极管各极的电位.根据三极管在电路中的工作状态进行分析就能找出故障原因。

c、集成电路工作电压的检测。通过检测集成电路各引脚的电压，然后把检测结果与正常值进行对比，能初步判断集成电路本身或外围元件是否存在故障。应着重检测电源、时钟、信号的输入输出等引脚的电压。

d、电路中某些动态电压的检测。在一些单元电路中，其各引脚的电压会根据不同情况发生动态变化，通过检测这些电压的动态变化，就能找出故障点。

测量电阻法。利用数字万用表对关键测量点进行电阻测量，或者对集成电路的引脚进行在线电阻测量，与正常的电阻值对比，从而判断出某故障点的通断情况。

波形观察法。利用示波器观察电路维修实训装置关键测试点的电压波形，波形有纯正弦波、失真的正弦波、方波、三角波、梯形波、随机噪声等，可根据电压的波形的形状、幅度、周期等判断电路的故障点。

信号注入法。利用信号发生器把信号逐步注入电路的关键点中，然后利用万用表、示波器测出数据或波形，从而判断出电路的故障点。该方法适用于不产生信号的电路，如维修实训装置上的多级放大电路、反馈放大电路、选频放大电路。

如图1，教师在总控计算机5上设置好每台电路维修实训装置1的故障点，每台电路维修实训装置1的故障点可以相同，也可以不相同。总控计算机5通过交换机6、rt-45接口、维修实验板控制器8进行信号的传递，控制对应故障点上继电器(微型继电器)的通断。该系统的各个接口间的连接以及处理器使用到的部分程序代码均是现有公知的程序。

如图2，电路维修实训装置1上布置有10个典型的单元电路，分别是多级放大电路、反馈放大电路、选频放大电路、集成功率放大器、集成运算放大器、串联型直流稳压电源、开关稳压电源、集成逻辑门电路、555定时器、数码管显示电路，涉及模拟电路、数字电路以及简单的应用电子电路。

如图8，以选频放大电路为例，电路上设置了8个可控断点，通过微型继电器控制其通断，这些可控断点分布在电路的信号输入端、信号输出端、信号反馈端、选频网络、三极管偏置电路。电路上设置了6个测试点，这些测试点分布在电路的信号输入端、信号输出端、信号反馈端、选频网络、三极管偏置电路。

如图8，以选频放大电路为例。vt1、vt2组成多级放大电路，r1、r2、r3、r6组成偏置电路，c1为输入耦合电容，r4、rp、c2～c5组成双t型选频网络，在二级放大器中作为一个反馈电路，对不同频率的信号具有不同的负反馈量，使放大器对不同信号频率的增益也不同，实现了放大器的选频功能，这种电路广泛应用在音调控制电路中。

如图8，rc选频放大器的常见故障的现象有无信号输出和信号失真，学生检测方法如下：

(1)无信号输出

首先检测vt1、vt2的静态工作点是否正常。工作点电压正常后，操作维修实验板控制器断开rc选频电路，再观察输出端是否有信号输出，如果有信号输出，说明故障在rc选频电路中，重点查rc选频网络的电阻是否开路、变值。如工作点电压不正常应检查vt1、vt2的偏置电路。

(2)输出信号失真

出现输出信号的原因有两种：一是基本放大电路工作状态发生了变化，工作点进入非线性区；二是放大电路中选频有故障，使其他谐波信号也被放大，造成榆出信号失真。

故障查找时，应着重检查rc选频网络关键点的工作电压，必要时学生也可扫频仪进行rc选频网络的特性测试，通过特性测试来排除故障的方法更为有效。

学生判断出电路断点的位置后，在维修实验板控制器8输入断点的编码，如输入的编码正确，微型继电器复位，电路故障排除，并把信息传输到总控计算机5给该学生赋分100分。如输入的编码错误，维修实验板控制器8示屏幕上给出错误提示。每个学生的一个故障排除实训项目有3次输入故障编码的机会，每输错一次扣20分，输错3次则本项实训项目不及格。

本电子电路维修实训及考核系统既可以用于学生平时的实训，也能用于期末的技能考核，也可以用于各地职业技能鉴定中心开展的家用电子产品维修工项目中级工、高级工维修技能的考核。

如图3，维修实验板控制器8采用stm32f103c8t6作为主控芯片。

stm32系列单片机基于armcortex-m内核，具有如下特性：

内核：arm32位cortex-m3cpu，最高工作频率72mhz，1.25dmips/mhz。

(存储器：rom为20k-1mb，ram有8k-256k。

调试模式：串行调试(swd)和jtag接口。高达112个的快速i/o端口、11个定时器、13个通信接口。

地址空间：4gb。

外设：拥有ad，da，timer，wwdg，iwdg，crc，dma，iic，spi，usart等众多外设。

开发工具与操作系统：stm32的开发工具使用uv4，甚至更高；操作系统采用uclinux，uc/os。

如图4，stm32f103c8t6接收总控计算机5的指令，通过驱动电路控制微型继电器的通断。stm32f103c8t6与驱动三极管之间通过光耦tlp521隔离，微型继电器选用群英继电器qy4078。

如图6、图7，控制器主控芯片通过以太网控制芯片cs8900a、rj-45接口实现与计算机的通讯。通信网线采用stp超六类双绞线，其传输频率500mhz，最大传输速度达到10gbps，改善了在串扰以及回波损耗方面的性能。

如图5，以太网控制芯片采用cs8900a。

cs8900芯片是cirruslogic公司生产的一种以太网控制芯片，常用于嵌入式领域，它的封装是100-pintqfp，内部集成了在片ram、10base-t收发滤波器，提供8位和16位两种接口，一般选择1：1.414yl18-1064s或1:2.5yl18-1080s变压比例的网卡隔离变压器。

如图5，以太网控制芯片cs8900a具有如下特点：

(1)符合ieee802.3以太网标准，并带有isa接口。

(2)片内4k字节ram。

(3)适用于i/o操作模式、存储器操作模式和dma操作模式。

(4)模拟前端包括有曼彻斯特编译码器、时钟恢复电路、10base2t收发器和滤波器。

(5)支持10base2、10base5和10basef的aui接口。

(6)带有mac(mediumaccesscontrol，媒体访问控制)引擎，能自动生成报头、自动进行crc检验、冲突后自动重发等。

(7)全双工操作，支持外部e2prom。

(8)使用灵活，其物理层接口、数据传输模式和工作模式等都能根据实际系统需要来动态调整，并且通过内部寄存器的设置来适应不同的应用环境。

如图7，cs8900a支持i/o访问模式，本系统中选用i/o模式。mcu通过sbhe/iow/iow等信号线来实现对cs8900a进行控制和读写操作，mcu采用中断方式来进行数据的接收，由于cs8900a和单片机的中断电平是相反的，因此中断信号线间需接一个非门。

由于cs8900a与mcu之间的数据传输采用i/o模式，需要将读写引脚和置高，以关闭memory方式。在此模式下，用4根地址线实现对寄存器的访问，引脚sa0～sa3对应接到mcu的地址线a11～a14。cs8900a接收网络数据和发送mcu的数据经过隔离变压器(带扼流圈)，其作用是将外部线路与cs8900a隔开，特别是对传输信号中的支流信号进行隔离，防止干扰和烧坏元器件，以及对输出信号进行平衡，并实现带电的热插拔功能。

总控制计算机5上通过图形界面(为现有的公知软件界面，可以直接下载使用即可)控制维修实验板故障点的通断，并具有复位、信息采集、信息处理等功能，比如成绩的评定与记录等。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。