專利名稱：數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種實(shí)驗(yàn)裝置，尤其涉及一種模擬、數(shù)字信號(hào)綜合處理及應(yīng)用的學(xué)生用實(shí)驗(yàn)板。
背景技術(shù)：
經(jīng)過(guò)調(diào)查，目前市場(chǎng)上各式各樣的學(xué)生用實(shí)驗(yàn)板、開發(fā)板，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，各種實(shí)驗(yàn)板均是將單一的核心控制器件焊接在實(shí)驗(yàn)板中，且所需費(fèi)用較高；比如Altera公司的DEO實(shí)驗(yàn)板，該板以FPGA芯片CycloneIII EP3C16F484為核心，并集成了 VGA接口等較為強(qiáng)大的功能。但是對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，往往只會(huì)用到實(shí)驗(yàn)板中的一小部分模塊，而無(wú)法從一塊實(shí)驗(yàn)板中對(duì)單片機(jī)、可編程邏輯器件等進(jìn)行廣泛學(xué)習(xí)、應(yīng)用，不利于初學(xué)者對(duì)于電子電器類實(shí)驗(yàn)的綜合學(xué)習(xí)與提高；其次，當(dāng)前的開發(fā)板、實(shí)驗(yàn)板普遍沒(méi)有很好地將模擬部分與數(shù)字部分相結(jié)合，更少有在開發(fā)板中加入一套信號(hào)綜合處理系統(tǒng)，這對(duì)于學(xué)習(xí)者綜合掌握模擬、 數(shù)字信號(hào)的綜合處理與應(yīng)用是不利的。并且，對(duì)于模擬電路實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)板模塊由于采用插拔式接線易造成接觸不好，增加了實(shí)驗(yàn)人員對(duì)連接線的檢查時(shí)間和工作量；最后，當(dāng)初學(xué)者需要觀測(cè)各種信號(hào)波形時(shí)，往往需要一臺(tái)示波器，這使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投資較大，且限制了實(shí)驗(yàn)板的使用場(chǎng)合，不利于用戶攜帶。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有開發(fā)板、實(shí)驗(yàn)板只能針對(duì)一種特定的控制芯片進(jìn)行編程控制，且現(xiàn)有開發(fā)板的硬件電路設(shè)計(jì)沒(méi)有專門面向本科階段的工科學(xué)生；以及針對(duì)模擬電路的實(shí)驗(yàn)板沒(méi)有檢測(cè)連接線接觸是否良好的檢測(cè)電路，而且對(duì)于信號(hào)分析類、數(shù)字邏輯分析類實(shí)驗(yàn)需要外接示波器使得實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入、實(shí)驗(yàn)設(shè)備增加和不利于攜帶、不適宜在非專門實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所方便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種實(shí)驗(yàn)板，其電路布局通過(guò)配合擴(kuò)展板支持各種類型的控制芯片進(jìn)行控制，各模塊的設(shè)計(jì)專門針對(duì)工科類本科生所學(xué)模擬、數(shù)字類基礎(chǔ)課程需要的實(shí)驗(yàn)要求，同時(shí)，對(duì)于模擬電路實(shí)驗(yàn)時(shí)需要進(jìn)行模塊之間的導(dǎo)線連接時(shí)提供檢測(cè)導(dǎo)線連接是否正常的檢測(cè)電路并配套有虛擬示波器方便與電腦進(jìn)行連接，對(duì)信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)，以便更好的掌握所學(xué)知識(shí)。本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，包括矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管模塊、發(fā)光二極管模塊、I2C總線模塊、 晶振模塊及LCD顯示模塊，其特征在于數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板上還設(shè)有揚(yáng)聲器模塊、聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、第一濾波器模塊、第二濾波器模塊、抽樣定理模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、控制器件接口、電源變換模塊及虛擬示波器模塊，控制器件接口包括若干芯片插槽，I2C 總線模塊、LCD顯示模塊、數(shù)碼管模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光二極管模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及晶振模塊與控制器件接口的部分芯片插槽分別電連接，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、第一濾波器模塊、第二濾波器模塊、揚(yáng)聲器模塊、抽樣定理模塊、聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、電源變換模塊及虛擬示波器模塊分別設(shè)有輸入輸出端口。[0005]本實(shí)用新型的有益效果是，具有較強(qiáng)的針對(duì)本科階段工科類實(shí)驗(yàn)可方便完成絕大部分模擬、數(shù)字類以及模數(shù)綜合類實(shí)驗(yàn)，設(shè)置模塊與模塊之間的接線，使實(shí)驗(yàn)人員可方便自由進(jìn)行各模塊之間的連接；設(shè)置連線檢測(cè)裝置方便使用者進(jìn)行線路檢查，以及提供虛擬示波器減少實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入，并且控制實(shí)驗(yàn)板的體積方便攜帶。

參照
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例的說(shuō)明，會(huì)更加容易地理解本實(shí)用新型的以上和其它目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。附圖中的部件只是為了示出本實(shí)用新型的原理。圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理圖。[0008]圖2是控制器件接口。[0009]圖3是發(fā)光二極管模塊。[0010]圖4是數(shù)碼管模塊。[0011]圖5是1 總線通訊模塊。[0012]圖6是數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。[0013]圖7是模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。[0014]圖8是溫度傳感器模塊。[0015]圖9是聲音傳感器模塊。[0016]圖10是靜態(tài)存儲(chǔ)模塊。[0017]圖11是抽樣定理模塊。[0018]圖12是抽樣定理模塊配套的低通濾波器模塊。[0019]圖13是矩陣鍵盤模塊。[0020]圖14是模擬濾波器模塊。[0021]圖15是電源變換模塊。[0022]圖16是晶振模塊。[0023]圖17是接線檢測(cè)模塊。[0024]圖18是帶有接線檢測(cè)的濾波器模塊。[0025]圖19是揚(yáng)聲器模塊。[0026]圖20為IXD顯示模塊。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施例。在本實(shí)用新型的一個(gè)附圖或一種實(shí)施方式中描述的元素和特征可以與一個(gè)或更多個(gè)其它附圖或?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說(shuō)明中省略了與本實(shí)用新型無(wú)關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。圖1是本實(shí)用新型數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板的結(jié)構(gòu)原理圖，所述實(shí)驗(yàn)板上設(shè)有LCD顯示模塊、矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管模塊、晶振模塊、揚(yáng)聲器模塊、聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、濾波器模塊、抽樣定理模塊、發(fā)光二極管模塊、I2C總線模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、控制器件接口、電源變換模塊、接線檢測(cè)模塊、虛擬示波器模塊。其中控制器件接口的部分引腳預(yù)先與1 總線模塊、LCD顯示模塊、數(shù)碼管模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光二極管模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、晶振模塊、矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊相連，在圖1中用實(shí)線表示；未與控制器件接口直接相連的模塊(圖1中即第一濾波器模塊1、第二濾波器模塊2)提供輸入和輸出接口，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊提供輸出引腳，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊提供輸入引腳，可供用戶自由連接，在圖1中用虛線給出了一種連接方式的實(shí)施例，用戶也可根據(jù)需要進(jìn)行其它方式連接。圖2所示為控制器件接口的較佳實(shí)施例，是通過(guò)一個(gè)雙豎排插槽實(shí)現(xiàn)的，用于插接各種控制器件(例如控制芯片)，以控制本實(shí)用新型數(shù)模多功能試驗(yàn)板上的各個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)?？紤]到不同種類的控制器件引腳分布有很大的差別，為了盡可能節(jié)省電路板的空間，并保證可使用多種控制器件，本實(shí)驗(yàn)板留有兩豎排共84個(gè)芯片插槽，所述芯片插槽寬度設(shè)計(jì)為與AT89C51單片機(jī)雙列直插式封裝芯片寬度相同，以使得雙列直插式封裝的控制芯片(如80C51單片機(jī)系列AT89C51、STC89C52、STC89C55RD等通常為雙列直插式 40引腳封裝)可直接插入所述芯片插槽。本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板的線路已將控制器件接口的部分芯片插槽與1 總線模塊、LCD顯示模塊、LED數(shù)碼管模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光二極管模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、晶振模塊、矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊等模塊相應(yīng)的引腳相連通。當(dāng)所述控制芯片采用AT89C51用來(lái)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，直接將該AT89C51控制芯片從控制器件接口的相應(yīng)芯片插槽插入(例如圖1中的1號(hào)插槽對(duì)應(yīng)AT89C51單片機(jī)的1號(hào)引腳)，即可直接開展實(shí)驗(yàn)；當(dāng)選用其他非雙列直插式封裝的控制芯片做實(shí)驗(yàn)時(shí)，用戶(如學(xué)生)應(yīng)自行配備轉(zhuǎn)接電路板，該轉(zhuǎn)接電路板的線路設(shè)計(jì)，應(yīng)使得所選控制芯片的各引腳經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)接電路板后， 與所述芯片插槽上有對(duì)應(yīng)功能的插槽(引腳)相連。例如，所選控制芯片的晶振輸入引腳通過(guò)轉(zhuǎn)接電路板轉(zhuǎn)接后，應(yīng)與控制器件接口中事先與本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板上的晶振模塊連通的兩個(gè)插槽(引腳)相連通；所選控制芯片的5V電源供電輸入引腳應(yīng)通過(guò)轉(zhuǎn)接電路板與控制器件接口事先與本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板上的電源變換模塊的5V電源聯(lián)通的插槽(引腳)相連通，然后便可進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，控制器件接口的設(shè)計(jì)使得其可插接大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)所用的各種控制芯片，在此基礎(chǔ)84個(gè)芯片插槽還有冗余，使得控制器件接口按照用戶需要，擴(kuò)展連接其他的控制芯片。為了敘述方便，在下文中，所用控制芯片默認(rèn)為AT89C51單片機(jī)，并將AT89C51單片機(jī)簡(jiǎn)稱為單片機(jī)；當(dāng)實(shí)驗(yàn)板上各個(gè)模塊與控制器件接口的插槽(引腳)連接時(shí)，插槽名稱即為與其進(jìn)行電連接的控制芯片引腳的名稱。圖3所示的是本產(chǎn)品中的發(fā)光二極管模塊，在本實(shí)施例中發(fā)光二極管采用全八位發(fā)光二極管，并采用共陽(yáng)極接法，+5V電源接入一個(gè)八位排阻上，每個(gè)排阻引出一根線，分別連接到一個(gè)發(fā)光二極管上，這八個(gè)發(fā)光二極管另一側(cè)分別連接到單片機(jī)的POO到P07引腳上，實(shí)驗(yàn)人員便可通過(guò)單片機(jī)控制，完成流水燈相關(guān)實(shí)驗(yàn)，如花樣流水燈、交通指示燈、移位顯示等等。發(fā)光二極管顏色被設(shè)計(jì)為紅、黃、綠三種，以模擬交通燈的顏色，方便顯示和觀察。圖4所示為數(shù)碼管模塊，在本實(shí)施例中，數(shù)碼管采用八位數(shù)碼管，該八位數(shù)碼管由兩個(gè)4位數(shù)碼管DSl和DS2組成。該模塊采取輪顯方式，用芯片74HC573作為數(shù)碼管的譯碼器，芯片74HC138實(shí)現(xiàn)輪顯變換。其中，單片機(jī)引腳PlO到P17依次連接到芯片74HC573 上的1D-8D引腳，作為信號(hào)的輸入端，芯片74HC573的輸出端1Q-8Q依次分別與數(shù)碼管DSl 和DS2的11、7、4、2、1、10、5、3引腳相連，將譯碼后的數(shù)碼顯示出來(lái)。單片機(jī)的P20到P22依次連接到芯片74HC138上的A、B、C引腳作為輪顯控制，74HC138芯片的輸出端引腳Y0-Y7 依次連接至數(shù)碼管DSl的12、9、8、6和DS2的12、9、8、6引腳上，控制其顯示。利用單片機(jī)控制發(fā)光二極管模塊和數(shù)碼管模塊可做試驗(yàn)如交通燈計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)器、秒表、智能電子鐘、數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、靜態(tài)顯示等等。圖5所示為1 總線通訊模塊，主要利用芯片ATMC02，芯片的A0、A1、A2及WP端均接地，SCK與SDA引腳依次連接到單片機(jī)P23與PM引腳作為控制。利用單片機(jī)控制該模塊可以完成1 通訊協(xié)議實(shí)驗(yàn)。圖6所示為數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊。數(shù)模轉(zhuǎn)換采用芯片DAC0800。DAC0800芯片的輸入端 B1-B8依次連接至單片機(jī)的P30-P37引腳。DAC0800芯片的REF(-)引腳經(jīng)漲歐電阻接地， REF(+)引腳經(jīng)5K歐電阻接+5V，Vcc引腳接+5V，同時(shí)該引腳經(jīng)0. 1 μ F電容接地，V-引腳經(jīng)一 0. OlyF電容接地，同時(shí)經(jīng)一 0. OlyF電容接到COMP引腳，Vee引腳接地，Iout引腳連到運(yùn)算放大器LM741的反相端，同時(shí)經(jīng)一漲歐電阻連到運(yùn)算放大器LM741的輸出端，運(yùn)算放大器LM741的同相端經(jīng)漲歐電阻接地，運(yùn)放輸出端連接到一插針上，供實(shí)驗(yàn)人員自行使用。圖7所示為模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換采用芯片ADC0809。芯片ADC0809的Vcc引腳與REF(+)引腳接+5V，而REF(-)引腳與ADDA、ADDB、ADDC引腳及GND引腳接地，INO作為輸入引腳，外連兩條支路。一條支路接漲電阻接地，另一支路經(jīng)漲電阻后接到插針，作為輸入端。在芯片其余引腳旁邊均設(shè)置有插針，用戶可根據(jù)需要將引腳與單片機(jī)連通。利用單片機(jī)控制圖5和圖6所示模塊，可方便地進(jìn)行模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換與處理。 通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，可以完成對(duì)模擬量的轉(zhuǎn)換，并利用單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行數(shù)字化的處理(要完成一項(xiàng)完整的信號(hào)采樣與輸出實(shí)驗(yàn)還需用到濾波器進(jìn)行濾波，濾波器模塊在下文中進(jìn)行說(shuō)明)。通過(guò)單片機(jī)控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，可以將抽象的數(shù)字量變成容易觀察和接受的模擬量。利用所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊能夠?qū)崿F(xiàn)的實(shí)驗(yàn)有波形發(fā)生器、電子萬(wàn)用表， 該萬(wàn)用表可測(cè)量有效值、峰值、頻率等多個(gè)電路信息。圖8所示為溫度傳感器模塊。在本實(shí)施例中，溫度傳感器模塊采用DS18B20芯片， DS18B20芯片的1號(hào)引腳接+5V電源，同時(shí)經(jīng)IOk歐電阻RES連接到DS18B20的2號(hào)引腳， DS18B20的3號(hào)引腳接地。DS18B20的2號(hào)引腳同時(shí)連接到單片機(jī)P27引腳作為輸入。圖9所示為聲音傳感器模塊。駐極體話筒負(fù)極接地，正極經(jīng)47K電位器R14和漲電阻R13接+12V電源Vcc，47K電位器R14和漲電阻R13之間另引出一條支路經(jīng)47 μ F電容C5接地。同時(shí)，駐極體話筒正極接4. 7 μ F電解電容C9正極，電解電容C9負(fù)極經(jīng)Ik電阻R16接運(yùn)放ΝΕ5532(1)反相端，電解電容C9與電阻R16間引出支路經(jīng)4.作電阻接地。運(yùn)放ΝΕ5532(1)反相端經(jīng)4.7Κ電阻R18連接到運(yùn)放ΝΕ5532(1)輸出端。運(yùn)放ΝΕ5532(1)同相端經(jīng)Ik電阻R17接地。運(yùn)放ΝΕ5532(1)輸出端經(jīng)IOk電阻R19接IRFD120的D引腳，同時(shí)從該引腳引出信號(hào)線B。IRFD120的G引腳通過(guò)并聯(lián)的IM電阻R20和1 μ F的電解電容 ClO接地，并同時(shí)引出信號(hào)線A。IRFD120的S引腳接地。信號(hào)線A經(jīng)由2.業(yè)電阻R22接入PNP三極管Ql的集電極C。三極管Ql的發(fā)射極E接+5V，同時(shí)經(jīng)IOk電阻R21接三極管 Ql的基極B，三極管Ql的基極B經(jīng)由0. IyF的電容Cll接運(yùn)放ΝΕ5532的輸出端。信號(hào)線 B接運(yùn)放NE5532Q)的同相端。運(yùn)放ΝΕ5532 O)的反相端經(jīng)470歐電阻R23接地，同時(shí)經(jīng) 47k電阻RM接運(yùn)放輸出端。運(yùn)放NE5532Q)的輸出端經(jīng)由0. 1 μ F的電容C12接證電阻R25后接入運(yùn)放LM741的反相端，運(yùn)放LM741的反相端經(jīng)電位器R27接運(yùn)放LM741的輸出端。運(yùn)放LM741的同相端經(jīng)證電阻似6接地。運(yùn)放LM741輸出端接插針J4。該模塊用于對(duì)駐極體話筒采集的聲音信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)放大，以便后續(xù)模塊對(duì)聲音信號(hào)的處理。圖10為靜態(tài)存儲(chǔ)模塊。由一片HM6^128D芯片構(gòu)成。HM6^128D芯片的Vcc引腳接+5V電壓，CS2引腳接+5V電壓。VssXSl引腳接地。HM628U8D芯片引腳ADR0-ADR16 依次與控制器件接口的41-58號(hào)引腳相連，HM6^128D芯片引腳YY0-YY7依次與控制器件接口的59-67號(hào)引腳相連(要使用HM6^128D芯片，所用的控制芯片的引腳通過(guò)轉(zhuǎn)接電路板后應(yīng)能與上述引腳相連才能實(shí)現(xiàn)對(duì)HM6^128D芯片的控制，因此，若控制芯片為AT89C51， 則須重新焊制一塊轉(zhuǎn)接電路板)。圖11所示為抽樣定理模塊。如圖，方波脈沖信號(hào)(可通過(guò)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器或控制芯片編程提供)從芯片BU4053的10號(hào)引腳輸入，待抽樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)芯片BU4053的YO腳輸入，在芯片BU4053內(nèi)部完成抽樣過(guò)程，最后通過(guò)Y引腳可將抽樣完成的信號(hào)輸出。芯片 BU4053的Yl、INH, Vss引腳接地，Vee引腳接-5V, Vcc引腳接+5V。圖12為抽樣定理模塊配套的低通濾波器模塊。低通濾波器的組成為由插針Js-8 輸入，經(jīng)2. 2K電阻RiM后，一路經(jīng)0. 1 μ F電容以6連到運(yùn)放輸出端，一路經(jīng)2. 2Κ電阻舊5 連到運(yùn)放同相端，運(yùn)放反相端一路經(jīng)IOK電阻R36后接地，一路經(jīng)IOK電阻R37連至運(yùn)放輸出端，最后輸出端連接到一個(gè)插針J6上。運(yùn)放同相端和地線間接0. IyF電容C27。通過(guò)圖 10與圖11兩個(gè)模塊的連接，可以完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行抽樣與還原的整個(gè)過(guò)程，即可驗(yàn)證抽樣定理。且該濾波器截止頻率可通過(guò)電位器R35-1調(diào)節(jié)。圖13為矩陣鍵盤模塊，即矩陣鍵盤。矩陣鍵盤的每個(gè)按鍵有左右兩個(gè)引腳，單片機(jī)Ρ30引腳連接按鍵S1、S2的右端，單片機(jī)P31引腳連接按鍵S3、S4的右端，單片機(jī)P32引腳連接按鍵S2、S4的左端，單片機(jī)P33引腳連接按鍵S1、S3的左端。以此組成矩陣鍵盤，能夠方便人機(jī)互動(dòng)，增加可控性能。能實(shí)現(xiàn)諸如鍵盤掃描、按鈕開關(guān)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在其他實(shí)施方式中，矩陣鍵盤也可由8個(gè)按鍵。圖14為模擬濾波器模塊。該圖中給出了兩個(gè)相同的濾波器模塊，即第一濾波器模塊1和第二濾波器模塊2。說(shuō)明連接方式時(shí)以第一濾波器模塊1為例。該濾波器分為兩級(jí)， 第一級(jí)的運(yùn)放LM741的反相端經(jīng)IOK電阻接地，同時(shí)經(jīng)IOK電阻連到輸出端。運(yùn)放的同相端依次經(jīng)兩個(gè)0. 01 μ F電容C29、C28接到一個(gè)插針JlO作為輸入端，電容C28與電容以9 間經(jīng)120Κ電阻R38接運(yùn)放輸出端。運(yùn)放同相端經(jīng)120Κ電阻R39接地。運(yùn)放輸出端經(jīng)27Κ 電位器R42后接到下一級(jí)。R42中間引腳與另一引腳相連后經(jīng)IOOOpF電容接到第二級(jí)運(yùn)放輸出端，同時(shí)經(jīng)74Κ電阻接到第二級(jí)運(yùn)放的同相端，反相端經(jīng)IOK電阻R44接地，同時(shí)經(jīng)IOK 電阻R45連到輸出端。該低通濾波器截止頻率可通過(guò)R42調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)人員可利用該模塊做濾波實(shí)驗(yàn)或與數(shù)模轉(zhuǎn)模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊配合進(jìn)行模擬信號(hào)的前級(jí)濾波和數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出的平滑濾波。圖15為電源變換模塊，由LM7805、LM7905、電容、二極管組成。首先由正負(fù)12V電源作為原始輸入，分別連至LM7805、LM7905的1腳和2腳，LM7805的2腳和LM7905的1腳相互連接并且共地，地線經(jīng)二極管和0. 1 μ F電容并聯(lián)接到LM7805的3腳，同時(shí)經(jīng)二極管和 1 μ F電容并聯(lián)接至Ij LM7905的3腳。LM7805、LM7905的3腳即可輸出正負(fù)5V電壓。圖16為控制芯片(如單片機(jī)或可編程邏輯器件)所需的晶振(晶振模塊)，本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板統(tǒng)一提供24M晶振作為基準(zhǔn)晶振使用，如圖所示。晶振Yl兩側(cè)分別經(jīng)30pF 電容接地，同時(shí)晶振兩側(cè)又連接至單片機(jī)的XTALl和XTAL2，提供時(shí)鐘信號(hào)。本實(shí)用新型的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板還包括兩接線檢測(cè)模塊，該兩接線檢測(cè)模塊分別與第一濾波器1和第二濾波器2的輸入相連，用于檢測(cè)需要接入所述數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板的輸入端的導(dǎo)線的連接是否正常；圖17為本實(shí)驗(yàn)板接線檢測(cè)模塊，每一接線檢測(cè)模塊包括采樣電阻(Rs4)、運(yùn)放(Al)、接插針(J2)、插針(J3)、插針(J4)、電容(C7)、電阻(R2)、電阻 (R3)、電阻(R4)、發(fā)光二極管(Dl)及發(fā)光二極管(擬)?？紤]到本實(shí)驗(yàn)板上用到了較多的模擬電路模塊，模塊之間需要用杜邦線來(lái)連接。而導(dǎo)線與實(shí)驗(yàn)板上插孔極易造成接觸不良。因此本實(shí)驗(yàn)板利用圖17所示的電路單元，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員需要進(jìn)行線路連接的地方通過(guò)LED提示該處導(dǎo)線與插孔是否接觸良好，可實(shí)現(xiàn)對(duì)非直流信號(hào)導(dǎo)線是否與插孔接觸良好進(jìn)行在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。本模塊包含兩NE5532運(yùn)放A1、A2。將需要插接的導(dǎo)線接入本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板上的輸入端，輸入端經(jīng)采樣電阻Rs4接入運(yùn)放Al的同相端，運(yùn)放Al與電阻Rs4間另接插針J4。 信號(hào)輸入端直接接插針J2，運(yùn)放Al反相端接插針J3。運(yùn)放Al的輸出端經(jīng)過(guò)電容C7與運(yùn)放A2的同相端相連。在電容C7與的運(yùn)放A2同相端之間引出支路經(jīng)電阻R2接地。運(yùn)放A2 的輸出端經(jīng)串聯(lián)的電阻R3、R4后接地，R3、R4之間引出支路接運(yùn)放A2的反相端。運(yùn)放A2 的輸出端另接發(fā)光二極管D2的陽(yáng)極和Dl的陰極，D2的陰極和Dl的陽(yáng)極均接地。在本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板中該模塊已與前述濾波器模塊相連，本檢測(cè)模塊的運(yùn)放Al的同相端接入被測(cè)模塊即濾波器模塊的輸入端，實(shí)際使用時(shí)，濾波器模塊輸入信號(hào)由本模塊的接線口 Jl輸入。下面舉一個(gè)實(shí)例介紹使用方法進(jìn)行正常檢測(cè)時(shí)，將J3與J2接線處用短路帽相連，將 J3與J4斷開，Jl接入被測(cè)模塊的輸入信號(hào)，則會(huì)在電阻Rs4上產(chǎn)生電壓，此電壓經(jīng)放大濾波后送到LED兩端，LED會(huì)點(diǎn)亮，提示線路已接通；不進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，只需要將J3與J4用短路帽相連，J3與J2斷開，則LED不會(huì)點(diǎn)亮。如果檢測(cè)到實(shí)驗(yàn)電路正常工作，LED會(huì)點(diǎn)亮提示用戶該處導(dǎo)線接觸良好；若均不亮表示導(dǎo)線與插孔接觸不正常，從而避免了使用者由于線路問(wèn)題而反反復(fù)復(fù)檢查的麻煩。在本實(shí)驗(yàn)板的濾波器模塊中均加入了該模塊檢測(cè)電路。圖18為帶有接線檢測(cè)模塊的濾波器模塊。該模塊即為上述所說(shuō)的低通濾波器模塊與接線檢測(cè)模塊的實(shí)際連接圖。對(duì)本行業(yè)業(yè)內(nèi)人士來(lái)說(shuō)，易知該接線檢測(cè)模塊同樣可應(yīng)用于本實(shí)驗(yàn)板的其它含有輸入接口的模塊中。圖19為揚(yáng)聲器模塊。此模塊的輸入插針J3經(jīng)100歐電阻似8接運(yùn)放0P07的反相端，運(yùn)放反相端經(jīng)電位器R30接至運(yùn)放輸出端。運(yùn)放同相端經(jīng)100歐電阻似9接地。運(yùn)放輸出端經(jīng)電位器R31接地，電位器R31的中間接頭經(jīng)3 μ F電解電容C13接運(yùn)放LM386的同相端，LM386的反相端接地，LM386的Vcc引腳經(jīng)1 μ F電解電容接地，Vcc引腳同時(shí)接+12V 電源Vcc。LM386的1號(hào)引腳經(jīng)10 μ F的電解電容C15接電位器R32，電位器中間抽頭與另一端相連并連接至LM386的8號(hào)引腳。LM386的7號(hào)引腳經(jīng)220 μ F電解電容接地。LM386 的輸出端經(jīng)220 μ F的電解電容C18接入揚(yáng)聲器一端，揚(yáng)聲器的另一端接地。LM386的輸出端與電解電容C18之間引出一支路經(jīng)串聯(lián)的0. 047 μ F電容C17和10歐電阻R33后接地。圖20為L(zhǎng)CD顯示模塊。圖中的1602為插槽。單片機(jī)RD引腳接74LS00芯片UA 的1號(hào)引腳，單片機(jī)WR引腳接74LS00芯片UA的2號(hào)引腳。74LS00芯片UA的3號(hào)引腳接 74LS00芯片UB的4號(hào)引腳，74LS373芯片的Q4引腳接74LS00芯片UB的5號(hào)引腳。74LS00 芯片UB的6號(hào)引腳接74LS00芯片UC的9號(hào)引腳和10號(hào)引腳，74LS00芯片UC的8號(hào)引腳接1602插槽的E引腳。單片機(jī)P10-P17引腳依次接74LS373芯片的D7-D0引腳。74LS373 芯片的OE引腳接地，單片機(jī)的ALE引腳接74LS373的LE引腳。74LS373的Q7-Q0引腳依次接1602插槽的DB0-DB7引腳。1602插槽的GND引腳和BGGND引腳接地，VCC引腳和BGVCC 引腳接+5V電源VCC。電源VCC和地線GND間跨接一個(gè)證歐的電位器，電位器的中間抽頭接1602插槽的VO引腳。使用時(shí)，只需將1602模塊按規(guī)定方向插入插槽，即可通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制。為了方便用戶對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行觀測(cè)，同時(shí)節(jié)省實(shí)驗(yàn)設(shè)備的投入，節(jié)省實(shí)驗(yàn)板的體積，本實(shí)驗(yàn)板加入虛擬示波器模塊。具體實(shí)現(xiàn)可以采用市場(chǎng)上有售的虛擬示波器模塊，其中一種實(shí)現(xiàn)方案是使用迪陽(yáng)公司的DS02090USB虛擬示波器模塊。通過(guò)使用USB及該公司的配套軟件可以實(shí)現(xiàn)波形的顯示，分析和計(jì)算。使用時(shí)只需要將需要測(cè)量的點(diǎn)用探頭接入模塊的輸入端，再將USB連線接入電腦的USB接口，運(yùn)行該公司提供的配套軟件即可實(shí)現(xiàn)波形的事實(shí)觀測(cè)和測(cè)量。當(dāng)被測(cè)電壓在0 5V是使用不帶衰減的探頭，當(dāng)被測(cè)電壓大于5V時(shí)， 使用帶衰減的探頭，衰減倍數(shù)根據(jù)被測(cè)電壓確定。本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)板在設(shè)計(jì)中模塊間均提供輸入輸出端，實(shí)驗(yàn)人員可通過(guò)杜邦線自由連接，能夠完成眾多復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。其中最具特色的是語(yǔ)音采集、儲(chǔ)存、處理以及回放系統(tǒng)。其具體接線方式為將聲音傳感器模塊的輸出端插針與模擬濾波器模塊的輸入端插針用杜邦線相連，再連接模擬濾波器模塊輸出端與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端的插針，將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的8位輸入分別連接至單片機(jī)的I/O引腳，就可以將聲音信號(hào)從外界采集，并通過(guò)模擬濾波器進(jìn)行初步的濾除雜波，最終由模數(shù)轉(zhuǎn)換，送入單片機(jī)當(dāng)中；此后，在單片機(jī)當(dāng)中可以進(jìn)行數(shù)字處理，并可通過(guò)矩陣鍵盤模塊以及LED發(fā)光二級(jí)管模塊配合，以便于人機(jī)互動(dòng)， 控制靜態(tài)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行存儲(chǔ)；若想最終將語(yǔ)音回放出來(lái)，則需要將單片機(jī)中的一個(gè)I/O引腳作為輸出端，用杜邦線與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸入端相連，再將模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊輸出端與模擬濾波器模塊輸入端相連，最后將模擬濾波器模塊輸入端和揚(yáng)聲器模塊輸出端連接，就能夠聽到處理后的語(yǔ)音信號(hào)。可以通過(guò)單片機(jī)對(duì)聲音進(jìn)行進(jìn)一步的處理，也可調(diào)整濾波器模塊滑動(dòng)變阻器阻值，聽對(duì)聲音進(jìn)行濾波后的效果，進(jìn)而更好的理解信號(hào)采集與處理各個(gè)模塊的作用本實(shí)用新型包含有電源接口、控制器件接口，矩陣鍵盤、發(fā)光二極管模塊、數(shù)碼管模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器模塊，聲音傳感器模塊、揚(yáng)聲器、 溫度傳感器，以及1 總線接口、LCD顯示模塊，信號(hào)處理部分包括有源低通濾波器模塊、有源帶通濾波器模塊、功率放大器模塊，以及接線檢測(cè)模塊、虛擬示波器模塊。本實(shí)用新型在使用過(guò)程中通過(guò)模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)模擬、數(shù)字、數(shù)模結(jié)合的實(shí)驗(yàn)、學(xué)習(xí)與開發(fā)綜合應(yīng)用，并可通過(guò)虛擬示波器直觀的觀察線路信號(hào)的變化情況，具有結(jié)構(gòu)合理、使用及攜帶方便、針對(duì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求1.一種數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，包括矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)碼管模塊、發(fā)光二極管模塊、I2C總線模塊、晶振模塊及LCD顯示模塊，其特征在于所述數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板上還設(shè)有揚(yáng)聲器模塊、聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、第一濾波器模塊、第二濾波器模塊、抽樣定理模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、控制器件接口、電源變換模塊及虛擬示波器模塊，所述控制器件接口包括若干芯片插槽，所述1 總線模塊、LCD顯示模塊、數(shù)碼管模塊、 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、發(fā)光二極管模塊、靜態(tài)存儲(chǔ)模塊、矩陣鍵盤模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊及晶振模塊與所述控制器件接口的部分芯片插槽分別電連接，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、第一濾波器模塊、第二濾波器模塊、揚(yáng)聲器模塊、抽樣定理模塊、聲音傳感器模塊、溫度傳感器模塊、電源變換模塊及虛擬示波器模塊分別設(shè)有輸入輸出端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述控制器件接口設(shè)有為84 插孔的兩豎排芯片插槽，所述芯片插槽寬度設(shè)計(jì)為與雙列直插式封裝芯片寬度相同，使得所述雙列直插式封裝的芯片可直接插入所述芯片插槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板還包括兩接線檢測(cè)模塊，所述兩接線檢測(cè)模塊分別與所述第一及第二濾波器模塊的輸入相連， 用于檢測(cè)需要接入所述數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板的輸入端的導(dǎo)線的連接是否正常；每一接線檢測(cè)模塊包括采樣電阻(Rs4)、運(yùn)放(Al)、接插針(J2)、插針(J3)、插針(J4)、電容(C7)、電阻 (R2)、電阻(R3)、電阻(R4)、發(fā)光二極管(Dl)及發(fā)光二極管(D2)，每一接線檢測(cè)模塊的輸入端經(jīng)采樣電阻(Rs4)接入運(yùn)放(Al)的同相端，運(yùn)放(Al)與電阻(Rs4)間接插針(J4)，所述輸入端直接接插針(J2)，運(yùn)放(Al)反相端接插針(J3)，運(yùn)放(Al)的輸出端經(jīng)過(guò)電容(C7) 與運(yùn)放(A2)的同相端相連，在電容(C7)與的運(yùn)放(A2)同相端之間引出支路經(jīng)電阻(R2) 接地，運(yùn)放(A2)的輸出端經(jīng)串聯(lián)的電阻(R3)、電阻(R4)后接地，電阻(R3)、電阻(R4)之間引出支路接運(yùn)放m的反相端，運(yùn)放m的輸出端接發(fā)光二極管(擬)的陽(yáng)極和發(fā)光二極管(Dl)的陰極，發(fā)光二極管(擬)的陰極和發(fā)光二極管(Dl)的陽(yáng)極均接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述虛擬示波器模塊采用迪陽(yáng)公司的DS02090USB虛擬示波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述揚(yáng)聲器模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式為所述揚(yáng)聲器模塊的輸入插針(B)經(jīng)100歐電阻(R28)接運(yùn)放(0P07)的反相端，運(yùn)放反相端經(jīng)電位器(R30)接至運(yùn)放輸出端，運(yùn)放(0P07)同相端經(jīng)100歐電阻(R29)接地， 運(yùn)放(0P07)輸出端經(jīng)電位器(R31)接地，電位器(R31)的中間接頭經(jīng)3 μ F電解電容(C13) 接運(yùn)放(LM386)的同相端，運(yùn)放(LM386)的反相端接地，運(yùn)放(LM386)的引腳(Vcc)經(jīng)IyF 電解電容接地，運(yùn)放(LM386)的引腳(Vcc)同時(shí)接+12V電源，運(yùn)放(LM386)的1號(hào)引腳經(jīng) 10 μ F的電解電容(C15)接電位器(R32)，電位器(R32)中間抽頭與另一端相連并連接至運(yùn)放(LM386)的8號(hào)引腳，運(yùn)放(LM386)的7號(hào)引腳經(jīng)220 μ F電解電容接地，運(yùn)放(LM386) 的輸出端經(jīng)220yF的電解電容(C18)接入所述揚(yáng)聲器一端，所述揚(yáng)聲器的另一端接地，運(yùn)放(LM386)的輸出端與電解電容(C18)之間引出一支路經(jīng)串聯(lián)的0. 047 μ F電容(C17)和 10歐電阻(R33)后接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述聲音傳感器模塊的具體實(shí)現(xiàn)方式為駐極體話筒負(fù)極接地，所述駐極體話筒正極經(jīng)47Κ電位器(R14)和漲電阻 (R13)接+12V電源(Vcc), 47Κ電位器(R14)和5Κ電阻(R13)之間另引出一條支路經(jīng)47 μ F電容(⑶)接地；所述駐極體話筒正極接4. 7 μ F電解電容(CT)正極，電解電容(CT)負(fù)極經(jīng) Ik電阻(R16)接第一 ΝΕ5532運(yùn)放反相端，電解電容(C9)與電阻(R16)間引出支路經(jīng)4. 7k 電阻接地；第一 NE5532運(yùn)放反相端經(jīng)4. 7K電阻(R18)連接到第一 NE5532運(yùn)放輸出端，第一 NE5532運(yùn)放同相端經(jīng)Ik電阻(R17)接地；第一 NE5532運(yùn)放輸出端經(jīng)IOk電阻(R19)接 IRFD120芯片的D引腳，IRFD120芯片的D引腳引出信號(hào)線(B) ；IRFD120芯片的G引腳通過(guò)并聯(lián)的IM電阻(R20)和IyF的電解電容(ClO)接地，IRFD120芯片的G引腳引出信號(hào)線(A)；IRFD120芯片的S引腳接地；信號(hào)線(A)經(jīng)由2. 2k電阻(R22)接入PNP三極管(Ql) 的集電極(C)；三極管Oil)的發(fā)射極(E)接+5V并經(jīng)IOk電阻(R21)接三極管Oil)的基極(B)，三極管Oil)的基極⑶經(jīng)由0.IyF的電容(Cll)接第二 NE5532運(yùn)放的輸出端；信號(hào)線(B)接第二 NE5532運(yùn)放的同相端；第二 NE5532運(yùn)放的反相端經(jīng)470歐電阻(R2!3)接地并經(jīng)47k電阻(R24)接第二 NE5532運(yùn)放的輸出端；第二 NE5532運(yùn)放的輸出端經(jīng)由0. 1 μ F 的電容(C12)接證電阻(R25)后接入運(yùn)放(LM741)的反相端，運(yùn)放(LM741)的反相端經(jīng)電位器(R27)接運(yùn)放(LM741)的輸出端；運(yùn)放(LM741)的同相端經(jīng)證電阻(R26)接地；運(yùn)放 (LM741)輸出端接插針(J4)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述溫度傳感器模塊采用 DS18B20芯片，DS18B20芯片的1號(hào)引腳接+5V電源并經(jīng)IOk歐電阻RES連接到DS18B20芯片的2號(hào)引腳，DS18B20芯片的3號(hào)引腳接地；DS18B20芯片的2號(hào)引腳作為輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述電源變換模塊的包括 LM7805芯片、LM7905芯片、電容及二極管，LM7805芯片的1腳和2腳接12V電源，LM7905芯片的1腳和2腳接12V電源，LM7805芯片的2腳和LM7905芯片的1腳相互連接并且共地， 地線經(jīng)二極管和0. 1 μ F電容并聯(lián)接到LM7805芯片的3腳并經(jīng)二極管和1 μ F電容并聯(lián)接到LM7905芯片的3腳，LM7805芯片的3腳及LM7905的3腳即可輸出正負(fù)5V電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，其特征在于所述靜態(tài)存儲(chǔ)模塊為 HM628128D芯片，所述抽樣定理模塊為BU4053芯片。
專利摘要一種數(shù)模多功能實(shí)驗(yàn)板，包括控制器件接口，與控制器件接口電連接的I2C總線、LCD顯示、數(shù)碼管、數(shù)模轉(zhuǎn)換、發(fā)光二極管、靜態(tài)存儲(chǔ)、矩陣鍵盤、數(shù)模轉(zhuǎn)換、晶振模塊，以及分別設(shè)有輸入輸出端口的模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)模轉(zhuǎn)換、第一濾波器、第二濾波器、揚(yáng)聲器、抽樣定理、聲音傳感器、溫度傳感器、電源變換及虛擬示波器等模塊。主要面向大學(xué)本科階段工科類學(xué)生的各種實(shí)驗(yàn)操作與開發(fā)，涵蓋了絕大部分教學(xué)要求的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并支持學(xué)生進(jìn)行相關(guān)綜合實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)配有線路檢測(cè)模塊和虛擬示波器模塊，可方便操作相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202332021SQ201120438949
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者冷亞輝, 吳歐揚(yáng), 尚宇煒, 賀帆 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)