一种基于霍尔效应的逻辑电路演示器的制作方法

本发明涉及一种物理实验教具，具体涉及一种基于霍尔效应的逻辑电路演示器。

背景技术：

目前中学物理实验室演示用的逻辑电路演示器，多数由一线教学老师自制，多数老师用普通开关或电子开门来制作与门、或门、非门，演示功能单一，演示效果不够理想，缺少新颖性和创造性，缺少一种基于传感器的逻辑电路演示器，用来解决中学物理实验教具存在的不足。

技术实现要素：

本发明利用霍尔效应模块，设计制作一种与或非门逻辑电路演示器，用来解决物理实验教学过程中存在的不足。本发明采用如下技术方案：一种基于霍尔效应的逻辑电路演示器，包括底座、霍尔传感器A、霍尔传感器B、霍尔传感器C、非门电路、发光二极管、直流电源、磁铁架A、磁铁架B、磁铁架C、接线柱、开关、限流电阻、电压传感器、数据采集器、探头、电平指示器；所述底座上安装了三个门电路霍尔效应传感器A、霍尔效应传感器B、霍尔效应传感器C，可组成与门、或门；所述底座上安装了一个非门电路，所述底座安装了一个发光二级管，它与限流电阻串联，用于演示与非门逻辑电路输出的信号，通过观察发光二极管的亮灭显示结果；所述霍尔传感器A左端连接接线柱A，右端连接接线柱B，所述霍尔传感器A上连接磁铁架A，其左端还连接霍尔传感器A输入电平指示器，右端连接霍尔传感器A输出电平指示器；所述霍尔传感器B左端连接线柱C，右端连接接线柱D，所述霍尔传感器B上连接磁铁架B，其左端还连接霍尔传感器B输入电平指示器，右端连接霍尔传感器B输出电平指示器；所述霍尔传感器C左端连接接线柱E，右端连接接线柱F，所述霍尔传感器C上连接磁铁架C，其左端还连接霍尔传感器C输入电平指示器，右端连接霍尔传感器C输出电平指示器；演示与门电路时，只需将霍尔传感器A、霍尔传感器B、霍尔传感器C用导线串联；演示或门电路时，只需将霍尔传感器A、霍尔传感器B、霍尔传感器C用导线并联；所述非门电路为集成电路模块，其左端连接接线柱F，右端连接接线柱G，其左端还接非门电路输入电平指示器，右端连接非门电路输出电平指示器，所述非门电路的输出端连接到发光二极管的正极；所述底座上安装了直流电源，所述直流电源的正极连接接线柱A，它的负极连接接线柱H，所述接线柱H为整个电路的地线，即公共负极接线端；所述发光二极管与限流电阻串联后，正极性一端连接接线柱G，负极性一端连接公共负数接线柱H；所述开关与非门电路的输入、输出端并联。

进一步地，各门电路都包含一个继电器，它相当于一个自动开关。

进一步地，所述电压传感器连接数据采集器，所述数据采集器，通过USB连接笔记本电脑，用于显示各门电路输入、输出端的波形线或高低电平；所述电压传感器的输入端一端连接公共负极接线柱H，另一端连接探头，用于探测各门电路输入、输出端口的高低电平，即探测各接线柱实际输出的高低电平，所述直流电源的负极还连接电源负极电平指示器。

所述各接线柱用于连接导线，或通过探头测定各接线柱所在位置处的输入、输出波形，或用于测定各接线柱所在位置处的高低电平。

进一步地，演示与门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A、磁铁架B、磁铁架C上即可，只需将开关闭合，即将非门电路输入、输出端短路。

进一步地，演示与非门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A、磁铁架B、磁铁架C上，同时将开关断开；通过观察各门电路输入、输出电平，及发光二极管，即可获得整个与非门电路的逻辑关系。

进一步地，演示或门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A、磁铁架B、磁铁架C上即可，只需将开关闭合，即将非门电路输入、输出端短路。

进一步地，演示或非门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A、磁铁架B、磁铁架C上，同时将开关断开，通过观察各门电路输入、输出电平，及发光二极管的发光情况，即可获得整个或非门电路的逻辑关系。

进一步地，所述磁铁架用于放置小磁铁，便于取走小磁铁，具有较好的可视性。

本发明的有益效果在于，演示与门、非门、与非门、或非门，只要用导线连接各接线柱即可实现；各门电路输入、输出电平既可通过电平指示器指示，还可通过传感器显示各门电路输入、输出端的波形，在中学物理教学过程中，演示各门电路逻辑关系一目了然，效果显著。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为本发明的与门结构示意图，

图3为本发明的或门结构示意图，

图4为本发明的输入、输出电平指示器位置示意图，

其中，1—底座，2—霍尔传感器A，3—霍尔传感器B，4—霍尔传感器C，5—非门电路，6—发光二极管，7—直流电源，8—磁铁架A，9—磁铁架B，10—磁铁架C，11—接线柱A，12—接线柱B，13—接线柱C，14—接线柱D，15—接线柱E，16—接线柱F，17—接线柱G，18—开关，19—接线柱H，20—限流电阻，21—电压传感器，22—数据采集器，23—探头，24—霍尔传感器A输入电平指示器，25—霍尔传感器A输出电平指示器，26—霍尔传感器B输入电平指示器，27—霍尔传感器B输出电平指示器，28—霍尔传感器C输入电平指示器，29—霍尔传感器C输出电平指示器，30—非门电路输入电平指示器，31—非门电路输出电平指示器，32—电源负数电平指示器。

具体实施方式

实施例1，如图1、图2、图3、图4所示，一种基于霍尔效应的逻辑电路演示器，包括底座1、霍尔传感器A2、霍尔传感器B3、霍尔传感器C4、非门电路5、发光二极管6、直流电源7、磁铁架A8、磁铁架B9、磁铁架C10、接线柱A11、接线柱B12、接线柱C13、接线柱D14、接线柱E15、接线柱F16、接线柱G17、开关18、接线柱H19、限流电阻20、电压传感器21、数据采集器22、探头23、霍尔传感器A输入电平指示器24、霍尔传感器A输出电平指示器25、霍尔传感器B输入电平指示器26、霍尔传感器B输出电平指示器27、霍尔传感器C输入电平指示器28、霍尔传感器C输出电平指示器29、非门电路输入电平指示器30、非门电路输出电平指示器31、电源负数电平指示器32；所述底座1上安装了三个门电路霍尔效应传感器A2、霍尔效应传感器B3、霍尔效应传感器C4，可组成与门、或门；所述底座1上安装了一个非门电路5，所述底座1安装了一个发光二级管6，它与限流电阻20串联，用于演示与非门逻辑电路输出的信号是亮还是灭，所述底座1上安装了直流电源7和开关18；所述霍尔传感器A2左端连接接线柱A11，右端连接接线柱B12，所述霍尔传感器A2上连接磁铁架A8，其左端还连接霍尔传感器A输入电平指示器24，右端连接霍尔传感器A输出电平指示器25；所述霍尔传感器B3左端连接线柱C13，右端连接接线柱D14，所述霍尔传感器B3上连接磁铁架B9，其左端还连接霍尔传感器B输入电平指示器26，右端连接霍尔传感器B输出电平指示器27；所述霍尔传感器C4左端连接接线柱E15，右端连接接线柱F16，所述霍尔传感器C4上连接磁铁架C10，其左端还连接霍尔传感器C输入电平指示器28，右端连接霍尔传感器C输出电平指示器29；演示与门电路时，只需将霍尔传感器A2、霍尔传感器B3、霍尔传感器C4用导线串联；演示或门电路时，只需将霍尔传感器A2、霍尔传感器B3、霍尔传感器C4用导线并联；所述非门电路5为集成电路模块，其左端连接接线柱F16，右端连接接线柱G17，其左端还接非门电路输入电平指示器30，右端连接非门电路输出电平指示器31，所述非门电路5的输出端连接到发光二极管6的正极；所述直流电源7的正极连接接线柱A11，它的负极连接接线柱H19，所述接线柱H19为整个电路的地线，即公共负极接线端；所述发光二极管6与限流电阻20串联后，正极性一端连接接线柱G17，负极性一端连接公共负数接线柱H19；所述开关18与非门电路5的输入、输出端并联。

各门电路都包含一个继电器，它相当于一个自动开关。

所述电压传感器21连接数据采集器22，所述数据采集器22，通过USB连接笔记本电脑，用于显示各门电路输入、输出端的波形线或高低电平；所述电压传感器21的输入端一端连接公共负极接线柱H19，另一端连接探头23，用于探测各门电路输入、输出端口的高低电平，即探测各接线柱实际输出的高低电平，所述直流电源7的负极还连接电源负极电平指示器32。

所述各接线柱用于连接导线，或通过探头23测定各接线柱所在位置处的输入、输出波形，或用于测定各接线柱所在位置处的高低电平。

演示与门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A8、磁铁架B9、磁铁架C10上即可，只需将开关18闭合，即将非门电路5输入、输出端短路。

演示与非门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A8、磁铁架B9、磁铁架C10上，同时将开关18断开；通过观察各门电路输入、输出电平，及发光二极管6，即可获得整个与非门电路的逻辑关系。

演示或门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A8、磁铁架B9、磁铁架C10上即可，只需将开关18闭合，即将非门电路5输入、输出端短路。

演示或非门逻辑关系时，用小磁铁分别放置于磁铁架A8、磁铁架B9、磁铁架C10上，同时将开关18断开，通过观察各门电路输入、输出电平，及发光二极管6的发光情况，即可获得整个或非门电路的逻辑关系。

所述磁铁架用于放置小磁铁，便于取走小磁铁，且具有较好的可视性。

本发明的有益效果在于，演示与门、非门、与非门、或非门，只要用导线连接各接线柱即可；各门电路输入、输出电平既可通过电平指示器指示，还可通过传感器显示各门电路输入、输出端的波形，在物理教学过程中，演示各门电路逻辑关系一目了然，效果显著。