一种数字电路实验设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种数字电路实验设备。该数字电路实验设备包括电源模块、电路搭建模块和多个实验功能模块，所述电源模块和多个实验功能模块分别插入电路搭建模块，可以插入一个或多个实验功能模块，以搭建相应功能的实验电路，从而提供了一种便捷的、实现功能灵活的、可开展多种实验的数字电路实验设备。
【专利说明】
一种数字电路实验设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及实验技术领域，尤其涉及一种数字电路实验设备。
【背景技术】
[0002]数字电路实验设备是学习数字电子技术的必要实验装置。传统的数字电路实验设备常常做成实验箱的形式，需要220V交流电源供电，并且体积和重量都较大，不能随时随地开展实验。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型提供了一种数字电路实验设备，以提供一种便捷的、实现功能灵活的、可开展多种实验的数字电路实验设备。
[0004]本实用新型提供的一种数字电路实验设备，包括电源模块、电路搭建模块和至少一个实验功能模块，所述电源模块和至少一个实验功能模块分别插入所述电路搭建模块，以搭建相应功能的实验电路；
[0005]所述电源模块用于给所述电路搭建模块和所述至少一个实验功能模块提供电源；
[0006]所述电路搭建模块用于插放元器件和搭建电路；
[0007]所述至少一个实验功能模块用于为不同数字电路提供相应的实验条件。
[0008]优选地，所述电源模块采用通用串行总线USB母座接口引入+5V直流电源，所述USB母座接口的Vcc端和GND端分别连接多针排母，以同时输出多路+5V电源。
[0009]优选地，所述至少一个实验功能模块包括逻辑电平发生模块、逻辑电平显示模块和脉冲发生模块；
[0010]其中，所述逻辑电平发生模块用于产生高、低电平信号；
[0011]所述逻辑电平显示模块用于显示TTL或CMOS逻辑信号的电平状态；
[0012]所述脉冲发生模块用于产生脉冲信号。
[0013]优选地，所述逻辑电平显示模块包括:逻辑电平比较模块、阈值电压设定模块、逻辑状态区分模块、指示灯模块，所述逻辑电平比较模块连接所述阈值电压设定模块、逻辑状态区分模块和指示灯模块，所述指示灯模块包括第一指示灯和第二指示灯，所述逻辑电平比较模块包括第一比较单元和第二比较单元，所述第一比较单元连接所述第一指示灯，所述第二比较单元连接所述逻辑状态区分模块，所述第一比较单元和第二比较单元反向连接；
[0014]所述第一比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块设定的阈值电压进行比较，所述指示灯模块用于根据所述第一比较单元输出的第一比较结果控制所述第一指不灯的发壳或不发壳；
[0015]所述第二比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块设定的阈值电压进行比较，所述逻辑状态区分模块用于根据所述第二比较单元输出的第二比较结果和所述被测试信号区分高阻状态、与高电平或低电平状态，所述指示灯模块用于根据所述区分结果控制所述第二指示灯的发亮或不发亮；
[0016]其中，所述第一指示灯和第二指示灯的发亮和/或不发亮用于指示被测试信号的当前的逻辑电平状态。
[0017]优选地，所述阈值电压设定模块包括串联连接的第一电阻Rl和电位器RVl，所述第一电阻Rl连接电源Vcc，所述电位器RVl连接所述逻辑电平比较模块，所述电位器RVl用于调节所述电位器RVl的阻值，以改变所述阈值电压。
[0018]优选地，所述第一比较单元为第一电压比较器Ul，所述第二比较单元为第二电压比较器U2，所述Ul的反相输入端与所述U2的同相输入端连接后，连接至被测试信号端，所述Ul的同相输入端与所述U2的反相输入端连接后，连接至所述电位器RV1。
[0019]优选地，所述逻辑状态区分模块为与门U3，所述与门U3的一个输入端与所述第二电压比较器U2的输出端连接，所述与门U3的另一个输入端与所述被测试信号端连接。
[0020]优选地，所述被测试信号端通过第二电阻R2连接至所述电源Vcc，所述第二电阻R2与第一二极管D1、第二二极管D2和第三电阻R3串联连接接地，所述与门U3的另一个输入端连接至所述第二二极管D2和第三电阻R3之间。
[0021]优选地，所述至少一个实验功能模块还包括数码管测试模块和B⑶码显示模块；
[0022]其中，所述数码管测试模块用于测试数码管的逻辑功能；
[0023]所述B⑶码显示模块用于显示B⑶码对应的十进制数码。
[0024]实施本实用新型实施例提供的一种数字电路实验设备，具有如下有益效果:
[0025]本实用新型提供的一种数字电路实验设备，包括电源模块、电路搭建模块和多个实验功能模块。所述电源模块和多个实验功能模块分别插入电路搭建模块，可以插入任意功能的实验功能模块，以搭建相应功能的实验电路，从而提供了一种便捷的、实现功能灵活的、可开展多种实验的数字电路实验设备。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1为本实用新型实施例提供的一种数字电路实验设备的结构示意图；
[0028]图2为本实用新型实施例提供的另一种数字电路实验设备的结构示意图；
[0029]图3为示例的电源模块的电路结构示意图；
[0030]图4为示例的逻辑电平发生模块的电路结构示意图；
[0031 ]图5为图2中的逻辑电平显示模块的结构框图；
[0032]图6为示例的逻辑电平显示模块的电路结构示意图；
[0033]图7为示例的脉冲发生模块的电路结构示意图；
[0034]图8为示例的数码管测试模块的电路结构示意图；
[0035]图9为示例的B⑶码显示模块的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0037]图1为本实用新型实施例提供的一种数字电路实验设备的结构示意图，该数字电路实验设备1000包括电源模块11，电路搭建模块12和η个实验功能模块13，n为正整数，所述电源模块11和η个实验功能模块13分别插入所述电路搭建模块12，以搭建相应功能的实验电路。
[0038]电源模块11用于给电路搭建模块12和η个实验功能模块13提供电源。
[0039]电路搭建模块12用于插放元器件和搭建电路。采用多块面包板拼接的形式，可根据实验需要在面包板上插放各种电子元器件，如数字逻辑器件、电阻器和电容器等常用电子元器件，也可根据实验需要搭建电路，免去了元器件的焊接，而且元器件可以重复使用，从而实现了实验种类的多样性。
[0040]η个实验功能模块13可以分别或统一实现某个实验功能。可以根据实验或设计需要，使用任意的实验功能模块，以实现相应的电路功能。
[0041]根据本实用新型实施例提供的一种数字电路实验设备，电源模块和多个实验功能模块分别插入电路搭建模块，可以插入任意功能的实验功能模块，以搭建相应功能的实验电路，从而提供了一种便捷的、实现功能灵活的、可开展多种实验的数字电路实验设备。
[0042]图2为本实用新型实施例提供的另一种数字电路实验设备的结构示意图，该数字电路实验设备2000包括:电源模块21、电路搭建模块22、逻辑电平发生模块23、脉冲发生模块24和逻辑电平显示模块25，还包括数码管测试模块26和B⑶码显示模块27。
[0043]电源模块21用于为数字电路实验设备中的其它模块提供电源。图3为示例的电源模块的电路结构示意图，采用通用串行总线(英文-Universal Serial Bus，简称:USB)母座接口，可直接从电脑、电源适配器或充电宝获得+5V直流电源，从而实现随时随地开展数字电路实验，体现实验系统的可便携性。所述USB母座接口的Vcc端和GND端分别连接多针排母，以同时输出多路+5V电源。
[0044]逻辑电平发生模块23用于产生高和/或低电平信号。图4为示例的逻辑电平发生模块的电路结构示意图，采用3脚2档拨动开关，开关的上端接+5V电源端，下端接地，中间为输出端。当开关拨到上端时，输出高电平(+5V)信号；当开关拨到下端时，输出低电平(OV)信号。若采用多个拨动开关将其上、下端并联，则可输出多个电平信号。图4中采用10个拨动开关。
[0045]逻辑电平显示模块25用于显示TTL或CMOS逻辑信号的电平状态。图5为示例的逻辑电平显示模块的结构框图，该逻辑电平显示模块包括:阈值电压设定模块251、逻辑电平比较模块252、逻辑状态区分模块253、指示灯模块254，所述逻辑电平比较模块252连接所述阈值电压设定模块251、逻辑状态区分模块253和指示灯模块254，所述指示灯模块254包括第一指示灯和第二指示灯，所述逻辑电平比较模块252包括第一比较单元和第二比较单元，所述第一比较单元连接所述第一指示灯，所述第二比较单元连接所述逻辑状态区分模块，所述第一比较单元和第二比较单元反向连接；
[0046]所述第一比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块251设定的阈值电压进行比较，所述指示灯模块254用于根据所述第一比较单元输出的第一比较结果控制所述第一指示灯的发亮或不发亮；
[0047]所述第二比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块251设定的阈值电压进行比较，所述逻辑状态区分模块253用于根据所述第二比较单元输出的第二比较结果和所述被测试信号区分高阻状态、与高电平或低电平状态，所述指示灯模块254用于根据所述区分结果控制所述第二指示灯的发亮或不发亮；
[0048]其中，所述第一指示灯和第二指示灯的发亮和/或不发亮用于指示被测试信号的当前的逻辑电平状态。
[0049]在本实施例中，阈值电压设定模块251可以根据被测试信号的大小设定阈值电压。第一比较单元和第二比较单元由于反向连接，则得到的第一比较结果和第二比较结果是相反的，即，如果第一比较结果为低电平，则第二比较结果为高电平;如果第一比较结果为高电平，则第二比较结果为低电平，从而通过逻辑状态区分模块可以区分高阻状态、与高电平或低电平状态。
[0050]图6为示例的逻辑电平显示模块电路结构示意图，在该具体示例中，逻辑电平比较模块包括两个反向连接的第一电压比较器Ul和第二电压比较器U2，其中Ul的反相输入端与U2的同相输入端相连，通过第四电阻R4接测试信号端，同时测试端经过上拉电阻R2接电源+Vcc，使得测试信号为高阻(或悬空)时，相当于输入高电平;Ul的同相输入端与U2的反相输入端相连，接阈值电压设定模块的阈值电压输出端。阈值电压设定模块由第一电阻Rl与电位器RVl串联构成，阈值电压值由Rl与RVl串联分压决定，调节电位器的阻值可以改变比较器的阈值电压。
[0051]当测试信号电位低于阈值电压(即为低电平)时，比较器Ul输出高电平，指示灯模块中LED 1-GREEN绿色发光管点亮，而比较器U2输出低电平，S卩逻辑状态区分模块中与门U3的I脚输入低电平，因此与门U3输出低电平，指示灯模块中LED卜RED红色发光管不亮。
[0052]当测试信号电位高于阈值电压(即为高电平)时，比较器Ul输出低电平，指示灯模块中LED 1-GREEN绿色发光管不亮，而比较器U2输出高电平，S卩逻辑状态区分模块中与门U3的I脚输入高电平；同时，由于测试信号为高电平(常接近电源电压)，经过两只二极管降压(1.4V)后的电平仍然为高，即逻辑状态区分模块中与门U3的2脚输入高电平，因此与门U3输出高电平，指示灯模块中LED 1-RED红色发光管点亮。
[0053]当测试信号为脉冲信号(即高、低电平交替)时，以上两种状态交替变换，当变换频率比较低时，呈现红、绿灯交替点亮;当变换频率比较高时，呈现桔红色。
[0054]当测试信号为高阻状态(含悬空)时，测试信号端电位由第二电阻R2、第一二极管Dl、第二二极管D2、第三电阻R3串联支路分压决定。以电源电压Vcc为5V、设定比较器阈值电压为2.3V为例，测试信号端的电位为:
[0055]Uiw=(5-1.4)*4.7k/(10k+4.7k)+1.4 * 2.6V 【式I】
[0056]由于阈值电压低于测试端电位，因此逻辑电平比较模块中比较器Ul:A输出低电平，指示灯模块中LED卜GREEN绿色发光管不亮，而比较器Ul:B输出高电平，即逻辑状态区分模块中与门U3的I脚输入高电平。同时，逻辑状态区分模块中与门U3的2脚输入端电位为:
[0057]Uiw=(5-1.4)*4.7k/(10k+4.7k) * 1.2V 【式I】
[0058]逻辑状态区分模块中与门U3可以使用C4081型号，1.2V被其视为低电平输入，因此逻辑状态区分模块中与门U3输出低电平，指示灯模块中LEDl-RED红色发光管不亮。
[0059]需要说明的是，本实施例中的两个指示灯颜色可以相同或不同，如果颜色相同，根据指示灯亮或不亮进行区分。图6所示电路图中的参数仅为示例，本实施例中元件使用的型号也仅为示例。
[0060]脉冲发生模块24用于产生脉冲信号。图7为示例的脉冲发生模块的电路结构示意图，脉冲发生模块用于产生IHz和/或1Hz矩形波信号。采用555构成的多谐振荡器，可输出频率为IHz和1Hz的矩形波信号。操作拨动开关K2，可以选择输出信号频率为IHz还是1Hz。
[0061]数码管测试模块26用于测试数码管的逻辑功能。图8为示例的数码管测试模块的电路结构示意图，数码管测试模块用于测试共阴极数码管和/或共阳极数码管的逻辑功能。操作拨动开关K3，可以选择测试器件为共阴极数码管还是共阳极数码管。
[0062]B⑶码显示模块27用于显示BCD码对应的十进制数码。图9为示例的B⑶码显示模块的电路结构示意图，将4位BCD数码分别从A、B、C、D四个端输入，数码管LED5可显示BCD数码对应的十进制数码。
[0063]根据本实用新型实施例提供的一种数字电路实验设备，电源模块和多个实验功能模块分别插入电路搭建模块，可以插入任意功能的实验功能模块，以搭建相应功能的实验电路，从而提供了一种便捷的、实现功能灵活的、可开展多种实验的数字电路实验设备。
[0064]以上所述仅为本实用新型技术方案的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种数字电路实验设备，其特征在于，包括电源模块、电路搭建模块和至少一个实验功能模块，所述电源模块和至少一个实验功能模块分别插入所述电路搭建模块，以搭建相应功能的实验电路； 所述电源模块用于给所述电路搭建模块和所述至少一个实验功能模块提供电源； 所述电路搭建模块用于插放元器件和搭建电路； 所述至少一个实验功能模块用于为不同数字电路提供相应的实验条件。2.如权利要求1所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述至少一个实验功能模块包括逻辑电平发生模块、逻辑电平显示模块和脉冲发生模块； 其中，所述逻辑电平发生模块用于产生高、低电平信号； 所述逻辑电平显示模块用于显示TTL或CMOS逻辑信号的电平状态； 所述脉冲发生模块用于产生脉冲信号。3.如权利要求2所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述至少一个实验功能模块还包括数码管测试模块和BCD码显示模块； 其中，所述数码管测试模块用于测试数码管的逻辑功能； 所述BCD码显示模块用于显示BCD码对应的十进制数码。4.如权利要求1-3任意一项所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述电源模块采用通用串行总线USB母座接口引入+5V直流电源，所述USB母座接口的Vcc端和GND端分别连接多针排母，以同时输出多路+5V电源。5.如权利要求2所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述逻辑电平显示模块包括:逻辑电平比较模块、阈值电压设定模块、逻辑状态区分模块、指示灯模块，所述逻辑电平比较模块连接所述阈值电压设定模块、逻辑状态区分模块和指示灯模块，所述指示灯模块包括第一指示灯和第二指示灯，所述逻辑电平比较模块包括第一比较单元和第二比较单元，所述第一比较单元连接所述第一指示灯，所述第二比较单元连接所述逻辑状态区分模块，所述第一比较单元和第二比较单元反向连接； 所述第一比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块设定的阈值电压进行比较，所述指示灯模块用于根据所述第一比较单元输出的第一比较结果控制所述第一指示灯的发亮或不发亮； 所述第二比较单元用于将被测试信号和所述阈值电压设定模块设定的阈值电压进行比较，所述逻辑状态区分模块用于根据所述第二比较单元输出的第二比较结果和所述被测试信号区分高阻状态、与高电平或低电平状态，所述指示灯模块用于根据所述区分结果控制所述第二指示灯的发亮或不发亮； 其中，所述第一指示灯和第二指示灯的发亮和/或不发亮用于指示被测试信号的当前的逻辑电平状态。6.如权利要求5所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述阈值电压设定模块包括串联连接的第一电阻Rl和电位器RV1，所述第一电阻Rl连接电源Vcc，所述电位器RVl连接所述逻辑电平比较模块，所述电位器RVl用于调节所述电位器RVl的阻值，以改变所述阈值电压。7.如权利要求6所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述第一比较单元为第一电压比较器Ul，所述第二比较单元为第二电压比较器U2，所述Ul的反相输入端与所述U2的同相输入端连接后，连接至被测试信号端，所述Ul的同相输入端与所述U2的反相输入端连接后，连接至所述电位器RVl。8.如权利要求7所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述逻辑状态区分模块为与门U3，所述与门U3的一个输入端与所述第二电压比较器U2的输出端连接，所述与门U3的另一个输入端与所述被测试信号端连接。9.如权利要求8所述的数字电路实验设备，其特征在于，所述被测试信号端通过第二电阻R2连接至所述电源Vcc，所述第二电阻R2与第一二极管D1、第二二极管D2和第三电阻R3串联连接接地，所述与门U3的另一个输入端连接至所述第二二极管D2和第三电阻R3之间。
【文档编号】G09B23/18GK205487036SQ201620051874
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】余娟
【申请人】湖南铁道职业技术学院