专利名称：电子科普仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子产品开发研制工具和进行电子信息技术教学用演示仪器，具体地说是一种电子科普仪。
(二)技术背景从1994年开始，基于对我国教学实践和教学改革的不断探索，先后研制了“电子线路实习机(ZL94244179.6)”、“科技普及型电子线路实习机(ZL99247982.7)”等。近年来，随着教育理念的不断更新以及与中国JIP教育的接轨，发现原设计方案中存在着如下缺陷①由于没有充分考虑到《中国JIP新阶段》试验教材对信息技术教育分阶段进行的特点和规律，将模拟器件和数字器件混装在一起，层次不清，无法区分不同教育阶段对演示设备的要求；②元器件的分布不合理，器件种类和数量不能满足演示实验教学和应用的需要；③操作不够方便，实用性较差，如稳压电源缺少过流保护装置，在用于中小学生或进行教师培训时，经常因实验演示操作不当造成短路而使大量的电源变压器被烧毁；没有专门的“启动按纽”和“停止按纽”，无法按照教材要求进行“启动”或“停止”等特殊要求的教学演示实验；④连接箱体上、下盖转轴部分的设计有明显缺陷，在原设计方案中上盖兼有自我固定和实现转动两种互相矛盾的功能，固定的越牢固，转动就越不灵活，常常由于转动缺乏灵活性而使上盖发生变形，严重影响了产品的外观效果。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种实验项目齐全、层次分明、布局合理、方便实用，可同《中国JIP新阶段》信息技术系列实验教材(也称“书面教材”)的内容合而为一的演示仪器(也称“实物教材”)，同时还可满足用户开发产品的需要和有利于学生操作的电子科普仪。上述目的是通过以下技术措施实现的该电子科普仪采用交直流两路供电，其外形是一个流线型的箱体，箱体分为上盖和下盖两个部分，下盖内设有一演示平台，安装有电压电流显示、液晶显示、数码显示、光电显示等器件，演示平台分为模拟信号控制演示、数字信号控制演示和微电脑控制演示三种模板，每种模板上安装着能够进行相关领域的电子产品开发和教学项目演示所需要的各种零部件，各零部件的输入输出端子上设有插接弹簧或插接孔，电源回路中设有过流保护装置，在三种模板上都设有为演示实验所需的启动按钮、停止按钮、电源开关等开关控制单元，显示类器件中增加了电源指示灯。
上述电子科普仪的上、下盖采取了特殊的连接方式，下盖连接处的两端设计了两个带轮的轴心，上盖连接处的两端设计了两个圆形的腔体，用一半圆形的构件将其结合为一体。
上述模拟信号控制演示平台上安装着各种半导体器件和各种数值的电阻性器件、电感性器件、电容性器件、传感器件，能够组成放大器、振荡器、稳压器、节日彩灯控制器、可控硅整流器、有源双声道功放器、声光电控制器等可以组成各种典型应用电路的电子器件。上述数字信号控制演示平台上安装着各种逻辑类集成电路块，能够组成集成逻辑门电路、译码驱动电路、锁存计数集成电路、数字脉冲信号发生器、集成定时器电路、双JK触发器集成电路、编解码集成电路、红外接收头专用集成电路、可编程逻辑集成电路、555集成电路、手动编程器、自复式拨码开关等，可以组成各种有实用价值的数字电子应用电路。上述微电脑控制演示平台上安装着组成各种单片机系统所需要的各种器件，主要有MCS-51系列单片机、编程器、各种规格的存储器、各种性能的接口电路、数模转换电路、定时中断电路、逻辑电路、PC机通讯电路，配备有自行设计的性能优秀的PC-51仿真软件等。
本实用新型提供的电子科普仪，与原有技术方案(专利号为ZL99 2 479827)相比，取得了以下实质性进步①按照《中国JIP新阶段》信息技术教育分层次进行教学的原则，将演示仪分为模拟版、数字版和微电脑版三个模块，使设计更加符合信息技术教育规律，同时也使进行每个部分操作的空间增大，使实验过程中故障率大幅度减少。②重新安排了各种器件的布局，将实验中相关或相近的部件按照“就近连接”的原则集中在一起，不仅方便了实验操作，而且能够提高实验演示的质量和效果。③实用性增强，操作更加方便。在稳压电源的回路中增加了一个保险装置，起到了有效的保护作用；增加了启动开关、停止开关、电源开关等，使教材中的绝大部分演示实验都能够完全按照原理图中规定的条件进行。④对器件种类和数量进行了精心筛选，增加了彩灯控制集成电路，并把单向可控硅增加到了四个，增加了双继电器组，使显示自动控制与程序控制特点的各种演示实验都可以在演示仪上进行。⑤箱体上、下盖之间特殊的连接方式避免了在打开和关闭上盖时产生扭曲而发生变形等问题，巧妙地解决了科普仪造型的美观性与箱体转动部分的灵活性的矛盾。以上改进措施对于改善产品的技术性能、提高产品的质量和可靠性起到了重要作用，达到了实验项目齐全、层次分明、布局合理、方便实用的目的。同时，将电子科普仪设备(也称“实物教材”)同《中国JIP新阶段》信息技术系列实验教材(也称“书面教材”)的内容合而为一，实现了专利权与著作权的有效结合，形成了一个在国内首创的完整的信息技术教育体系。
图1为电子科普仪的外形图；图2为电子科普仪模拟信号演示平台示意图；图3为电子科普仪数字信号控制演示平台示意图；图4为电子科普仪微电脑控制演示平台示意图；图5为以“彩灯控制器”为例的演示电路原理图6为以“小屏幕汉字广告机”为例的演示电路原理图；图7为“英”字点阵及字形代码示意图；图8为以“微电脑彩灯控制器”为例的演示电路原理图。
(五)具体实现方式如图1至图4所示，本实用新型提供的电子科普仪采用交直流两路供电，其外形是一个流线型的箱体，箱体分为上盖1和下盖2两个部分，上盖1、下盖2采取了特殊的连接方式，下盖2连接处的两端设计了两个带轮的轴心，上盖1连接处的两端设计了两个圆形的腔体，用一半圆形的构件将其结合为一体，形成了一个完整而隐蔽的轴。打开和闭合箱体时，上盖1连接处的腔体围绕下盖两端带轮的轴心转动，上盖1的中间部分沿下盖的曲线表面滑动，开启灵活。
科普仪下盖2内设有一演示平台，安装有电压电流显示、液晶显示、数码显示、光电显示等器件，演示平台分为模拟信号控制演示模板、数字信号控制演示模板和微电脑控制演示模板三种，每种模板上安装着能够进行相关领域的电子产品开发和教学项目演示所需要的各种零部件，为了减少实验过程中的信号干扰，实验中相关连部件按照“就近连接”的原则相对集中地安装在某个区域内，各零部件的输入输出端子上设有插接弹簧或插接孔。电子科普仪采用交直流两路供电，为了防止初学者由于操作不当引起的电源短路问题，在稳压电源的回路中设计了保险装置，给电源设置了过流保护装置；在三个平台上都有为演示实验所需的启动按钮、停止按钮、电源开关等开关控制单元，在显示类器件中增加了电源指示灯，突出了电源选择开关的位置，使用了明显的电源标记。将重量较大的器件(如电流电压表头、电源变压器、电源保险装置等)两端通过专门的夹具和固定螺栓牢固地安装在底盘上。其中模拟信号控制演示平台上安装着各种半导体器件和各种数值的电阻性器件、电感性器件、电容性器件、传感器件，能够组成放大器、振荡器、稳压器、节日彩灯控制器、可控硅整流器、有源双声道功放器、声光电控制器等可组成各种典型应用电路的电子器件。
数字信号控制演示平台上安装着各种逻辑类集成电路块，能够组成集成逻辑门电路、译码驱动电路、锁存计数集成电路、数字脉冲信号发生器、集成定时器电路、双JK触发器集成电路、编解码集成电路、红外接收头专用集成电路、可编程逻辑集成电路、555集成电路、手动编程器、自复式拨码开关等，可以组成各种有实用价值的数字电子应用电路。
微电脑控制演示平台上安装着组成各种单片机系统所需要的各种器件，主要有MCS-51系列单片机、编程器、各种规格的存储器、各种性能的接口电路、数模转换电路、定时电路、中断电路、逻辑电路、PC机通讯电路，配备有自行设计的性能优秀的PC-51仿真软件等。
图5至图8是从《中国JIP新阶段》信息技术系列实验教材中摘录的分别由“模拟信号控制演示模板”、“数字信号控制演示模板”和“微电脑控制演示模板”演示的电路示例图5所示的“彩灯控制器”电路是一种常见的可编程逻辑电路。该电路由桥式整流电路、晶闸管控制电路、彩灯控制集成电路和四组彩色指示灯组成。在科普仪的“模拟信号演示平台”上安装着组成这个演示电路所需要的各种零部件。彩灯控制器集成电路中储存着能够变换出十六种彩灯花样的控制程序。
进行演示实验时，可按照“模拟信号演示平台示意图”中标示的位置，用导线将桥式整流电路部分的四个硅二极管、电容性器件部分的电容器、电阻性器件部分的电阻连接起来组成一个完整的桥式整流电路。再按照电路图中的要求把桥式整流电路和可控硅组的四个晶闸管同彩灯控制集成电路的各管脚连接起来，将光电显示器件中的彩色指示灯分别串接在四个晶闸管回路里，再从开关单元中接入一个按键开关S，就组成了一个完整的彩灯控制器电路。
按动彩灯控制器电路中的按键开关S可选择十六种彩灯花样，这十六种花样分十六段按下列顺序显示1段从第2段至16段自动变化；2段灯串固定不闪；3段4灯同时渐明、渐暗变化后变慢；4段灯串渐明、渐暗变化后回闪；5段灯串跑马顺闪变化；6段单灯连亮至全亮后全灭；7段两灯自闪并跑马前进；8段双灯跑马；9段单灯渐明、渐暗；10段单灯跑马、双灯跑马、三灯跑马；11段连亮、连灭、连续；12段单灯渐明、渐暗并跑马前进；13段差闪、调闪；14段三灯跑马；15段单灯渐亮至4灯全亮后齐灭；16段全亮全灭。
图6所示的是一种“小屏幕汉字广告机”显示电路。小屏幕汉字广告机可通过屏幕显示用汉字组成的图案，用作餐厅、商店、药房等中小营业场所的显示牌。小屏幕汉字广告机电路由屏幕显示电路、控制电路、字库存储电路和电源电路四个主要部分组成。在科普仪的“数字信号演示平台”上安装着组成小屏幕汉字广告机所需要的各种零部件。汉字图案将显示在液晶显示屏上。图7是一个显示“英”字的点阵及字形代码示意图。小屏幕汉字广告机的控制电路由计数器U1、U2组成，存储器U3、U4里存放着形成汉字的字库编码。用导线将数字信号控制演示平台上的拨码开关、计数器集成电路、存储器单元电路、译码集成电路、脉冲信号发生电路和电源电路按照图6所示连接起来就组成了一个完整的小屏幕汉字广告机电路。
图8所示的“微电脑彩灯控制器”采用了单片机程序控制、矩阵式输出，通过单片机的15根输出口线可以控制56路彩灯。使用微电脑控制的彩灯克服了传统彩灯控制器硬件一旦固定功能就不能改变的缺陷。本控制器可以用在广告灯箱控制，大型广告牌背景灯控制，各种“跑灯”“流水灯”控制等场合。其中集成块IC1为AT89C2051型单片机，电容C3和电阻R1组成IC1的上电复位电路，电容C1、C2是电源滤波电容，集成块IC2是彩灯显示译码驱动集成电路，控制执行器件用可控硅或继电器组成。用导线将电子科普仪“微电脑控制演示平台”上提供的单片机、译码集成电路、外围辅助器件单元中的固体继电器和稳压电源按图示方式连接起来即可组成一个完整的微电脑彩灯控制器。
单片机的控制输出信号由P1、P2两个I/O口完成。采用矩阵式输出方式。由P1口输出8个行驱动信号，由P3口输出7个列驱动信号。如果在P3.0口线上输出高电平时，经过IC2反相为低电平，此时为固态继电器SSR1～SSR8导通作好了准备，其中哪一只固态继电器导通取决于P1口的状态。当P1口输出00时，SSR1～SSR8全部熄灭，当P1口输出01H时，在P1.0口线上处于高电平的SSR1导通，由SSR1控制的彩灯(L1)被点亮；当P1口输出02H时，P1.1口线上处于高电平的SSR2导通，由SSR2控制的彩灯(L2)被点亮。以此类推。因此通过编制软件，改变P1口和P3口的状态达到对彩灯的不同的控制效果。
如果将下列运行程序用科普仪“微电脑控制平台”上提供的键盘和编程器输入到单片机中，接通电源后，即可使被控制的前八个彩灯进入工作状态，按照“全亮1秒→全灭1秒→L1亮1秒→L1、L2亮1秒→L1～L3亮1秒→L1～L4亮1秒……全亮1秒(循环)”的顺序显示流水效果。
程序清单如下<pre listing-type="program-listing"> ORG 0000H；程序入口地址 AJMP MAIN ORG 001BH；定时器T0中断入口地址 LJMP WT0 ORG 0030H MAINMOV SP，#50H ；设置堆栈指针 <dp n="d7"/> MOV20H，# MOV21H，#0 MOVP1，#0 MOVP3，#0 MOVTH0，#6 ；T0中断(方式2常数自动装入8位定时器) MOVTL0，#6 MOVTMOD，#02H SETB EA SETB ET0 SETB TR0 MMOVP3，#01H MOVP1，#0FH JNB08H，$ CLR08H MOVP3，#00H MOVP1，#00H JNB08H，$ CLR08H ACALL DSP AJMP M WTO PUSHACC PUSH PSW INC22H MOVA，22H CJNE A，#200，TORETI <dp n="d8"/> MOV22H，#0 INC23H MOVA，23H CJNE A，#10，，TORETI MOV23H，#0 SETB 08H TORETIPOPPSW POPACC RETI DSP SETB00H MOVP1， 20H MOVP3， #1 JNB08H， $ CLR08H SETB 01H MOVP1，20H JNB08H，$ CLR08H SETB 02H MOVP1，20H JNB08H，$ CLR08H SETB 03H MOVP1，20H JNB08H，$<dp n="d9"/> CLR08H SETB 04H MOVP1，20H JNB08H，$ CLR08H SETB 05H MOVP1，20H JNB08H，$ CLR08H SETB 06H MOVP1，20H JNB08H，$ CLR08H SETB 07H MOVP1，20H MOV20H，#0 RET END</pre>
权利要求1.一种电子科普仪，采用交直流两路供电，流线型箱体分为上盖(1)和下盖(2)两个部分，下盖(2)内设有一演示平台，安装有电压电流显示、液晶显示、数码显示、光电显示等器件，其特征在于演示平台分为模拟信号控制演示、数字信号控制演示和微电脑控制演示三种模板，每种模板上安装着能够进行相关领域的电子产品开发和教学项目演示所需要的各种零部件，各零部件的输入输出端子上设有插接弹簧或插接孔，电源回路中设有过流保护装置，在三种模板上都设有为演示实验所需的启动按钮、停止按钮、电源开关等开关控制单元，显示类器件中增加了电源指示灯。
2.根据权利要求1所述的电子科普仪，其特征在于箱体的上、下盖(1、2)采取了特殊的连接方式，下盖(2)连接处的两端设计了两个带轮的轴心，上盖(1)连接处的两端设计了两个圆形的腔体，用一半圆形的构件将其结合为一体。
3.根据权利要求1所述的电子科普仪，其特征在于上述模拟信号控制演示平台上安装着各种半导体器件和各种数值的电阻性器件、电感性器件、电容性器件、传感器件等能够组成放大器、振荡器、稳压器、节日彩灯控制器、可控硅整流器、有源双声道功放器、声光电控制器等可以组成各种典型应用电路的电子器件。
4.根据权利要求1所述的电子科普仪，其特征在于上述数字信号控制演示平台上安装着能够组成集成逻辑门电路、译码驱动电路、锁存计数集成电路、数字脉冲信号发生器、集成定时器电路、双JK触发器集成电路、编解码集成电路、红外接收头专用集成电路、可编程逻辑集成电路、555集成电路、手动编程器、自复式拨码开关等有实用价值的数字电子应用电路的各种逻辑类集成电路块。
5.根据权利要求1所述的电子科普仪，其特征在于上述微电脑控制演示平台上安装着组成各种单片机系统所需要的各种器件，主要有MCS-51系列单片机、编程器、各种规格的存储器、各种性能的接口电路、数模转换电路、定时中断电路、逻辑电路、PC机通讯电路，配备有性能优秀的PC-51仿真软件等。
专利摘要一种电子科普仪，流线型箱体分为上盖(1)和下盖(2)两个部分，箱体下盖(2)内设有一演示平台，安装有电压电流显示、液晶显示、数码显示、光电显示、电源显示等器件，演示平台分为模拟信号控制演示、数字信号控制演示和微电脑控制演示三种模板，每种模板上安装着能够进行相关领域的电子产品开发和教学项目演示所需要的各种零部件，各零部件的输入输出端子上设有插接弹簧或插接孔，电源回路中设有过流保护装置，模板上设有启动按钮、停止按钮、电源开关等，显示类器件中增加了电源指示灯。该科普仪实验项目齐全、层次分明、布局合理、方便实用，可同《中国JIP新阶段》信息技术系列实验教材的内容合而为一作为演示仪器。
文档编号G09B23/18GK2553463SQ0223915
公开日2003年5月28日 申请日期2002年6月22日 优先权日2002年6月22日
发明者张宁春 申请人:张宁春