CN104992595B - 一种减少连接电缆组件的教学实验电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种减少连接电缆组件的教学实验电路，包括：教学实验人机操作界面、实验项目应用软件、控制电路及控制逻辑、教学实验模块之间的开关电路；通过人机操作界面的实验菜单选择对应的实验项目，启动相应的应用软件和驱动程序，驱动控制电路发出控制信号，实现对开关电路的控制，选择对应的信号通路，开展教学实验。本发明避免了在开展微波组件、发射或接收系统实验时通过外部电缆组件连接教学实验模块电路，也避免了因实验项目切换而在实验测试接口上频繁地拆卸和连接外部电缆组件，同时也降低了教学实验模块电路输入、输出接口接插件的损坏风险，并提高了教学实验效率。
Description
技术领域
本发明涉及教学实验装置领域，特别涉及一种减少连接电缆组件的教学实验电路。
背景技术
在电子信息类教学实验设备(如微波/通信综合实验箱)中，为加深学生对知识点的理解，提升教学实验效果，培养学生的实践操作能力和工程应用能力，需要为教学实验设备中基于信号发射或接收系统原理设计，在信号流程上相互关联而功能独立的各个教学实验模块引出实验测试接口，并将教学实验模块通过某种连接方式组成微波组件、发射或接收系统，开展功能独立的教学实验模块电路教学实验、微波组件实验、发射或接收系统实验。
现有技术方案中，每个功能独立的教学实验模块电路具有各自的输入、输出接口，其输入、输出口不但是开展功能独立的教学实验的测试接口，也是通过外部电缆组件连接教学实验模块组成微波组件、发射或接收系统的接口。
图1所示为现有的教学实验设备中在信号流程上相互关联、功能独立的教学实验模块电路的示意图，其中图1(a)为独立模块化设计的教学实验电路，图1(b)为采用一体化设计的教学实验电路。图1(a)和图1(b)所示教学实验电路的共同缺点是在开展功能独立的教学实验模块电路实验、微波组件实验、发射或接收系统实验时，需频繁的拆卸、连接在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块电路之间的外部电缆组件b2。
现有技术方案具有以下缺点：
(1)开展功能独立的教学实验时，需拆卸下在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块之间的外部电缆组件；
(2)开展微波组件、发射或接收系统教学实验时，需将在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块通过外部电缆组件进行连接；
(3)为兼顾开展功能独立的教学实验模块实验、微波组件实验、发射或接收系统实验，需频繁的拆卸、连接教学实验模块之间的外部电缆组件；
(4)由于外部电缆组件和功能独立的教学实验模块的输入、输出接口的接插件都是易损件，频繁的拆卸、连接使外部电缆组件和接插件存在较高的损坏风险；
(5)频繁的拆卸、连接导致实验效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少连接电缆组件的教学实验电路，与现有技术方案相比，本发明通过开关切换电路实现在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块实验、微波组件、发射或接收系统实验，取代在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块电路之间的外部电缆组件。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种减少连接电缆组件的教学实验电路，包括：教学实验人机操作界面、实验项目应用软件、控制电路及控制逻辑、教学实验模块之间的开关电路；
其中，教学实验人机操作界面是在计算机平台设计教学实验的人机操作界面，开展教学实验时，通过人机操作界面的实验菜单选择对应的实验项目；
实验项目应用软件是采用软件设计各项实验项目的应用软件和驱动程序，通过人机操作界面选择实验项目时，启动相应的应用软件和驱动程序，驱动控制电路发出控制信号，实现对开关电路的控制，选择对应的信号通路，开展教学实验；
控制电路及控制逻辑是采用数字信号处理芯片设计控制电路，根据各种实验项目设计控制逻辑程序并固化在存储单元电路中；
教学实验模块之间的开关电路是基于射频开关的切换，选择单独功能实验或者组件实验。
可选地，所述控制电路(40)向对应开关电路的控制信号(c1)、…、(c2(n-1))设置控制电平，驱动对应的开关电路(k1)、…、(k2(n-1))，开关电路(k1)、…、(k2(n-1))采用正逻辑控制或者采用负逻辑控制。
可选地，当采用正逻辑控制时，当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为高电平时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口；当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为低电平时，将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))连接成组件。
可选地，当采用负逻辑控制时，当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为低电平时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口；当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为高电平时，将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))连接成组件。
可选地，当采用正逻辑或负逻辑组合控制时，当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为高、低电平组合时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口或将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))连接成组件。
可选地，所述开关电路(k1)、…、(k2(n-1))为单刀双掷电子开关。
可选地，第一教学实验模块(501)的输入端与第一外部输入端口(IN1)相连接，其输出端与第一开关电路(k1)的动端相连接，第一开关电路(k1)的第一不动端与第一外部输出端口(OUT1)相连接；第n教学实验模块(50n)的输入端与第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的动端相连接，其输出端与第n外部输出端口(OUTn)相连接，第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的第一不动端与第n外部输入端口(INn)相连接；第一开关电路(k1)和第二开关电路(k2)、第三开关电路(k3)和第四开关电路(k4)、……、第2n-3开关电路(k2n-3)和第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的第二不动端两两彼此相连接；第二开关电路(k2)、第三开关电路(k3)、……第2n-3开关电路(k(2n-3))中，偶数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输入端口相连接，奇数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输出端口相连接。
本发明的有益效果是：
(1)实现了教学实验设备中在信号流程上相互关联而功能独立的教学实验模块实验的快速切换、连接；
(2)避免了教学实验设备中开展功能独立的教学实验模块实验、微波组件实验、发射或接收系统实验时频繁的拆卸、连接外部电缆组件；
(3)实现了教学实验电路实验连接次数的大幅减少；
(4)有效降低了因频繁拆卸、连接电缆带来的教学实验电路测试接口接插件的损坏风险；
(5)有效提高了教学实验效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1(a)为独立模块化设计的教学实验电路结构示意图；
图1(b)为采用一体化设计的教学实验电路结构示意图；
图2为本发明的教学实验电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种减少连接电缆组件的教学实验电路，包括：教学实验人机操作界面设计，实验项目应用软件设计，控制电路及控制逻辑设计，在信号流程上相互关联、功能独立的教学实验模块之间开关电路设计。
其中，教学实验人机操作界面设计的实现方法是在计算机平台设计教学实验的人机操作界面，开展教学实验时，可通过人机操作界面的实验菜单选择对应的实验项目。
实验项目应用软件设计的实现方法是采用软件方法设计各项实验项目的应用软件和驱动程序，通过人机操作界面选择实验项目时，启动相应的应用软件和驱动程序，驱动控制电路发出控制信号，实现对开关电路的控制，选择对应的信号通路，开展教学实验。
控制电路及控制逻辑设计的实现方法是采用数字信号处理芯片设计控制电路，根据各种实验项目设计控制逻辑程序并固化在存储单元电路中。控制电路可以选用FPGA、DSP、ARM或者单片机等数字信号处理芯片。
教学实验电路中在信号流程上相互关联、功能独立的教学实验模块之间开关电路设计的实现方法是基于射频开关设计教学实验模块，通过开关切换，可方便地选择功能电路部件实验、组件实验、发射或接收系统实验。
下面结合附图对本发明的一种减少连接电缆组件的教学实验电路进行详细说明。
图2所示为本发明一种减少连接电缆组件的教学实验电路的原理图。
如图2所示，本发明将教学实验电路中在信号流程上相互关联、功能独立的教学实验模块设计在一块印制电路板上，每个教学实验模块对应一个功能区域。各个教学实验模块的输入、输出端通过基于射频开关的开关电路k1、…、kn-1实现相互之间的连接或断开，从而实现模块电路实验、电路组件实验、发射和接收系统实验的选择。
本发明的教学实验电路，通过软件将教学实验项目10设计在实验人机操作界面20上，通过人机操作界面20实现实验项目的选择；选择对应的实验项目后，启动对应的应用软件30，驱动控制电路40向对应开关的控制信号c1、…、c2(n-1)设置控制电平，驱动教学实验电路50对应的开关电路k1、…、k2(n-1)，开关电路k1、…、k2(n-1)可以采用正逻辑控制，也可以采用负逻辑控制。
当采用正逻辑控制时，当控制信号c1、…、c2(n-1)为高电平时，将各个功能独立的教学实验模块通过开关电路k1、…、k2(n-1)切换到对应的输入、输出端口，当控制信号c1、…、c2(n-1)为低电平时，将相邻的功能独立的教学实验模块通过开关电路k1、…、k2(n-1)连接成组件或通路。通过开关电路k1、…、k2(n-1)的组合控制，可实现功能模块电路、组件、发射和接收系统的通路选择，开展对应的教学实验。
如图2所示，开关电路k1、…、k2(n-1)为单刀双掷电子开关，教学实验模块501的输入端与外部输入端口IN1相连接，其输出端与开关电路k1的动端相连接，开关电路k1的第一不动端与外部输出端口OUT1相连接；教学实验模块50n的输入端与开关电路k2(n-1)的动端相连接，其输出端与外部输出端口OUTn相连接，开关电路k2(n-1)的第一不动端与外部输入端口INn相连接；开关电路k1和k2、k3和k4、……、k2n-3和k2(n-1)的第二不动端两两彼此相连接；开关电路k2、k3、……k(2n-3)中，偶数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输入端口相连接，奇数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输出端口相连接。
下面结合具体实施例对本发明的教学实验电路进行详细说明。
当开展功能独立的教学实验时，从教学实验人机操作界面20选择相应的模块电路实验项目，启动相应的应用软件30，控制电路40将对应的控制信号c1、…、c2(n-1)设置为高电平，将各个教学实验模块通过开关电路k1、…、k2(n-1)切换到对应的外部输入端口IN、外部输出端口OUT，通过开关切换选择对应的教学实验模块开展教学实验。
以开展502模块实验为例，说明实现过程：在教学实验人机操作界面20选择“502实验”，应用软件30驱动控制电路40工作，控制电路40将控制信号c2置为高电平，c2控制开关电路k2，开关电路k2连接到IN2端，实现将功能独立的教学实验模块502的输入端切换到IN2端；同时，控制电路40对控制信号c3置高电平，c3控制开关电路k3，开关电路k3连接到OUT2端，实现将功能独立的教学实验模块502的输出端切换到OUT2端，此时教学实验模块502输入、输出分别连接至输入接口IN2和输出接口OUT2，可开展该模块的测试实验；同样地，可开展其它功能独立的模块电路的教学实验。
当开展微波组件实验、发射或接收系统实验时，从教学实验人机操作界面20选择相应的微波组件实验、发射或接收系统实验。启动相应的应用程序30，控制电路40向对应开关的控制信号c1、…、c2(n-1)设置相应的控制电平，控制对应的开关电路k1、…、k2(n-1)，通过开关电路k1、…、k2(n-1)的切换选择对应的微波组件、发射或接收系统通路。
以开展501-502组件实验为例，说明实现过程：在教学实验人机操作界面20选择“501-502组件实验”，应用程序30驱动控制电路40工作，控制电路40对控制信号c1、c2置低电平，c1、c2分别控制开关电路k1、k2，在c1、c2的控制下，开关电路k1、k2直接连接的一端分别与功能独立的教学实验模块501的输出端、502的输入端相连，从而实现501、502的内部连接；控制电路40对控制信号c3置高电平，c3控制开关k3，将功能独立的教学实验模块502的输出端切换到OUT2端，从而实现从IN1输入、OUT2输出的501-502组件的连接，实现501-502组件测试实验。
相同地，从教学实验人机操作界面20选择其它的微波组件实验、发射或接收系统实验时，启动相应的应用程序30，驱动控制电路40工作，控制电路40向对应的控制信号c1、…、c2(n-1)设置相应的电平，控制对应的开关k1～k2(n-1)，控制教学实验模块501～50n的输入、输出进行组合切换，可完成其它对应的微波组件、发射或接收系统教学实验。
本发明实现了教学实验电路的内部连接，避免了通过外部电缆组件进行连接，同时避免了外部连接电缆组件的大量使用。
本发明也可采用负逻辑电平控制，只需要将控制信号c1、…、c2(n-1)设为相反的电平即可实现。
本发明也可采用正逻辑或负逻辑组合控制，当采用正逻辑或负逻辑组合控制时，当控制信号(c1)、…、(c2(n-1))为高、低电平组合时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口或将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1)、…、(k2(n-1))连接成组件。
本发明通过开关电路切换实现教学实验模块实验、微波组件、发射或接收系统实验，取代教学实验模块之间的外部电缆组件，只有在开展功能独立的教学实验模块实验时才使用其输入、输出实验测试接口，开展微波组件、发射或接收系统实验时不通过外部电缆连接，避免因实验项目切换而频繁地拆卸和连接外部电缆组件，既降低了教学实验模块输入、输出接口接插件的损坏风险，也提高了教学实验效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种减少连接电缆组件的教学实验电路，其特征在于，包括：教学实验人机操作界面、实验项目应用软件、控制电路及控制逻辑、教学实验模块之间的开关电路；
其中，教学实验人机操作界面是在计算机平台设计教学实验的人机操作界面，开展教学实验时，通过人机操作界面的实验菜单选择对应的实验项目；
实验项目应用软件是采用软件设计各项实验项目的应用软件和驱动程序，通过人机操作界面选择实验项目时，启动相应的应用软件和驱动程序，驱动控制电路发出控制信号，实现对开关电路的控制，选择对应的信号通路，开展教学实验；
控制电路及控制逻辑是采用数字信号处理芯片设计控制电路，根据各种实验项目设计控制逻辑程序并固化在存储单元电路中；
教学实验模块之间的开关电路是基于射频开关的切换，选择单独功能实验或者组件实验；
所述控制电路(40)向对应开关电路的控制信号(c1、…、c2(n-1))设置控制电平，驱动对应的开关电路(k1、…、k2(n-1))，开关电路(k1、…、k2(n-1))采用正逻辑控制或者采用负逻辑控制；
当采用正逻辑控制时，当控制信号(c1、…、c2(n-1))为高电平时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口；当控制信号(c1、…、c2(n-1))为低电平时，将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))连接成组件；
当采用负逻辑控制时，当控制信号(c1、…、c2(n-1))为低电平时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口；当控制信号(c1、…、c2(n-1))为高电平时，将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))连接成组件；
当采用正逻辑和负逻辑组合控制时，当控制信号(c1、…、c2(n-1))为高、低电平组合时，将各个教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))切换到对应的输入、输出端口或将相邻的教学实验模块通过开关电路(k1、…、k2(n-1))连接成组件。
2.如权利要求1所述的减少连接电缆组件的教学实验电路，其特征在于，所述开关电路(k1、…、k2(n-1))为单刀双掷电子开关。
3.如权利要求2所述的减少连接电缆组件的教学实验电路，其特征在于，第一教学实验模块(501)的输入端与第一外部输入端口(IN1)相连接，其输出端与第一开关电路(k1)的动端相连接，第一开关电路(k1)的第一不动端与第一外部输出端口(OUT1)相连接；第n教学实验模块(50n)的输入端与第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的动端相连接，其输出端与第n外部输出端口(OUTn)相连接，第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的第一不动端与第n外部输入端口(INn)相连接；第一开关电路(k1)和第二开关电路(k2)、第三开关电路(k3)和第四开关电路(k4)、……、第2n-3开关电路(k2n-3)和第2(n-1)开关电路(k2(n-1))的第二不动端两两彼此相连接；第二开关电路(k2)、第三开关电路(k3)、……第2n-3开关电路(k(2n-3))中，偶数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输入端口相连接，奇数号码开关电路的第一不动端分别依次与第2-第n-1外部输出端口相连接。
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