电子技术实验箱设计思路新探索

张晓东，印　月，周　群

(四川大学　电气信息学院，成都　610065)



电子技术实验箱设计思路新探索

张晓东，印月，周群

(四川大学电气信息学院，成都610065)

摘要电子技术实验箱是电子技术实验教学的主要平台，从课堂教学到课外实践，该实验平台贯穿实验教学的各个阶段。为满足各阶段实验需求，提高教学质量，课题组自主研发、设计制作了一款新型电子技术教学实验箱。该实验箱打破了传统设计理念，采用新型电路结构方式，将实验箱各部分功能模块化，具有了极强的扩展功能，且造型美观大方，成本低廉，经久耐用，维护方便，可支持远程测量及在线测试系统。

关键词电子技术；新型电子技术实验箱；实验箱

电子技术实验教学是电类专业基础教学的重要环节，从课堂教学到课外实践，该课程实验贯穿大学学习的课程实践、全国大学生电子设计大赛、生产实习、毕业设计等各个阶段。为了给电子技术基础课程参与者提供更加方便灵活的实验环境，本文课题组设计并制作了便携式[1-2]新型电子技术实验箱。

借助新型电子技术实验箱，教师可以在课堂教学的同时安排演示实验，帮助学生加深对知识的理解和掌握。同时，设备也可以发放给学生带回寝室完成中规模的电路实验，学生通过实践练习自主思考发现问题，激发学习兴趣[3-7]。新型子技术实验箱的使用提高了课程教学的生动性，培养了学生的创新实践能力[8-10]，推进了在电子技术基础课程的教学中互动实践的创新模式。

1目前模拟电路实验箱状况

现阶段本校所使用的“THM-1型模拟电路实验箱” 难以满足学生及教师的实验需求，主要表现在以下两个方面。

1)元器件老化现象严重。

“THM-1型模拟电路实验箱”由于购置时间早，使用时间过长，元件老化、破损等现象严重，妨碍了实验课程的顺利进行，已不能满足实验教学改革的需求。

2)功能单一，设计性和综合性不足。

目前，本校所使用的电子技术实验箱分为“数字电子技术实验箱”和“模拟电子技术实验箱”。在电子技术实验课程中，学生首先需掌握两种型号的实验箱，这无疑增加了学生的学习负担，浪费了学时；其次，每个类型的实验箱所能完成的实验内容较少、功能简单，但实际的电子电路涵盖内容极广，各种电子电路系统功能结构日益复杂，靠单一的或几种电路已无法实现。

2新型电子技术实验箱设计思路

基于现阶段实验箱元件安装区域较小，无单片机接口，不能完成较大规模电路的设计的问题，本文课题组自主研发、设计制作了一款新型电子技术实验箱。设计思路从以下4个方面考虑。

1)改造实验箱外观。

基于实验平台的尺寸，为提高实验室的美观度，且不妨碍实验教学质量，新型电子技术实验箱体积为0.65m×0.50m×0.06m，净重不超过6kg，无箱盖，采用铝合金箱体封装，造型美观大方，如图1所示。

图1　新旧模拟电子实验箱外观对比图

2)功能电路实现模块化。

新型电子技术实验箱采用模块化设计思路，将模/数电输出单元设计为分离模块，根据实验要求，可自行安装模块，方便灵活。其次，芯片插座和固定器件安装区域采用混合式排列，芯片管脚插孔周围均匀排列有固定器件插孔，使得实际电路连接更加紧凑，降低了电路故障率。在未使用芯片时，芯片插孔可当作固定器件接口使用。

3)增设信号测量专用端口，支持远程测量及在线测试系统。

为配合实验教改项目中“在线测试系统”，实验箱专门增设了电路参数和波形测试功能区。其中，有6个自锁紧式数据电压测试插孔，且自锁紧式插座周围布有适当的镀银长紫铜针管(15mm)插座。有4个示波器测试BNC接口，具有探头阻抗匹配电路，每个接口设置切换开关，可在1X和10X两种衰减方式之间切换。其中，1X方式为有源方式，应用于小信号和电源纹波的测量场合；10X方式为无源10倍衰减方式，通过调节可调电容进行示波器波形校正。

4)强大的功能扩展区支持自主设计实验和开发。

实验箱具有的扩展功能区(包括LCD液晶显示和单片机)使实验教学内容更加全面和完善，增强了学生学习和实验的效果，特别是为我校“国际实践周”教学及优秀人才培养提供了最优的实验设备。学生根据项目任务和要求，选择实验箱上相应模块，用导线连接各模块；然后根据电路指标选择合适参数元件，并安插到各模块上，通过调试，完成并验证各种电子项目的开发工作。常规的电子项目开发，如学生在通用板上安插元件、焊接和调试，根据项目的难易程度，开发时间最少几天甚至几个月，而采用了实验箱后，由于集成有单片机的大部分功能，通过简单的安插元件、导线等步骤，可迅速验证电路功能，甚至一天内可做几个方案，实验箱提升了学生在电子系统方面设计的能力。

图2　旧/新模拟实验箱电路面板对比

3新型电子技术实验箱技术组成及特点

新型电子技术实验箱在现有实验箱的基础上做了较大的改进，在功能上，主要分为5大功能区，包括交直流电源、分立器件安装区、仪表区、扩展功能区和数据测试区，如图3所示。

图3　新型模拟电子技术实验箱功能结构图

1)交、直流电源，在新型电子技术实验箱中选用了高品质电源及相应的电源保护，为减小实验箱箱体高度，安装在实验面板上，体积适中不影响实验箱的整体外观。

2)分离元件安装区，新的元件安装区排列布局更紧凑，增加双列直插式芯片锁紧座，一方面使芯片插拔更加方便；另一方面，在锁紧座未插芯片时，锁紧座引出测试孔可作为独立测试孔使用。每个测试孔连接4个方向的0.8mm紫铜管插孔，方便各分离元件的连接。

3)仪表区，在现有电子技术实验箱中只有一个指针式毫安表，由于多年的使用和误操作，毫安表多数都已损坏。为提高测量精度，新型模拟电子技术实验箱布置了交流电压表、直流电压表和直流毫安表，在实验电路测试时可直接利用实验箱进行电压电流测试。

4)扩展功能区，为了使实验教学内容更加全面和完善，拓展学生学习和实验项目，特别是为培养学生的综合能力，在新型电子技术实验箱中增设了两个功能扩展区域，可通过数据接口与液晶屏、单片机最小系统连接。

5)数据测试区，为规范测试数据，同时方便与在线测试系统连接，在新型电子技术实验箱中增设了数据测试区。可将测试点电压引至数据测试区的万用表接口或示波器接口，再分别与外置设备连接。示波器接口配置探头阻抗匹配电路，每个接口设置切换开关，可在1X和10X两种衰减方式之间切换。

另外，新型电子技术实验箱通过配置各种功能电路板模块，可进一步扩大实验箱的使用范围，如配置数字逻辑开关组模块、发光二极管组模块和七段式数码管显示模块，可完成我校现阶段数字电子技术基础实验课程中的所有数电实验，因而可以极大地节约实验室建设成本。

4新型电子技术实验箱的应用

新型电子技术实验箱经过近半年的设计、安装和调试，现已顺利完成。为验证实验箱的适用性，参与本项目的理论老师、实验老师及部分学生对实验箱进行了功能测试。测试结果说明，实验箱电源保护功能强，电路搭建方便，操作简单，易掌握，参数测试稳定。能承担全校每年5 000余名本科学生，约30万人学时的实验教学任务，受益面大，对本科学生的能力培养具有重大意义，满足全校本科不同专业的“国际实践周”实验学习要求。还可用于大学各种电子技术课程实验及各类电子设计竞赛培训、学生科研开发和新产品开发等。进一步提升了实验品质与创新特色。

参 考 文 献

[1]姜俊敏，郝子轶，蓝帆，等.基于Labview和ARM的便携式多功能电子技术基础实验箱设计[J].中国现代教育装备，2011，7(119)，73-76.

[2]王建萍，欧积泉.便携式单片机DIY实验板研制[J].实验科学与技术，2007，5(6)：159-160.

[3]沈任元.学生主动型实验模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2007(8)：9-10.

[4]朱震华.新型单片机综合实验箱的研制[J].中国现代教育装备，2007(4)：28-29.

[5]张清，朱雷平，崔厚梅.多功能电路实验箱的研制[J].徐州工程学院学报，2006(12)：70-72.

[6]刘泾.DAM-II数字模拟多功能实验箱的研发[J].绵阳经济技术高等专科学校学报，2002，19(2)：37-39.

[7]张珂，朱广伟，詹雯.多功能电子电路实验箱的开发[J].中国新科技新产品，2011(22)：1-2.

[8]张远岐，任茂林，刘国昌.电路模拟数字综合实验箱的研制[J].实验室研究与探索，2000，19(5)：6-9.

[9]郑勇，梁海峰，吴勇.新型自控原理实验装置的研制[J].电气电子教学学报.2002(3)：65-69.

[10]迟德选，张建萍，杨凤芝，等.一种新实验系统的研制与应用[J]辽宁大学学报(自然科学版)，2003，30(1)：10-12.

New Exploration of Design Ideas of Electronic Technology Experiment Box

ZHANG Xiaodong，YIN Yue，ZHOU Qun

(SchoolofElectricalEngineeringandInformation，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)

AbstractElectronic technology experiment box is an main platform of electronic technology experiment teaching，from classroom teaching to practice after class.The experiment platform is throughout various stages of experimental teaching.To meet the demand of every stage of electronic technology experiment，and improve the quality of teaching，in the experimental teaching reform，this group independently researched，designed，and produced a new type of electronic technology teaching experiment box.The experiment box broke the traditional design concept，adopted new type of circuit structure，and made functional parts of the experiment box modular，and supported remote measurement and online testing system，with strong extension function，and beautiful generous appearance，cheap，durable，easy maintenance.

Key wordselectronic technology; new type experiment box of electronic technology; experiment box

收稿日期:2015-05-12；修改日期: 2015-05-27

作者简介：张晓东(1972-)，男，硕士，工程师，主要从事电工电子技术方面的研究。

中图分类号TN710

文献标志码A

doi:10.3969/j.issn.1672-4550.2016.02.022