一種基於霍爾效應的與或非門邏輯電路演示器的製作方法

2023-04-26 11:31:36

本發明涉及一種物理實驗教具，具體涉及一種基於霍爾效應的與或非門邏輯電路演示器。

背景技術：

目前中學物理實驗室演示用的邏輯電路演示器，多數由一線教學老師自製，多數老師用普通開關或電子開門來製作與門、或門、非門，演示功能單一，演示效果不夠理想，缺少新穎性和創造性，缺少一種基於傳感器的邏輯電路演示器，用來解決中學物理實驗教具存在的不足。

技術實現要素：

本發明利用霍爾效應模塊，設計製作一種與或非門邏輯電路演示器，用來解決物理實驗教學過程中存在的不足。本發明採用如下技術方案：一種基於霍爾效應的與或非門邏輯電路演示器，包括底座、門電路、繼電器、霍爾傳感器A、霍爾傳感器B、霍爾傳感器C、非門電路、發光二極體、直流電源、磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C、接線柱、開關、限流電阻、電壓傳感器、數據採集器、探頭、電平指示器；所述底座上安裝了霍爾效應傳感器A、霍爾效應傳感器B、霍爾效應傳感器C，可組成與門、或門電路；所述底座上安裝了一個非門電路，所述底座安裝了一個發光二級管，它與限流電阻串聯，用於演示與非門邏輯電路輸出的信號是亮還是滅；所述霍爾傳感器A左端連接接線柱A，右端連接接線柱B，所述霍爾傳感器A上連接磁鐵架A，其左端還連接霍爾傳感器A輸入電平指示器，右端連接霍爾傳感器A輸出電平指示器；所述霍爾傳感器B左端連接線柱C，右端連接接線柱D，所述霍爾傳感器B上連接磁鐵架B，其左端還連接霍爾傳感器B輸入電平指示器，右端連接霍爾傳感器B輸出電平指示器；所述霍爾傳感器C左端連接接線柱E，右端連接接線柱F，所述霍爾傳感器C上連接磁鐵架C，其左端還連接霍爾傳感器C輸入電平指示器，右端連接霍爾傳感器C輸出電平指示器；演示與門電路時，只需將霍爾傳感器A、霍爾傳感器B、霍爾傳感器C用導線串聯；演示或門電路時，只需將霍爾傳感器A、霍爾傳感器B、霍爾傳感器C用導線並聯；所述非門電路為集成電路模塊，其左端連接接線柱F，右端連接接線柱G，其左端還接非門電路輸入電平指示器，右端連接非門電路輸出電平指示器，所述非門電路的輸出端連接到發光二極體的正極；所述底座上安裝了直流電源，所述直流電源的正極連接接線柱A，它的負極連接接線柱H，所述接線柱H為整個電路的地線，即公共負極接線端；所述發光二極體與限流電阻串聯後，正極性一端連接接線柱G，負極性一端連接公共負數接線柱H；所述開關與非門電路的輸入、輸出端並聯。

進一步地，所述與門、或門、非門電路都包含一個繼電器，它相當於一個自動開關。

進一步地，所述電壓傳感器連接數據採集器，所述數據採集器，通過USB連接筆記本電腦，用於顯示各門電路輸入、輸出端的波形線或高低電平；所述電壓傳感器的輸入端一端連接公共負極接線柱H，另一端連接探頭，用於探測各門電路輸入、輸出埠的高低電平，即探測各接線柱實際輸出的高低電平，所述直流電源的負極還連接電源負極電平指示器。

進一步地，所述各接線柱用於連接導線，或通過探頭測定各接線柱所在位置處的輸入、輸出波形，或用於測定各接線柱所在位置處的高低電平。

進一步地，演示與門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C上即可，只需將開關閉合，即將非門電路輸入、輸出端短路。

進一步地，演示與非門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C上，同時將開關斷開；通過觀察各門電路輸入、輸出電平，及發光二極體，即可獲得整個與非門電路的邏輯關係。

進一步地，演示或門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C上即可，只需將開關閉合，即將非門電路輸入、輸出端短路。

進一步地，演示或非門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C上，同時將開關斷開，通過觀察各門電路輸入、輸出電平，及發光二極體的發光情況，即可獲得整個或非門電路的邏輯關係。

進一步地，所述磁鐵架A、磁鐵架B、磁鐵架C用於放置小磁鐵，便於取走小磁鐵，具有較好的可視性。

本發明的有益效果在於，演示與門、非門、與非門、或非門，只要用導線連接各接線柱即可實現；各門電路輸入、輸出電平既可通過電平指示器指示，還可通過傳感器顯示各門電路輸入、輸出端的波形，在中學物理教學過程中，演示各門電路邏輯關係一目了然，效果顯著。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖，

圖2為本發明的與門結構示意圖，

圖3為本發明的或門結構示意圖，

圖4為本發明的輸入、輸出電平指示器位置示意圖，

其中，1—底座，2—霍爾傳感器A，3—霍爾傳感器B，4—霍爾傳感器C，5—非門電路，6—發光二極體，7—直流電源，8—磁鐵架A，9—磁鐵架B，10—磁鐵架C，11—接線柱A，12—接線柱B，13—接線柱C，14—接線柱D，15—接線柱E，16—接線柱F，17—接線柱G，18—開關，19—接線柱H，20—限流電阻，21—電壓傳感器，22—數據採集器，23—探頭，24—霍爾傳感器A輸入電平指示器，25—霍爾傳感器A輸出電平指示器，26—霍爾傳感器B輸入電平指示器，27—霍爾傳感器B輸出電平指示器，28—霍爾傳感器C輸入電平指示器，29—霍爾傳感器C輸出電平指示器，30—非門電路輸入電平指示器，31—非門電路輸出電平指示器，32—電源負數電平指示器。

具體實施方式

實施例1，如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種基於霍爾效應的與或非門邏輯電路演示器，包括底座1、門電路、繼電器、霍爾傳感器A2、霍爾傳感器B3、霍爾傳感器C4、非門電路5、發光二極體6、直流電源7、磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10、接線柱A11、接線柱B12、接線柱C13、接線柱D14、接線柱E15、接線柱F16、接線柱G17、開關18、接線柱H19、限流電阻20、電壓傳感器21、數據採集器22、探頭23、霍爾傳感器A輸入電平指示器24、霍爾傳感器A輸出電平指示器25、霍爾傳感器B輸入電平指示器26、霍爾傳感器B輸出電平指示器27、霍爾傳感器C輸入電平指示器28、霍爾傳感器C輸出電平指示器29、非門電路輸入電平指示器30、非門電路輸出電平指示器31、電源負數電平指示器32；所述底座1上安裝了霍爾效應傳感器A2、霍爾效應傳感器B3、霍爾效應傳感器C4，可組成與門、或門電路；所述底座1上安裝了一個非門電路5，所述底座1安裝了一個發光二級管6，它與限流電阻20串聯，用於演示與非門邏輯電路輸出的信號是亮還是滅，所述底座1上安裝了直流電源7和開關18；所述霍爾傳感器A2左端連接接線柱A11，右端連接接線柱B12，所述霍爾傳感器A2上連接磁鐵架A8，其左端還連接霍爾傳感器A輸入電平指示器24，右端連接霍爾傳感器A輸出電平指示器25；所述霍爾傳感器B3左端連接線柱C13，右端連接接線柱D14，所述霍爾傳感器B3上連接磁鐵架B9，其左端還連接霍爾傳感器B輸入電平指示器26，右端連接霍爾傳感器B輸出電平指示器27；所述霍爾傳感器C4左端連接接線柱E15，右端連接接線柱F16，所述霍爾傳感器C4上連接磁鐵架C10，其左端還連接霍爾傳感器C輸入電平指示器28，右端連接霍爾傳感器C輸出電平指示器29；演示與門電路時，只需將霍爾傳感器A2、霍爾傳感器B3、霍爾傳感器C4用導線串聯；演示或門電路時，只需將霍爾傳感器A2、霍爾傳感器B3、霍爾傳感器C4用導線並聯；所述非門電路5為集成電路模塊，其左端連接接線柱F16，右端連接接線柱G17，其左端還接非門電路輸入電平指示器30，右端連接非門電路輸出電平指示器31，所述非門電路5的輸出端連接到發光二極體6的正極；所述直流電源7的正極連接接線柱A11，它的負極連接接線柱H19，所述接線柱H19為整個電路的地線，即公共負極接線端；所述發光二極體6與限流電阻20串聯後，正極性一端連接接線柱G17，負極性一端連接公共負數接線柱H19；所述開關18與非門電路5的輸入、輸出端並聯。

所述與門、或門、非門電路都包含一個繼電器，它相當於一個自動開關。

所述電壓傳感器21連接數據採集器22，所述數據採集器22，通過USB連接筆記本電腦，用於顯示各門電路輸入、輸出端的波形線或高低電平；所述電壓傳感器21的輸入端一端連接公共負極接線柱H19，另一端連接探頭23，用於探測各門電路輸入、輸出埠的高低電平，即探測各接線柱實際輸出的高低電平，所述直流電源7的負極還連接電源負極電平指示器32。

所述各接線柱用於連接導線，或通過探頭23測定各接線柱所在位置處的輸入、輸出波形，或用於測定各接線柱所在位置處的高低電平。

演示與門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10上即可，只需將開關18閉合，即將非門電路5輸入、輸出端短路。

演示與非門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10上，同時將開關18斷開；通過觀察各門電路輸入、輸出電平，及發光二極體6，即可獲得整個與非門電路的邏輯關係。

演示或門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10上即可，只需將開關18閉合，即將非門電路5輸入、輸出端短路。

演示或非門邏輯關係時，用小磁鐵分別放置於磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10上，同時將開關18斷開，通過觀察各門電路輸入、輸出電平，及發光二極體6的發光情況，即可獲得整個或非門電路的邏輯關係。

所述磁鐵架A8、磁鐵架B9、磁鐵架C10用於放置小磁鐵，便於取走小磁鐵，且具有較好的可視性。

本發明的有益效果在於，演示與門、非門、與非門、或非門，只要用導線連接各接線柱即可；各門電路輸入、輸出電平既可通過電平指示器指示，還可通過傳感器顯示各門電路輸入、輸出端的波形，在物理教學過程中，演示各門電路邏輯關係一目了然，效果顯著。