[发明专利]个人实验室系统集成装置

权利要求书

1.一种个人实验室系统集成装置，其包括电源，与电源相连的主板和驱动板，其特征在于，该个人实验室系统集成装置还包括：

电压输出模块，用于输出多通道独立可调的电压；

实时电流测量模块，用于在输出电压的同时测量电压通道流过的电流；

电流源模块，用于输出多通道电流独立可调的电流源；

电压输入检测模块，用于测量多路外接输入电压；

数字IO电平转换模块，用于实现数字IO输入和输出的电平转换；

通讯协议控制模块，用于实现多种通讯协议的收发。

2.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，输出多通道独立可调的电压，该个人实验室系统集成装置主板上设有CPU和FPGA，其中CPU接收输出电压的指令并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生DAC转换控制时序，输出模拟电压，该模拟电压经电压、电流放大驱动模块驱动后，再经过过电流保护和电流检测模块，通过驱动板上的实验接口电压输出端输出。

3.如权利要求2所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，还包括实时多通道电流检测，电流检测模块实时检测电压输出通道流过的电流信号，该电流检测模块包括采样电阻和差动放大模块，其中采样电阻取得电流信号，经过差动放大和幅值调理后，再通过模拟输入通道送入主板上的A/D转换器进行模数转换，通过FPGA读取ADC转换结果，送入CPU，经CPU补偿计算后转换成相应的电流值。

4.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，还包括多通道电压检测，外部输入的模拟电压信号经由过电压保护电路后，再送入模拟电压输入缓冲模块进行缓冲和电平转换，之后送入主板上的A/D转换器进行模数转换，通过FPGA读取ADC转换结果，送入CPU，经CPU补偿计算后转换成相应的电压值。

5.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，该驱动板还包括多个电流源输出通道，CPU接收电流源输出电流的指令，计算出相应的控制量，并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生D/A转换器控制时序，经DAC输出模拟控制电压值，该模拟电压值输入驱动板上的电流源驱动模块，该电流源驱动模块将该电压值转换成电流源，通过驱动板上的电流源输出接口输出。

6.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，该装置还包括输入、输出电平可调的数字I/O接口，采用如下所述的电压输出方式输出三路数字IO控制电压，分别是数字信号高电平电压、低电平电压和门限电压：CPU接收输出电压的指令并将其转换成控制指令，该控制指令被传递至FPGA，FPGA根据该控制指令产生DAC转换控制时序，输出模拟电压，该模拟电压经电压、电流放大驱动模块驱动后，经过过电流保护和电流检测模块后作为数字IO输入和输出的参考基准；其中高电平电压、低电平电压通过多路模拟开关器件切换，实现数字IO输入、输出电平的调节，门限电压连接到多路模拟开关用作数字IO输入信号0和1门限判别。

7.如权利要求6所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，数字IO的输出采用高速模拟多路开关直接连接到高电平电压通道或低电平电压通道，实现数字IO的电平调节，运用数字IO的扫描输出，配合对高电平和低电平通道的电流测量，实现对数字IO连接开路和短路的检测。

8.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，实验接口的数字IO，通过FPGA灵活的配置指定的IO成为I2C、SPI通讯协议的数据、时钟线和控制线，在FPGA控制下实现I2C、SPI的通讯时序，实现与实验对象的数据交换。

9.如权利要求1所述的个人实验室系统集成装置，其特征在于，其还包括PWM信号输出，CPU接收PC或操作面板的指令，转换成对应的PWM频率和占空比值并传送至FPGA，FPGA根据CPU的控制量输出对应的PWM信号。