專利名稱：電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種實驗裝置，具體地說是一種適于高等院校電子電路實驗 與考試的鑒別與管理系統(tǒng)。
(二)
背景技術：
開設綜合性、設計性實驗項目，實驗內容多樣化，實驗課程考核，對所有高 校都是難點。在當前電子電路實驗教學過程中學生是被動的、從屬的，只要按照 老師講解的過程和實驗指導書上的接線圖進行,不用動腦即可輕松完成實驗；尤 其是實驗方案單一，往往一個實驗只有一套實驗電路圖，這就造成了實驗測試結 果相似，使學生在實驗過程中普遍存在抄襲現(xiàn)象；這就極大的弱化了實驗對學生 實踐能力培養(yǎng)的作用，更缺失了對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
目前，我們尚未發(fā)現(xiàn)用于電子電路實驗與考試的黑箱系統(tǒng)的實體，亦未發(fā)現(xiàn) 有關電子電路實驗與考試黑箱系統(tǒng)的文獻記載。
(三)

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種適于高等院校電子電路實驗與考試，具有鑒別與 管理功能的電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)。 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
它包括PC上位機、主控機、黑箱以及包含有黑箱數(shù)據(jù)庫的運行軟件組成； 主控機是黑箱識別及信息打印的核心控制系統(tǒng)，山單片機、射頻讀卡器、MAX232 接口、微型打印機構成；黑箱內封裝被測電路模塊與射頻卡芯片；當黑箱靠近主 控機時，主控機內含的射頻讀卡器讀取黑箱內置射頻卡的序列號信息；并將該信 息經(jīng)通信鏈路傳送給PC上位機，PC將序列號信息與內置的黑箱數(shù)據(jù)庫比對， 從而獲得黑箱內置電路模塊的參數(shù)。
本發(fā)明還可以包括
電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)主控機設計主控機以單片機(89C51)和MAX232 接口為核心，通過J1、 J2、 J3三個插座分別連接微型打印機、射頻讀卡器、PC 上位機；其具體結構如圖2所示，單片機P1.0 P1.7經(jīng)由Jl插座2 9針連接
微型打印機數(shù)據(jù)端口，并行傳入打印數(shù)據(jù)；微型打印機^、 ACK、 BUSY、 SEL、ERR端口分別經(jīng)由Jl插座第l針、第10針、第11針、第13針、第15針、連
接單片機T0(P3. 4) 口、阪(P3. 6) 口、 INT1(P3. 3) 口、T1(P3. 5) 口、 Z^(P3. 7)
口，單片機通過上述端口對微型打印機實施控制；單片機TXD(P3. 1) 口經(jīng)由J2 插座第2針連接射頻讀卡器REST1 口，控制射頻讀卡器復位；射頻讀卡器RFCAD 口經(jīng)由J2插座第3針連接MAX232接口 T2IN端，經(jīng)電平轉換后i MAX232接口 T20UT端輸出至J3插座第2針，該針連接PC上位機串行輸入口 ，射頻讀卡器讀 出的射頻卡芯片序列號經(jīng)由上述通信鏈路傳送給PC上位機；PC上位機串行輸 出口經(jīng)由J3插座第3針連至MAX232接口 R1IN端，經(jīng)電平轉換后由R10UT端連 至單片機RXD(P3.0), PC上位機的打印信息經(jīng)上述通信鏈路傳送給單片機。
本發(fā)明為了進一步推進實驗課程的教學改革，提供了一種電子電路實驗與考 核黑箱系統(tǒng)，用于"電路基礎"、"模擬電路"課程實驗與考核，獨僻了實驗與考 核的新途徑。
所謂黑箱又稱黑,:子，其基本思想是將某元件或電路置于煙盒大小的塑料箱 內，外面有接線端子。每個黑箱的外觀形狀相同，而內部置入的元件與電路各不 相同，性能參數(shù)多種多樣。學生在未知黑箱內裝何物的的情況下，通過實驗手段 測得黑箱的元件或電路參數(shù)，這正是黑箱的實質。由于每個黑箱內置電路不同， 把黑箱引入實驗教學可使每個學生的實驗電路不同，促使學生獨立完成實驗，杜 絕抄襲；尤其應用在實驗考核中，確?？己私Y果公正合理。
黑箱實驗實現(xiàn)了由定性測量到定量測量，是設計性實驗的基礎，由于學生事 先并不知道黑箱內部的結構和功能，可視為一個集成系統(tǒng)。因而每個學生所作的 實驗均不相同，必須自行設計實驗方案，建立測試條件，組裝實驗電路，獨立完 成測試。黑箱實驗系統(tǒng)可以提供一種新穎的設計性實驗思路，對于提高學生獨立 的分析問題、解決問題的能力，以及綜合測試能力是有益的。
黑箱又為實驗考核提供了新途徑。對于實踐類課程的考核，不能像理論課程 那樣統(tǒng)一命題、集中考試，因此實驗考核成為實驗教學改革的難點。黑箱考核可 以做到"一人一箱"，甚至是"一人多箱"，在考試時，學生當場拿到黑箱，每個 學生的實驗結果都不相同，有效地杜絕了學生互相抄襲實驗數(shù)據(jù)，為實驗考核提 供了公平公正的平臺。

4圖l是本發(fā)明的構成框圖2是本發(fā)明的主控機硬件系統(tǒng)示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述
結合圖l，本發(fā)明的電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)的組成包括PC上位機、主控 機、黑箱以及包含有黑箱數(shù)據(jù)庫的運行軟件組成；黑箱內封裝被測電路模塊與射 頻卡芯片；主控機是黑箱識別及信息打印的核心控制系統(tǒng)，它山單片機、射頻讀 卡器、MAX232接口、微型打印機構成；當黑箱靠近主控機吋，主控機內的射頻 讀卡器讀出黑箱內含射頻芯片編號并經(jīng)MAX232接口傳送PC上位機，上位機將信 息與黑箱數(shù)據(jù)庫比對獲得黑箱內封裝被測電路模塊參數(shù)，并將電路模塊參數(shù)及相 應打印信息經(jīng)MAX232接口傳送回單片機，單片機控制串行微型打印機進行打印。
結合圖2，主控機(圖l)以單片機(89C51)和MAX232接口為核心，通過 Jl、 J2、 J3三個插座分別連接微型打印機、射頻讀卡器、PC上位機。黑箱內附 射頻卡序列號由讀卡器讀出經(jīng)J2第3針連至MAX232—T2IN引腳轉換為232電平， 由T20UT引腳輸出至PC上位機串型數(shù)據(jù)輸入口，完成黑箱數(shù)據(jù)識別與傳輸；PC 上位機將處理后的內容包括元件參數(shù)、實驗時間、指導教師等待打印信息經(jīng) MAX232 — R1IN引腳轉換為TTL電平后由R10UT腳(連至RXD)傳回單片機；單片
機經(jīng)過Jl插座控制微形打印機打?。黄渲袉纹瑱CTO (P3. 4)連接^，上升沿觸
發(fā)微打讀入數(shù)據(jù)；PI. 0 P1. 7連接Jl第2 9針，并行傳入打印數(shù)據(jù)；麗(P3. 6) 連接ACK，微打回應"低"電平表示數(shù)據(jù)己被接受；INTl (P3. 3)連接BUSY，"高" 電平表示打印機正忙不接收數(shù)據(jù)；Tl (P3.5)連接SEL，"高"電平表示打印機
在線；而(P3. 7)連接ERR，"高"電平表示微打無故障；此外，單片機RESET 連至IMP813L硬件看門狗，防止系統(tǒng)"死機"。主控機與PC機相連，構成信息 識別、檢測與輸出系統(tǒng)。
黑箱模塊內封裝被測電路模塊與射頻卡芯片。被測電路模塊的元件參數(shù)精度 要求很高，須事先標定。例如被測電路為反相比例放大器，需采用精密比例電阻， 搭成的電路需經(jīng)嚴格測試，測出的參數(shù)作為標準值。射頻卡芯片已事先由廠商寫 入序列號，可作為黑箱的編號，所有黑箱的編號均不同，編號與黑箱內各項標準參數(shù)唯一對應，錄入PC機的數(shù)庫中。當黑箱靠近主控機的讀卡器，經(jīng)MCU比較 識別，MCU傳送的編號被PC上位機檢索，PC上位機就會將該編號所對應黑箱的 標準參數(shù)顯示出來，并經(jīng)微型打印機打印實驗結果。
本系統(tǒng)需要編制配套的軟件，通過PC上位機控制下位機采集黑箱參數(shù)，并 在人機交互界面上顯示相關信息，軟件主要功能包括
命黑箱參數(shù)的錄入、修改和刪除等功能；
令黑箱編號的識別；
令黑箱編號的檢索；
令實驗計時(實驗開始至打印時間)、試驗信息(實驗教師、實驗題目)等 功能；
令黑箱標準參數(shù)打印。
本發(fā)明的有意效果在于
本發(fā)明用于電子電路實驗與考核中，其意義試舉例說明。
范例l:在"電路基礎"實驗屮，黑箱內置電感器，盡管學生憑借萬用表能 測出它是短路的，可以判斷出這就是電感，但是電感數(shù)值是多少，卻必須搭出i 丄 測試電路，如圖2所示。其中R為小于IOQ的取樣電阻，利用示波器、信號源 測量(7,、 /^的波形，根據(jù)輸入輸出超前與滯后的關系判斷是感性元件還是容性
元件，最后利用公式t/, =^:/ = 丄^討-算出電感值。由于計算時忽略了電 阻上的電壓降，有一定的誤差，工程上是允許的。當然，亦可加大R值(不作為
取樣電阻)，用毫伏表測出t/,、 f^電壓有效值，禾ij用^z,-^/c/f+f^求出t/,
再由t/, =^"丄^求出電感。從表面上看，這樣的實驗很簡單，事實上該實驗應 用了測量技術、i 丄c元件特性、矢量圖、計算公式、誤差理論等知識。
范例2:在"模擬電路"實驗中，黑箱內置放大器，利用示波器、信號源測 試放大器的帶寬、增益、輸入電阻、輸出電阻、失真度，還可鑒別是同相放大還 是反相放大，測試項目比較多。實際上該實驗屬于雙口有源網(wǎng)絡測量，涉及到測 量技術、網(wǎng)絡技術指標及定義、工程計算等基本概念。
仿此，黑箱內置基于運放的加法器、積分器、電壓比較器、有源濾波器，均 可作為黑箱的實驗模塊，因此黑箱的實驗項目具有可擴展性。
權利要求
1、一種電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)，其特征是它包括PC上位機、主控機、黑箱以及包含有黑箱數(shù)據(jù)庫的運行軟件組成；黑箱內封裝被測電路模塊與射頻卡芯片；主控機是黑箱識別及信息打印的核心控制系統(tǒng)，它由單片機、射頻讀卡器、MAX232接口、微型打印機構成；當黑箱靠近主控機時，主控機內的射頻讀卡器讀出黑箱內含射頻芯片編號并經(jīng)MAX232接口傳送PC上位機，上位機將信息與黑箱數(shù)據(jù)庫比對獲得黑箱內封裝被測電路模塊參數(shù)，并將電路模塊參數(shù)及相應打印信息經(jīng)MAX232接口傳送回單片機，單片機控制串行微型打印機進行打印。
2、 根據(jù)權利要求l所述的電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)，其特征是主控機以 單片機(89C51)和MAX232接口為核心，通過J1、 J2、 J3三個插座分別連接微 型打印機、射頻讀卡器、PC上位機；單片機PI. 0 P1. 7經(jīng)由Jl插座2 9針連接微型打印機數(shù)據(jù)端口，并行傳入打印數(shù)據(jù)；微型打印機^、 ACK、 BL'SY、 SEL、 ERR端口分別經(jīng)由Jl插座第1針、第10針、第11針、第13針、第15 針、連接單片機T0 (P3. 4) 口、麗(P3. 6) 口、 INT1 (1)3.3) 口、 Tl (1)3. 5) 口、而(P3.7) 口，單片機通過上述端口對微型打印機實施控制；單片機TXD(P3. 1)口經(jīng)由J2插座第2針連接射頻讀卡器REST1 口，控制射頻讀卡器復位；射頻讀 卡器RFCAD 口經(jīng)由J2插座第3針連接MAX232接口 T2IN端，經(jīng)電平轉換后由 MAX232接口 T20UT端輸出至J3插座第2針，該針連接PC上位機串行輸入口 ， 射頻讀卡器讀出的射頻卡芯片序列號經(jīng)由上述通信鏈路傳送給PC上位機；PC 上位機串行輸出口經(jīng)由J3插座第3針連至MAX232接口 R1IN端，經(jīng)電平轉換后 由R10UT端連至單片機RXD(P3. 0) ， PC上位機的打印信息經(jīng)上述通信鏈路傳送 給單片機。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種電子電路實驗用黑箱系統(tǒng)。它包括PC上位機、主控機、黑箱以及包含有黑箱數(shù)據(jù)庫的運行軟件組成；主控機是以單片機為核心的控制系統(tǒng)，它由單片機、射頻讀卡器、MAX232變換器、微型打印機構成；黑箱內封裝被測電路模塊與射頻卡芯片；通過主控機的讀卡器讀取黑箱內置射頻卡的卡號信息，PC上位機內置有黑箱的數(shù)據(jù)庫，主控機與PC上位機通過通信鏈路將卡號信息與數(shù)據(jù)庫比對，從而獲得黑箱內置的參數(shù)。本發(fā)明為了進一步推進實驗課程的教學改革，提供了一種電子電路實驗與考核黑箱系統(tǒng)，用于“電路基礎”、“模擬電路”課程實驗與考核，獨辟了實驗與考核的新途徑。
文檔編號G09B23/18GK101567142SQ200910071960
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權日2009年5月7日
發(fā)明者鑫 于, 鳴 刁, 傘 王, 揚 王, 王麗敏, 王松武 申請人:哈爾濱工程大學