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 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的
它包括PC上位機、主控機、黑箱以及包含有黑箱數據庫的運行軟件組成； 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據庫比對， 從而獲得黑箱內置電路模塊的參數。
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經由Jl插座2 9針連接
微型打印機數據端口，并行傳入打印數據；微型打印機^、 ACK、 BUSY、 SEL、ERR端口分別經由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 口經由J2插座第3針連接MAX232接口 T2IN端，經電平轉換后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由上述通信鏈路傳送給PC上位機；PC上位機串行輸 出口經由J3插座第3針連至MAX232接口 R1IN端，經電平轉換后由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，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，確保考核結果公正合理。
黑箱實驗實現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據，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據庫的運行軟件組成；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MAX232接口傳送PC上位機，上位機將信 息與黑箱數據庫比對獲得黑箱內封裝被測電路模塊參數，并將電路模塊參數及相 應打印信息經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上位機串型數據輸入口，完成黑箱數據識別與傳輸；PC 上位機將處理后的內容包括元件參數、實驗時間、指導教師等待打印信息經 MAX232 — R1IN引腳轉換為TTL電平后由R10UT腳(連至RXD)傳回單片機；單片
機經過Jl插座控制微形打印機打??；其中單片機TO (P3. 4)連接^，上升沿觸
發(fā)微打讀入數據；PI. 0 P1. 7連接Jl第2 9針，并行傳入打印數據；麗(P3. 6) 連接ACK，微打回應"低"電平表示數據己被接受；INTl (P3. 3)連接BUSY，"高" 電平表示打印機正忙不接收數據；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， 搭成的電路需經嚴格測試，測出的參數作為標準值。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唯一對應，錄入PC機的數庫中。當黑箱靠近主控機的讀卡器，經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 標準參數顯示出來，并經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，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絡測量，涉及到測 量技術、網絡技術指標及定義、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據庫的運行軟件組成；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MAX232接口傳送PC上位機，上位機將信息與黑箱數據庫比對獲得黑箱內封裝被測電路模塊參數，并將電路模塊參數及相應打印信息經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經由Jl插座2 9針連接微型打印機數據端口，并行傳入打印數據；微型打印機^、 ACK、 BL'SY、 SEL、 ERR端口分別經由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 口經由J2插座第3針連接MAX232接口 T2IN端，經電平轉換后由 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由上述通信鏈路傳送給PC上位機；PC 上位機串行輸出口經由J3插座第3針連至MAX232接口 R1IN端，經電平轉換后 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據庫的運行軟件組成；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據庫，主控機與PC上位機通過通信鏈路將卡號信息與數據庫比對，從而獲得黑箱內置的參數。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