本實用新型屬于電子領(lǐng)域，涉及一種智能評價模擬電路實驗的裝置。

背景技術(shù)：

模擬電路實驗是電子類課程的主要實驗課程。其課程的主要目的是，通過實驗，使學(xué)生掌握模擬電路實驗的基本知識和基本實驗技能，培養(yǎng)學(xué)生的電子電路的動手能力，要求學(xué)生能根據(jù)實驗結(jié)果，利用所學(xué)理論，通過分析找出內(nèi)在聯(lián)系，從而對電路參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使之符合電路性能的要求。

目前的模擬電路實驗箱，提供了模擬電路實驗所需要的電源，各種單元電路、分立元件、指示燈等，配合電源，信號發(fā)生器，雙蹤示波器，交流毫伏表，萬用表等設(shè)備，學(xué)生可以進(jìn)行模擬電路實驗。學(xué)生是否正確完成實驗，需要由教師逐個檢查。因?qū)嶒炄藬?shù)較多，每次實驗結(jié)果的檢查、測試與成績評定需占總上課時間的一半左右，真正用于指導(dǎo)學(xué)生實驗的時間不足，同時給教師和實驗室人員造成很大的工作量。

已有的與本實用新型最相近的實現(xiàn)方案，為“嵌入式智能數(shù)字電路實驗儀(新型專利：CN200520101198.9)”。該專利為實用新型專利，僅僅提出了“自動評價”、“微處理器數(shù)據(jù)庫”、“自我學(xué)習(xí)”、“嵌入式微處理器”、“聯(lián)網(wǎng)”等概念，并未說明其具體的實現(xiàn)方法。本專業(yè)領(lǐng)域人員，無法根據(jù)該專利，實現(xiàn)其功能?？梢哉f，該實用新型僅提供一種思路，沒有提供實現(xiàn)的具體方案。

SCPI：可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令(Standard Commands for Programmable Instruments)定義了一套用于控制可編程測試測量儀器的標(biāo)準(zhǔn)語法和命令。SCPI標(biāo)準(zhǔn)定義了可用于控制一切儀器的語法，命令結(jié)構(gòu)以及數(shù)據(jù)格式。比如，通用的命令，如配置儀器參數(shù)的命令CONFigure，測量命令MEASure等。這些命令可用于任一儀器，并且同一類的命令屬于同一子系統(tǒng)里。SCPI同時也定義了若干儀器的種類。比如，任何可控制的電源都會實現(xiàn)DCPSUPPLY基本功能類型。本實用新型特色在于，詳細(xì)說明基于SCPI，即可編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令集，利用單片機(jī)，實現(xiàn)對學(xué)生模擬電路實驗的智能評價。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決當(dāng)前模擬電路實驗中存在的問題，本實用新型提供了一種智能評價模擬電路實驗的裝置。

本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種智能評價模擬電路實驗的裝置，所述智能評價模擬電路實驗的裝置包括模擬實驗裝置；模擬實驗裝置包括模擬實驗電路和單片機(jī)系統(tǒng)；模擬實驗裝置外接有正負(fù)直流電源、信號發(fā)生器、示波器和交流毫伏表；所述正負(fù)直流電源、信號發(fā)生器、示波器和交流毫伏表均支持SCPI，并通過SCPI協(xié)議與單片機(jī)系統(tǒng)通訊；信號發(fā)生器通過高頻繼電器接入模擬實驗電路；所述正負(fù)直流電源、示波器和交流毫伏表與模擬實驗電路連接；單片機(jī)系統(tǒng)還連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器和模擬實驗電路連接，用于測量電路直流電壓；

所述單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)最小系統(tǒng)連接有實時時鐘、發(fā)光二極管、按鍵和液晶顯示屏。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的模擬實驗電路為在模擬電路實驗的電路上增加高頻繼電器控制接口和信號處理后的接口得到。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述按鍵為五個，分別為“上移”、“下移”、“確定”、“取消”、“智能評價”；單片機(jī)根據(jù)按鍵，控制液晶顯示，并進(jìn)行智能評價；五個按鍵直接與單片機(jī)輸入輸出引腳相連。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述的液晶顯示屏的型號為LCD 12864，驅(qū)動芯片為ST7920。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述實時時鐘型號為DS1302，外接鋰電池，直接與單片機(jī)相連。

進(jìn)一步的改進(jìn)，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器采用單片機(jī)中內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。在實驗過程中，可由模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量模擬電路中的直流電壓。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點在于：

1、以單片機(jī)為核心，實現(xiàn)了模擬電路實驗智能評價的主要功能，成本低。

2、詳細(xì)說明單片機(jī)如何實現(xiàn)智能評價的方法。本實用新型特色在于，本實用新型所述方法，在于詳細(xì)說明如何利用單片機(jī)，實現(xiàn)對學(xué)生模擬電路實驗的智能評價。本領(lǐng)域的專業(yè)人員，可以根據(jù)本實用新型，實現(xiàn)具體功能。

3、本實用新型所述“智能評價”，是指系統(tǒng)可以根據(jù)所選的實驗項目，智能判定學(xué)生是否正確完成實驗電路的連接，并將智能評價的結(jié)果，學(xué)生的學(xué)號等信息，顯示在液晶顯示屏上。

附圖說明

圖1為實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為單片機(jī)連接示意圖。

具體實施方式

如圖1(圖1中虛線表示SCPI協(xié)議連接)和圖2所示的一種智能評價模擬電路實驗的裝置，包括模擬實驗電路和單片機(jī)系統(tǒng)；單片機(jī)系統(tǒng)通過SCPI協(xié)議連接正負(fù)直流電源、信號發(fā)生器、示波器和交流毫伏表；信號發(fā)生器通過高頻繼電器接入模擬實驗電路；所述正負(fù)直流電源、高頻繼電器、示波器和交流毫伏表均與模擬實驗電路連接；單片機(jī)系統(tǒng)還連接有模數(shù)轉(zhuǎn)換器；模數(shù)轉(zhuǎn)換器和模擬實驗電路連接；所述單片機(jī)系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、單片機(jī)最小系統(tǒng)連接有實時時鐘、發(fā)光二極管、按鍵和液晶顯示屏。所述單片機(jī)最小系統(tǒng)中的單片機(jī)為STC 12C5A60S2單片機(jī)。所述按鍵為五個，分別為“上移”、“下移”、“確定”、“取消”、“智能評價”；單片機(jī)根據(jù)按鍵，控制液晶顯示，并進(jìn)行智能評價；五個按鍵直接與單片機(jī)輸入輸出引腳相連。所述的液晶顯示屏，可選的型號為LCD12864，驅(qū)動芯片為ST7920。所述實時時鐘，型號為DS1302，外接鋰電池，直接與單片機(jī)相連。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為單片機(jī)中內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換器。

本實用新型將模擬電路實驗分為兩個狀態(tài)：“學(xué)生實驗”狀態(tài)與“智能評價”狀態(tài)。

當(dāng)處于“學(xué)生實驗”狀態(tài)時，所述實驗箱中的高頻繼電器閉合，單片機(jī)不控制電源、信號發(fā)生器、示波器和交流毫伏表等SCPI設(shè)備。學(xué)生可正常進(jìn)行實驗。

當(dāng)處于“智能評價”狀態(tài)時，高頻繼電器及SCPI設(shè)備由單片機(jī)控制，將由單片機(jī)根據(jù)智能評價的規(guī)則，控制電源輸入合適的電壓，控制信號發(fā)生器輸入特定頻率、特定幅度的測試信號，并通過SCPI命令讀取示波器與交流毫伏表的測量數(shù)值，根據(jù)評價規(guī)則，判斷學(xué)生是否正確完成實驗。

為實現(xiàn)智能評價的功能，要求學(xué)生根據(jù)具體的模擬實驗，將信號發(fā)生器的輸入信號，接入到指定的輸入點，將示波器的探頭，接到指定的輸入點，將直流電路輸入，接到指定的輸入點，需要的聯(lián)接信息，由單片機(jī)顯示在液晶顯示屏上，并利用發(fā)光二極管，指示具體的位置。

當(dāng)智能評價完成后，單片機(jī)在液晶顯示屏上，顯示出測試信號的輸入值、經(jīng)電路處理后的輸出值等，以及評價結(jié)果。

基于PC機(jī)+實驗箱的技術(shù)方案，同樣可以完成本實用新型的目的。實驗箱中的單片機(jī)通過RS232串行口或USB或wifi或藍(lán)牙等短距離通訊方法，與PC機(jī)進(jìn)行通訊。

本實用新型的液晶顯示的功能，也可以由PC機(jī)實現(xiàn)。即在PC機(jī)軟件中，選擇所做的實驗，在PC機(jī)上顯示需要使用的輸入和輸出插座，并進(jìn)行“學(xué)生實驗”狀態(tài)。

在“學(xué)生實驗”狀態(tài)，PC機(jī)不對實驗系統(tǒng)進(jìn)行操作。

在“智能評價”狀態(tài)，智能評價規(guī)則可以PC機(jī)上創(chuàng)建和保存。PC機(jī)根據(jù)所選的實驗項目，將對應(yīng)的評價規(guī)則發(fā)送給單片機(jī)，由單片機(jī)模擬實驗的整個過程，并將評價的結(jié)果發(fā)送給PC機(jī)，在PC機(jī)顯示評價結(jié)果和實驗的完成時間，作為教師評定成績的參考。

選擇PC機(jī)+實驗箱的方案，可以更加方便地增加新的實驗項目，但會增加系統(tǒng)成本和復(fù)雜度。如需要為每一臺實驗箱，配備一臺PC機(jī)，或?qū)⑺械膶嶒炏?，采用?lián)網(wǎng)的方法，與一臺的PC機(jī)進(jìn)行通訊。總的來講，會增加系統(tǒng)的成本。對于一個實驗，所需要完成的實驗項目是有限的，當(dāng)需要增加新的實驗項目時，可對單片機(jī)進(jìn)行重新編程。因此，本實用新型的方案具有成本更低、維護(hù)工作量更少的特點。

下文以一個兩級模擬放大電路設(shè)計實驗為例，具體說明本實用新型技術(shù)方案。該實驗要求學(xué)生設(shè)計一個放大倍數(shù)為100的1KHz交流放大電路電路。其智能評價規(guī)則設(shè)定為：

實驗規(guī)則總數(shù)：1條，即只需要1條檢查規(guī)則；

占用規(guī)則：10個字節(jié)，字節(jié)0至字節(jié)3表示具體實驗所使用的輸入信號端子，設(shè)為“1，0，0，0”，即只使用“1”號輸入端子；字節(jié)4-字節(jié)7表示具體實驗所使用的輸出信號端子，設(shè)定為“10，0，0，0”，即只使用“10”號輸出端子；字節(jié)8表示所述信號波形的種類，設(shè)定為“0”，表示正弦波；字節(jié)9表示測試信號類型，設(shè)定為“1”，表示交流電壓。

第1條檢查規(guī)則設(shè)定為：1000，0.01414，0，0.01，1000，1.414，0，1，1.02，0.98。

分別表示輸入信號的頻率為1000Hz、輸入信號的幅度為14.14mV、輸入信號的相位為0、輸入信號的有效值為10mV，輸出信號的頻率為1000Hz、輸出信號的幅度為1.414V、輸出信號的相位為0、輸出信號的有效值為1V、輸出信號有效值的允許最大值為1.02V，輸出信號有效值的允許最小值為0.98V。

實現(xiàn)的步驟如下。

步驟1，實驗箱開機(jī)后，在液晶顯示屏上，輸入學(xué)號，記錄開始時間，并根據(jù)菜單，選擇“模擬放大電路實驗”。進(jìn)入“學(xué)生實驗”狀態(tài)，接通高頻繼電器。

步驟2，在“模擬放大電路實驗”頁面中，要求學(xué)生將信號發(fā)生器接到“1”號輸入端，示波器探頭接到“10”號輸出端，并利用發(fā)光二極管指示指定的位置。

步驟3，學(xué)生利用芯片和分立元件，用一片LM324，若干電阻和導(dǎo)線，搭接電路，并自行檢查實驗的輸出是否正確。

步驟4，當(dāng)學(xué)生認(rèn)為實驗電路已正確連接，可按下“智能評價”按鈕，進(jìn)行“智能評價”狀態(tài)。

步驟5，單片機(jī)通過SCPI設(shè)定信號發(fā)生器，輸出頻率為1KHz，有效值為10mV的正弦波，并讀取示波器的信號，如果輸出信號的有效值為在0.98V到1.02V這個范圍內(nèi),則該實驗電路實現(xiàn)100倍的放大，說明學(xué)生所接的電路正確，智能評價通過，記錄學(xué)號及完成時間，顯示在液晶屏上。