一种基于智能评价的数字电子技术实验系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种基于智能评价的数字电子技术实验系统 及方法。
【背景技术】
[0002] 术语解释：
[0003] 受控逻辑电平：由单片机控制的逻辑电平。
[0004] 受控连续脉冲源：由单片机控制的连续脉冲波形。
[0005] 受控单脉冲源：由单片机控制的单脉冲波形。
[0006] 并入串出移位寄存器：并行输入，串行输出的移位寄存器。
[0007] 数字电子技术实验是电子类课程的主要实验课程。其课程的主要目的是，通过实 验，使学生掌握数字逻辑芯片的使用方法和数字逻辑单元电路的功能。
[0008] 目前的数字电子技术实验箱，仅提供数字电子技术实验所需要的输入开关、时钟 源、指示灯、数码管（5)等，并由学生在面包板或芯片插座上利用数字逻辑芯片搭建数字电 路。学生是否正确完成实验，需要由教师逐个检查。因实验人数较多，每次实验结果的检 查、测试与成绩评定需占总上课时间的一半左右，真正用于指导学生实验的时间不足，同时 给教师和实验室人员造成很大的工作量。
[0009] 专利（CN200520101198.9) "嵌入式智能数字电路实验仪"公开了一种评价实验结 果的实验仪，仅仅提出了 "自动评价实验过程"、"微处理器数据库"、"自我学习"、"嵌入式微 处理器"、"联网"等概念，并未说明其具体的实现方法，而且只是对学生实验中出现的错误 进行检测，而不是学生完成实验后进行总体的评价，这不利于对学生实验的整体评价和学 生对电路总体性的学习。
【发明内容】
[0010] 为解决上述问题本发明提供了一种基于智能评价的数字电子技术实验系统及方 法。本发明大大减少了教师和实验人员的检查、测试和成绩评定的工作量；使学生可以独立 完成数字电路实验，利于进行开放性实验。
[0011] 为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：
[0012] 一种基于智能评价的数字电子技术实验系统，包括单片机系统，所述单片机系统 包括单片机最小系统和逻辑电平开关，所述逻辑电平开关包括逻辑电平开关输入和逻辑电 平输出接线插座；单片机最小系统分别连接有数码管、连续脉冲源接线插座、受控单脉冲源 接线插座、智能评价按键、逻辑笔、液晶显示屏、液晶屏控制按键、实时时钟、逻辑电平输出 接线插座、单脉冲按键；220V交流电源从接线插座接入，通过5V稳压电路产生正5伏直流 电源，供给单片机系统和+5伏电源接线插座；学生在面包板搭建的数字电路从5伏电源接 线插座得到+5伏电源，从直流电源地线接线插座得到+5V电源所对应的地端；单片机最小 系统通过并入串出移位寄存器连接有逻辑电平开关输入、蜂鸣器、发光二极管、译码选择开 关和数码管接线插座；单片机最小系统通过10 口接入单脉冲按键、液晶屏控制按键、智能 评价按键；单片机最小系统通过具有AD转换功能的10 口接入逻辑笔；单片机通过10 口访 问液晶显示屏、实时时钟；单片机最小系统通过10 口驱动数码管、连续脉冲源接线插座、受 控单脉冲源接线插座、逻辑电平输出接线插座；所述数码管、发光二极管、连续脉冲源接线 插座、面包板、受控单脉冲源接线插座和逻辑电平输出接线插座的数量均> 1。
[0013] 进一步的改进，所述单片机最小系统选用STC12C5A60S2单片机；所述液晶显示屏 选用IXD12864液晶显示屏；所述实时时钟选用DS1302实时时钟；所述发光二极管为8个； 译码选择开关为段译码与BCD译码选择开关；数码管为4个；所述逻辑电平开关输入为16 个，16个逻辑电平开关输入分为第一组逻辑电平开关输入和第二组逻辑电平开关输入，第 一组逻辑电平开关输入和第二组逻辑电平开关输入各包括8个逻辑电平开关输入；所述面 包板为3个。
[0014] 进一步的改进，所述面包板的上方从左到右依次设有220V交流电源输入插座、电 源开关、5V电源保险丝管、蜂鸣器和数码管，电源开关下方为发光二极管，蜂鸣器下方为译 码选择开关，每个数码管下方设有8个数码管输入插座；面包板的下方从左到右依次设有 第一组逻辑电平开关输入、第二组逻辑电平开关输入和液晶显示屏，液晶显示屏下方设有 显示屏控制按键；面包板左侧从上到下依次设置有连续脉冲源接线插座、受控单脉冲源接 线插座、单脉冲源按键、第一外接元件接线插座和第二外接元件接线插座；所述连续脉冲源 接线插座为4个，4个连续脉冲源接线插座分别提供1Hz，2Hz，4Hz和8Hz的连续方波输出； 面包板右侧从上到下依次设置有智能评价按键、电位器和逻辑笔，所述电位器为2个；面包 板的上方和下方都设有5V直流电源接线插座，面包板的左边和右边都设有直流电源地线 接线插座。
[0015] 一种基于智能评价的数字电子技术实验方法，实验系统分为实验状态和评价状态 两种状态，在实验状态时，可实现常规数字电子实验箱的功能，在评价状态时，可根据智能 评价规则，对学生在面包板上所搭接的实验电路进行智能评价；当实验系统处于评价状态 时，单片机根据智能评价规则决定逻辑电平输出接线插座的输出电平、连续脉冲源的输出 频率、单脉冲源的输出脉冲。
[0016] 进一步的改进，所述智能评价规则如下：
[0017] 5. 1)对于组合逻辑电路：
[0018] 5. 1. 1)实验规则总数：输入规则条数不多于256条；
[0019] 5. 1. 2)占用规则：指具体实验所使用的逻辑电平开关输入与逻辑电平输出接线 插座；占用规则共需4个字节，字节一和字节二表示16个逻辑电平开关的占用情况，每个逻 辑电平开关对应一个位，对应的位为1表示使用该逻辑电平开关，为〇表示不使用该逻辑电 平开关；字节三表示8个发光二极管的占用情况，每个发光二极管对应1个位，为1表示使 用对应的发光二极管；字节四表示蜂鸣器、数码管译码方式和4个数码管占用情况，其中每 个数码管占用1个位，为1表示使用对应的数码管；蜂鸣器占用1个位，为1表示使用蜂鸣 器；数码管译码方式占用1个位，为1表示选择段码译码方式，为〇表示选择BCD译码方式；
[0020] 5. 1. 3)检查规则：每条检查规则共计8个字节；只有相应的逻辑电平开关输入和 逻辑电平输出接线插座在占用规则中为1，检查规则中的定义才有效；字节一和字节二为 逻辑电平开关的状态，按真值表的顺序列出，作为智能评价的输入；字节三为对应智能评 价的输入时，发光二极管应有的输出；字节四、字节五、字节六和字节七为数码管对应智能 评价的输入时，应有的输出；字节八的最高位，为对应智能评价的输入时，蜂鸣器的输出； 5.2)对于简单时序逻辑电路：
[0021] 5. 2. 1)实验规则总数：输入规则条数不多于256条；
[0022] 5. 2. 2)占用规则：为表示连续脉冲源的使用情况，共需要5个字节；字节一和字节 二表示16个逻辑电平开关的占用情况，每个逻辑电平开关对应一个位，对应的位为1表示 使用该逻辑电平开关，为〇表示不使用该逻辑电平开关；字节三表示8个发光二极管的占用 情况，每个发光二极管对应1个位，为1表示使用对应的发光二极管；字节四表示蜂鸣器、数 码管译码方式和4个数码管占用情况，其中每个数码管占用1个位，为1表示使用对应的数 码管；蜂鸣器占用1个位，为1表示使用蜂鸣器；数码管译码方式占用1个位，为1表示选择 段码译码方式，为0表示选择BCD译码方式；字节五的高4位表示连续脉冲源占有情况，为 1表示对应的脉冲源被使用，低4位表示单脉冲源占用情况，为1表示该单脉冲源被使用； 对于简单时序逻辑电路，只允许使用一种脉冲源；
[0023] 5. 2. 3)初始化规则：使用单脉冲源，对实验电路中所有时序芯片进行初始化；初 始化规则占用1个字节，其中高4位表示使用的单脉冲源，为1表示对应的单脉冲源被使 用；
[0024] 5. 2. 4)检查规则：每条规则占用8个字节；字节一定义经过若干个时钟数；字节 二的高4位表示该时钟条件下，对应单脉冲源的状态；字节三为对应智能评价的输入时，发 光二极管应有的输出；字节四、字节五、字节六和字节七为数码管对应智能评价的输入时， 应有的输出；字节八的最高位，为对应智能评价的输入时，蜂鸣器的输出；
[0025] 5. 3)对于复杂时序逻辑电路：
[0026] 5. 3. 1)占用规则：为表示连续脉冲源的使用情况，共需要5个字节；字节一和字节 二表示16个逻辑电平开关的占用情况，每个逻辑电平开关对应一个位，对应的位为1表示 使用该逻辑电平开关，为〇表示不使用该逻辑电平开关；字节三表示8个发光二极管的占用