具有連接提示功能的電路實驗輔助設(shè)備

秦源辰 王淑嫻

摘? ?要：電路實驗作為一門基礎(chǔ)課程，隨著學(xué)習(xí)的不斷深入，電路形式更加復(fù)雜靈活。這種情況下，若采用傳統(tǒng)的電路連接形式耗時耗力，線路多、復(fù)雜且不易檢查，帶來了麻煩。因此，特對傳統(tǒng)連接系統(tǒng)進行優(yōu)化。用獨立的電路元器件模塊的插拔來實現(xiàn)電路的連接，代替?zhèn)鹘y(tǒng)連線方式。同時，利用數(shù)字溫度傳感器識別定位，通過在單片機屏幕上顯示“NONE”“CORRECT”“WRONG”實現(xiàn)對連接的提示功能。

關(guān)鍵詞：模塊優(yōu)化? 連接提示? STM32F4單片機? DS18B20數(shù)字溫度傳感器? 上位機

中圖分類號：P631.222? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）06（a）-0097-03

1? 項目背景及意義

電路是物理學(xué)中一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科，而電路實驗作為一門實驗學(xué)科，是電路知識的基礎(chǔ)和依據(jù)，是學(xué)生探究電路規(guī)律、檢驗電路定理的方法和途徑。它具有極強的實踐性，考察了學(xué)生對知識的理解程度，同時也培養(yǎng)了學(xué)生動手操作、獨立思考、創(chuàng)新合作的能力，在電路學(xué)習(xí)過程中有著不可替代的作用。

隨著對電路知識學(xué)習(xí)的不斷深入，電路的元器件組成、連接方式更加復(fù)雜靈活，電路實現(xiàn)的功能更加全面完備。在這種情況下，以導(dǎo)線為連接媒介的傳統(tǒng)電路連接方式的弊端也越發(fā)明顯：首先，電路圖更復(fù)雜，線路變多，連接起來費時費力;其二，由于導(dǎo)線多、交叉縱橫，而連接的正確與否無法立刻得到反饋，為完成實驗帶來了不必要的麻煩。

基于以上存在的問題，我們在傳統(tǒng)電路實驗連接系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化，構(gòu)建了具有提示功能的電路實驗輔助設(shè)備，以元器件小模塊的插拔代替線路連接，以此實現(xiàn)電路連接的優(yōu)化的功能。

同時我們編寫了上位機程序，使單片機與電腦連接，實時監(jiān)控電路實驗進行情況。

2? 設(shè)備介紹（如圖）

本設(shè)計由實驗設(shè)備，單片機和上位機三部分構(gòu)成。實驗設(shè)備分為接插板，檢測板構(gòu)成的大模塊，元器件和定位模塊構(gòu)成的小模塊。單片機和實驗設(shè)備一起組成了下位機。上位機則由我們的電腦端擔(dān)任。下位機通過TTL-USB接口向上位機傳輸數(shù)據(jù)。

3? 工作原理

設(shè)備主要由一塊檢測板、一塊連接板以及若干元器件小模塊組成。

底板是檢測板與單片機相連，上層是所做閃爍燈電路實驗的實驗連接板，每一個元器件小模塊都是由電路和一個定位模塊組成，我們利DS18B20用數(shù)字溫度傳感器來進行識別定位。

我們定義了一個二維數(shù)組，輸入所有的數(shù)字溫度傳感器的ID號，通過不斷地讀取數(shù)字溫度傳感器的溫度，遍歷一次，如果可以讀到，即該部分有元器件的插入，此時進入下一層判斷。以電阻為例，讀此時已插入的電阻對應(yīng)的ID號對應(yīng)的的數(shù)字溫度傳感器的溫度，如果可以讀到，則插入正確，反之則錯誤。將編寫好的程序下載到單片機內(nèi)，通過單片機屏幕上的反饋提示來判斷電路連接的狀況，以此實現(xiàn)設(shè)備連接提示的功能。電路全部連接完成后即可按下開關(guān)，觀察電路實驗的最終現(xiàn)象

下位機以R1為例，以下為程序說明：

void DS18B20_Process_R1（void）? ?//判斷元器件狀態(tài)的函數(shù)

{

u8 i，Total_R1=0，Correct_R1=0，Wrong_R1=0;

short Temp;

for（i = 0;i < All_DS18B20;i ++）

{

Temp =

DS18B20_ReadDesignateTemper_R1（ID_Buff[i]）;

// 讀取全部DS18B20的溫度

if（Temp>0）

Total_R1++;

}

Temp =

DS18B20_ReadDesignateTemper_R1（ID_Buff[0]）;

//讀取R1所對應(yīng)的DS18B20數(shù)字溫度傳感器的溫度

if（Temp>0）

Correct_R1++;

Wrong_R1=Total_R1-Correct_R1;

if（Correct_R1==0&&Wrong_R1==0）

R1_Status=0;

if（Correct_R1==1&&Wrong_R1==0）

R1_Status=2;

if（Correct_R1==0&&Wrong_R1==1）

R1_Status=1;

}

上位機則包含兩個界面，一個是電路實驗進行的實時情況，另一個為串口設(shè)置界面。將串口打開后，電腦將接收單片機傳輸上來的信息。然后將字符串拆分，判斷，在界面上通過不同顏色的矩形框顯示電路實驗進行的情況。

上位機以命令內(nèi)容改變事件為例，程序如下：

Private void labelCommandContent_TextChanged（object sender， EventArgs e）

{

char[] plusSpliter = { '+' };

//將收到的指令進行字符串分割

string[] strInformation =

labelCommandContent.Text.Split（plusSpliter， StringSplitOptions.RemoveEmptyEntries）;

//指令的第一字段為元器件名稱

strComponent = strInformation[0];

//指令的第二字段為元器件名稱

strStatus = strInformation[1];

switch （strComponent）//先識別元器件

{

case "R1"： ShowPositionAndStatus（195， 90， strStatus）; break;//對R1狀態(tài)進行判斷

}

}

4 使用說明

根據(jù)電路圖，將每一個小模塊插入連接板相應(yīng)的位置。若對應(yīng)元器件小模塊未插入，則單片機屏幕上顯示“NONE”;若元器件小模塊插入但不是正確的位置，則單片機屏幕上顯示“WRONG”;若元器件小模塊插入且正確，則單片機屏幕上顯示“CORRECT”。將單片機通過USB接口與電腦相連，打開串口后，電腦端上位機系統(tǒng)即可正常工作。上位機軟件由C#編寫，展示界面如下圖：

5? 創(chuàng)新點

在電路連接的過程中可以實時檢測電路連接的正確性。當(dāng)提示所有模塊均為“CORRECT”時，說明電路連接完成，此時給插接板供電，一定可以正常工作。

將單片機和電腦引入到電路實驗教學(xué)中，簡化電路實驗。

模塊化實驗設(shè)備，方便拆卸更換。產(chǎn)品體積小巧，方便實驗室內(nèi)安裝放置。

6? 總結(jié)

此款電路實驗輔助系統(tǒng)基于DS18B20數(shù)字溫度傳感器， STM32F4單片機，PCB電路板以及電腦的上位機通力合作，通過改變學(xué)生連接電路的方式來幫助學(xué)生完成電路實驗，加深對電路電子的學(xué)習(xí)和了解。電腦端的上位機實時顯示可以幫助老師查看學(xué)生的完成情況，做到高效完成實驗課教學(xué)任務(wù)。

參考文獻

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