[实用新型]教学实验计算机接口装置

说明书

本实用新型涉及一种实验教学装置，特别是涉及一种利用计算机做实验终端的教学实验计算机接口装置。

计算机在教育领域的应用经过多年的理论发展和教学实践，逐步形成了CAI的教学模式——以计算机为手段，以教学软件、课件的运行来展开教学过程，通过学生与微机之间的交互活动达到教学目的。而诸如物理学等，作为一门实验性很强的学科，实验教学在其教学中更具有不可或缺的地位。由于客观条件的限制，现有的教学仪器往往难以较好地完成各种物理实验。例如气体定律实验，现有实验仪器误差较大；热学空气压缩温度升高的实验，由于实际操作时压缩速度不够快等因素，肉眼难以看到实际的温度相对较小的变化；声学实验常规只能用音叉做，而不能用自己的声音、音调来做；电磁感应实验，过去只能用单根导线做。局限性较大，直观再现性、趣味性差，每次实验浪费大量宝贵的课堂时间，收效却甚微。

因此，诸如物理教学中的计算机辅助教学，除了CAI和多媒体辅助教学外，必须引入现代科技中计算机实时测量技术，利用电脑做实验终端，通过接口电路、传感器和常规仪器共同完成实验对象的测量、数据处理和分析、得出实验结果并作出曲线，帮助学生观察实验现象，探索原理，总结客观规律。

中国专利95200003.2，公开了一种物理实验计算机接口辅助教学装置，参见图1所示，其系将实验电路板、传感器输出的信号送到一接口扩展箱，经整形、放大处理后，再送到一接口卡，该接口卡为插设在微机的总线插槽中，通过该接口卡将采集的信号转换成数字信号送入微机中计算、分析，画出图表，显示、并可打印输出结果。由于该装置的接口卡为插设在微机内的总线插槽中，开机即通电，且易产生电源干扰，使用上也极为不便。另其传感器种类有限，实验软件支持的实验种类有限，同时不提供用户自行扩展功能。

鉴于上述情况，本实用新型的目的就在于提供一种新型的教学实验计算机接口装置，其可通过标准接口与上位计算机完成数据命令的传输通信，减小干扰，容易扩充，方便使用。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种教学实验计算机接口装置，由壳体及设于壳体内的电路部分组成，其中壳体上设置有交流电源输入端及复数个模拟、数字信号输入插接端，所述的电路部分包括微处理器单元、存储器单元、标准通信口单元、复数个模拟及数字通道单元及电源单元，该复数个模拟、数字信号输入插接端引入的模拟、数字信号经复数个模拟及数字通道单元，输入微处理器单元的I/O端口，微处理器单元的输出信号经标准通信口单元连接到设于壳体上的标准通信插接端，该标准通信插接端有传输线缆连接电脑标准通信口。

上述的标准通信口单元可为标准RS-232串行通信单元或标准并行通信单元，标准通信插接端为RS-232插接端口或标准并行通信插接端口。

根据上述技术方案，所述的微处理器单元为80196单片机，所述的存储器单元包括片外RAM 6264和ROM 2764，所述的标准RS-232串行通信单元由80196片内串口单元加电平转换芯片MAX232组成，所述的标准并行通信单元为扩展I/O口芯片8155，所述的复数个模拟通道单元由程控增益差分放大器或同相输入单位增益缓冲放大器与80196片内A/D转换单元组成，所述的复数个数字通道单元由电压比较器缓冲整形连接80196 I/O端口。

根据上述技术方案，所述的电路部分还进一步包括平均值电路单元，其输入端连接所述的80196单片机的脉宽调制端，输出端分别连接所述的模拟通道单元的程控基准信号调节端、程控可控硅的触发端及设于壳体上的D/A输出端，该程控可控硅输出到设于壳体上的可控硅交流电源输出接线端子。

根据上述技术方案，所述的扩展I/O口芯片8155有端口输出连接光耦隔离及功率驱动电路，输出连接到设于壳体上的步进电机控制接线端。

所述的壳体上设有辅助电源输出接线端，包括直流±8V、±5V和交流3V。

本实用新型与现有教学实验仪器相比，是测量方法和手段的改变，用计算机实时测量技术进行教学实验，能够完成一些常规仪器难以完成的实验，而且节约了时间，提高了精度，留给学生更多的时间思考问题，理解实验的内涵。

本实用新型采用16位80196单片机作为控制部件，独立进行数据采集，实时性好，与上位微机通过标准串、并行口进行命令、数据的通信传递，硬件上独立于上位微机，减少了计算机对数据采集部分的干扰。另，由于计算机内不设接口卡，使得装拆方便，易于维护。同时，可与多种传感器及传统实验仪器连接，标准通信口可与多种上位机配合构成实验系统，扩充容易，使用更加广泛、方便。