电子评分机

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这里介绍一具简单易制的电子评分机。通过这个实验,可以帮助我们了解电子计算机加法电路的一些基本原理。

为了便于理解起见,我们假定试卷只有三道试题,而且都是“是非”题。评分标准,假定答对第一题或第二题都为1分,答对第三题为3分。这样,评分的结果共有以下几种可能:1.三题全错了,得零分;2.仅第一题对了,得1分;3.仅第二题对了,得1分;4.仅第一题和第二题对了,得2分;5.仅第三题对了,得3分;6.仅第一题和第三题对了,得4分;7.仅第二题和第三题对了,得4分;8.三题全对了,得5分。

评分机应根据上述答题具体情况,指示出相应的分数。实际上,上述8种情况,是8个加法等式,可写成:0+O+0=0, 1+0+0=1, 0+1+0=1, 1+1+0=2,0+0+3=3,……,所以,评分机就是一种简单的加法器。

在设计时,评分机输入部分用三个单刀双掷开关S组成,每个开关对应一个试题,开关的两个位置分别对应答题的“对”与“错”。在使用前,开关都在错的位置,评分机指示零分。答对一题,就把相应的开关倒过来。输出部分有6个氖管,它们分别代表0、1、2、3、4、5分。相应的氖管燃亮,就指示评分结果。

图1的基本电路,说明了评分机的工作原理。图中氖管a即评分指示灯,氖管b叫它作工作时,开关S即“对—错”开关。

图1
图1 🔍原图 (261×494)

很明显,当S在“对”的位置时,b不会燃亮,因为它不与电源成通路。但是,a可以燃亮。这就指示了开关S对应的试题的分数。当S在“错”的位置时,指示灯a与工作灯b并联接通电源,但a多串联一个电阻R\(_{1}\),所以b容易起燃,而b起燃后,它的内阻急剧降低,几乎把a短路,因此a不能起燃,表示了“错”这个评断。

不难看出,这个基本电路实际上就是只有一道题目的评分机电路。如果题目不是一道,那就要把这些基本电路摆成一个象图2那样的方阵才行。这种方阵的设计,可依下列步骤进行:

图2
图2 🔍原图 (850×748)

1.表示总分的指示灯数应等于评分可能得到的结果的数目。在本文介绍的例子中,有0、1、2、3、4、5六个可能结果,因此方阵中就需要六个总分指示灯。

2.每一总分指示灯的纵列母线数(见图2)等于每个总分的可能组合数。例如0分,只有三题全错了这一种可能组合,所以0分指示灯纵母线只有一根。1分有两种可能组合,即仅第一题对了或仅第二题对了这两种,所以有两根纵母线。如果用①、②、③表示对的题目,用①-②-③-表示错的题目,那么各种分数的可能组合情况可表示如下:

0分:①-②-③-,只有这一种可能组合;

1分:①②-③-,①-②③-,有两种可能组合;

2分:①②③-,只有一种可能组合;

3分:①-②-③,只有一种可能组合;

4分:①②-③,①-②③,有两种可能组合;

5分:①②③,只有一种可能组合。

因此,方阵的纵母线共有8条。

3.“对—错”开关数等于试卷题目数,也等于横列母线对数(见图2)。

4.在每对横母线上,分别标记①①-、②②-、③③-。注意对应于开关错位置的母线标记“对”的记号,如①、②、③,而对应于开关对的位置标记“错”的记号,如①-、②-、③-。然后按着上述各种分数的可能组合情况的标记,在交叉点接入工作灯。例如零分的可能组合标记为①-②-③-,那么在零分纵母线与标有①-、②-、③-的横母线的交叉处,都应接入工作灯(见图2)。又例如4分的可能组合标记为①、②-、③,①-、②、③,那么在4分的第一根纵母线与你有①、②-、③的横母线的交叉处,以及第二根纵母线与①-、②、③几根横母线交叉处,都应接入工作灯(见图2)。

到此,整个方阵的初步设计已告完成。从图2可看出,当开关都在“错”的位置时,除0分指示灯的纵母线外,每根纵母线上都至少有一个工作灯接通电源,这些工作灯起燃后把其它指示灯都短路了。但是这个电路还不完全。首先,零分指示灯也被其它工作灯短路了。其次,当第一题开关在“对”的位置时,根据要求,零分灯纵母线的工作灯应起燃,以便将零分灯短路。但是,从图2可以看出,由于这个工作灯被其它已起燃的工作灯短路了,所以它不能起燃,达不到上述要求。另外,当第一题开关在“对”的位置时,1分灯的另一根纵母线上仍有接通电源的工作灯,这个工作灯也会优先起燃而将1分灯短路(见图3a)。因此,对图2的电路还要进行修改。必须在各纵母线下端串接一个电阻,同时在同一指示灯的各纵列母线上的对应于开关Ⅰ、Ⅱ的各工作灯也必须串接一个电阻,见图3b。这些电阻叫做隔离电阻。加接隔离电阻R\(_{9}\)、R10……后,各工作灯就不会相互短路。加接隔离电阻R\(_{1}\)~R4后,这些接有R\(_{1}\)~R4电阻的工作灯便失去短路作用。因此,当第一题开关在“对”的位置时,0分灯被它的第一个工作灯短路而熄灭,而1分灯的工作灯都串有隔离电阻,1分灯不能被短路,所以燃亮,见图3c。仔细观察图3b,也许会提出这样的问题:只要开关Ⅲ在“错”的位置,不论开关Ⅰ、Ⅱ在甚么位置,1分指示灯都没有被无隔离电阻的工作灯短路,是不是1分灯在开笑Ⅰ、Ⅱ都在“错”的位置或都在“对”的位置时也会燃亮呢?不会的,从图4可以看出,因为这时0分灯成2分灯会燃亮,使1分灯上的电压降低到起燃电压以下。只要0分灯或2分灯燃亮,1分灯便不会燃亮。4分灯的情况与1分灯的情况相似,这里就不重复叙述了。

图3
图3 🔍原图 (348×1950)

加隔离电阻后的总图,示于图4,这也就是本文介绍的电子评分机的总图。

图4
图4 🔍原图 (796×847)

实际制作并无特殊困难。选择零件时,要注意选择同类型的氖管,各氖管的特性应尽可能相同。电阻R\(_{1}\)~R16都为100K,1/2瓦,要注意实际数值不能相差过大。否则,可能工作不稳定,发生某个指示灯不够亮或同时有几个指示灯燃亮的情况。如果发生这种情况,可更换或调换一下氖管试试。电阻R\(_{0}\)1如果太小,可能烧坏氖管,如果太大,可能氖管不够亮,试验结果以1兆欧1/2瓦为宜。电阻R02为20K1/2瓦左右。氖管的起辉电压为65伏左右。

图5
图5 🔍原图 (605×343)

整个线路元件可安装在一块280×420毫米大小的三合板上(图5),布线可按图4原样设计,必要时可先把电路画在三合板上,再依图布线。(田进勤)