CN1088217C

CN1088217C - 学习反应信息实时测试分析系统及其实时测试分析方法

Info

Publication number: CN1088217C
Application number: CN95115633A
Authority: CN
Inventors: 叶惠文; 王咸伟; 李克东; 谢幼如
Original assignee: South China Normal University
Current assignee: South China Normal University
Priority date: 1995-09-26
Filing date: 1995-09-26
Publication date: 2002-07-24
Anticipated expiration: 2015-09-26
Also published as: CN1122478A

Abstract

本发明是学习反应信息实时测试分析系统及其实时测试分析方法。系统由教师机、打印机、显示器、通讯控制器连接构成的主机系统、多台学生终端机并接构成的终端数据采集网以及试题机、视频分配器、多台试题显示器连接构成的计算机试题管理系统共同连接构成。其方法由PC微机接口卡内设控制器作服务机，通过单片机串行接口实现与学生终端机通讯，采用差分驱动全双工串行通讯技术，利用控制器控制实时测试分析。本系统数据采集速度快、功能完善、抗干扰能力强、数据信息分析处理层次高。

Description

学习反应信息实时测试分析系统及其实时测试分析方法

本发明是一种学习反应信息实时测试分析系统及其实时测试分析方法，属微机(微型计算机)应用的通信技术领域，特别涉及微机串并行通信控制及信息处理技术。

因为现代教育技术是一种设计、实施和评价特定目标下的整个教学过程的系统方法，它在人类对学习和传播的基础上，综合应用人类和非人类的资源，以获得更为有效的教学。所以研究人们在运用现代信息传递手段进行教与学的教育传播过程中所产生的现象、关系及规律是教育技术科学的重要内容，而现代的研究方法及其实施的设备与装置是必不可少的。另外，在教育学研究中，研究学生的包括得分信息和反应时间信息的学习反应信息进行实时的反馈及快捷的分析处理，并以直观的方式进行描述，只有这样，研究的结论才有说服力。因此，需要相应的测试分析系统。所以研制学习反应信息实时测试分析系统，是为了满足教育技术学发展的需要，它的研制与应用对整个教育研究的科学化、技术化也将起积极的作用。然而，目前国内外虽有类似的系统，但其功能上存在严重的缺陷，有些已基本上不能使用。它主要包括如下的缺陷和不足：(1)现有类似系统的信息采集与处理的硬件技术落后。现有类似系统硬件普遍采用数字逻辑电路，有些虽采用了低档微机，如APPLE或Z80微机，但其应答终端机都仍采用简单的机械按键或简单的逻辑电路处理，因此，数据采集的速度慢、抗干扰能力差、故障率高、应答终端无人机对话功能等；(2)现有类似系统测试功能单一，只能进行传统的媒体的同步测试，而不能进行由计算机控制出题进行同步测试，更不能进行异步随机测试；(3)现有类似系统功能不完善，所采集的数据信息分析处理层次较低。如不能显示和硬拷贝应答分析曲线，不能进行T-R平面分析处理等，因此，无法满足现代教育技术学科发展的需要。

本发明的目的就是为了克服现有学习反应测试分析系统存在的上述有关系统硬件技术落后、数据采集速度慢、抗干扰能力差、故障率高、测试功能单一、功能不完善、不但无人机对话功能而且数据信息分析处理层次较低、无法满足现代教育科学发展的需要等的缺点和问题，研究、设计一种数据采集速度快、功能完善、能限时同步单选应答测试、自选顺序单选应答测试、应答终端智能化、抗干扰能力强、数据信息分析处理层次高、能充分满足教育科学发展需要的学习反应信息实时测试分析系统及其实时测试分析方法。

本发明是通过下述结构技术方案和实时测试分析方法方案来实现的：学习反应信息实时测试分析系统的组成方框图如图1所示，它由教师机、打印机、教师显示器通讯控制器连接构成的主机系统、多台学生终端机并接构成的终端数据采集网以及试题机、试题显示器、视频分配器、多台试题显示器连接构成的计算机试题管理系统共同连接构成，其相互连接关系为：教师机通过多芯数据信号线与打印机连接并通过TVGA信号线与教师显示器连接，教师机通过多位数据总线与通讯控制器连接，通讯控制器通过串行通讯线与多台学生终端机并联连接，教师机通过TVGA-TV信号线与视频分配器相连接，并通过R232信号线与试题机相连接，试题机通过试题信号线与视频分配器相连接并通过TVGA线与试题显示器相连接，视频分配器通过多杂75Ω同轴电线的TVGA线与多台试题显示器并联连接。本主机系统能完成系统管理、控制、信息实时接收、处理、分析及存贮功能。学生终端机是单片微机系统，终端数据采集网是由各终端机并联组成的一个分布式通讯网络系统，终端机面板上有会话窗口和按键阵列——功能键和选择键，功能键包括确认、报到，浏览、退出或取消等，选择键有A～J或1～0的十个选择键，可接受学生输入题号、应答值并将应答结果存贮和显示，学生可随意浏览、修改反应值。计算机试题管理系统分I型和II型系统，出于低成本考虑，I型系统采用单机工作、即教师机本身既是主机又是试题机，其工作方式是通过视频分配器将试题信息送至试题显示器，II型系统采用教师机和试题机双机工作，它由一台教师机、试题机、视频分配器和多台试题显示器构成。一般每个学生座位上选配一个试题显示器，试题机里安装一套试题管理软件，为教师提供试题录入、修改、实时显示等功能。测试时，由教师机直接显示试题或由教师机控制试题机显示试题与测试同步进行。

通讯控制器的原理方框图如图2所示，它由IBM PC微机插座、译码电路、双向数据通讯控制电路、可编程并行通讯接口芯片、51单片机CPU、地址锁存器、ROM存贮器、RAM存贮器、译码器、IRQ中断申请电路、串行通讯驱动电路共同连接构成，其相互连接关系为：IBM PC微机插座分别通过控制信号联络线和地址选通线与译码电路相连接，译码电路分别通过控制线及译码输出线与双向数据通讯控制电路相连接，IBM PC微机插座还通过数据总线与双向数据通讯控制电路相连接，双向数据通讯控制电路分别通过控制线、接口状态线及数据线与可编程并行通讯接口芯片相连接，可编程序并行通讯接口芯片分别通过数据线、控制线、与51单片机CPU相连接，可编程并行通讯接口芯片及51单片机CPU通过数据总线分别与地址锁存器、ROM存贮器、RAM存贮器相连接，51单片机CPU通过地址选通线分别与ROM存贮器及RAM存贮器相连接，地址锁存器通过地址选通线与ROM存贮器、RAM存贮器相连接、并通过地址线与可编程并行通讯接口芯片相连接，51单片机CPU通过译码信号输入线与译码器相连接，译码器通过译码信号输出线与可编程并行通讯接口芯片及RAM存贮器相连接，51单片机CPU通过中断信号线与IRQ中断申请电路相连接、并分别通过收发选通线、收发驱动信号线与串行通讯驱动电路相连接，IRQ中断申请电路通过中断请求信号线与IBM PC插座相连接；通讯控制器的电路原理图如图3及图4所示，其中：译码电路由与门反相器IC1、IC2、译码器集成件IC3、反相器IC11C、IC11D、电阻R3、R4相并串联连接构成，双向数据通讯控制电路由三态数据地址锁存器并行接口集成件IC4～IC6并联连接构成，可编程并行通讯接口芯片为可编程I/O接口集成件IC7，51单片机CPU由单片微机IC8、晶振CR1、电容C1、C2并联连接构成，地址锁存器为地址锁存器集成件IC10，ROM存贮器为程序存贮器集成件IC12，RAM存贮器为数据存贮器集成件IC9，译码器为译码器集成件IC13，IRQ中断申请电路由反相器IC11A、IC11B、电阻R1～R2共同串并联连接构成，串行通讯驱动电路由通讯驱动器集成件IC15～IC17并联连接构成。通讯控制器的工作原理为：51单片机既是与主机交换的控制器，又是单片机通信网的服务器。IC7工作于双向输入输出A口工作模式2，51单片机通过串行接口和并行接口分别和各终端机以及主机交换数据。控制器与主机的数据通讯是以中断查询的方式实现的，即平时主机可以执行实时显示、计时、数据预处理、数据存盘、结果打印等任务，并随时可以向控制器发送命令与终端机进行联络。在主机与控制器进行双向数据通讯时，51单片机通过其P1口的P1.1向主机发中断请求信号，中断信号通过IC11接到主机I/O扩展线IRQ10空闲中断源，主机响应中断后进入中断服务程序，将接口的数据读入，并作预处理。当主机向控制器发送数据或命令时，先通过I/O数据总线，通过IC6读取IC7的C口状态，若PC5无效，说明上一次发送的数据已被取走，主机可通过数据总线，选通IC5将数据送到并行口，同时 INT信号有效，使PC4( STBA)产生一个选通信号，该信号将PC5( IBFA置为有效，IBF_A＝1)，51单片机读取IC7的C口状态得知IBF_A＝1，再读IC7的A口即可将数据读入控制器。控制器每采集到某个终端的反应数据时，即可向主机发出中断申请信号，然后51单片机进入与主机的查询通讯状态。单片机先查询IC7的PC71( OBF_A)引脚状态，若OBF_A无效(OBF_A＝1，初态为 OBF_A＝1)，说明上一次8031发至主机的数据已被取走，单片机可以再发数据，将数据写入IC4的A口，这使得PC7的OBF_A＝0。主机通过读IC6的数据线状态得知IC7的PC7( OBF_A＝0)，再读IC4即可将A口数据读入，与此同时IC4的INT信号使OBF_A恢复到初始状态。并行口采用部分地址译码方式，IC4～IC6对应的地址分别是2F0H～2F2H。而对于IC7，实际上占去8031外部RAM的地址空间：8000～9FFFFH，本系统只用到其中的8000H～80003H。其扩展ROM和RAM各8K，地址范围为0000～1FFFH。

学生终端机组成方框原理图如图5所示，它由矩阵键盘、单片机、通讯驱动接口、存贮器、显示驱动器、显示器共同连接构成，其相互连接关系为：矩阵键盘通过按键开关信号线与单片机相连接，单片机通过收发驱动信号线与通讯驱动接口相连接，并通过数据地址总线分别与存贮器及显示驱动器相连接，显示驱动器通过显示信号线与显示器相连接。学生终端机的电路原理图如图6所示，其中：矩阵键盘为8×2矩阵键盘，它由按键KRY、K1～K16、电阻RK1、RK2相并联连接构成，单片机由单片微机IC18、电容C3、电阻R5连接构成，通讯驱动接口由通讯驱动器集成件IC25、插座2U1、电容C4并联连接构成，存贮器由存贮器集成件IC19、IC20并联连接构成，显示驱动器由驱动器集成件IC21、IC23、开关EE、插座ZDS并联连接构成，显示器为4位LED显示器。其工作原理为：终端机的数据采集通过键盘进行，由IC18的P1口与P3.2、P3.3组成一个8×2矩阵键盘。键的响应采用外部中断方式，并低电平触发。IC18的P3.2、P3.3用电阻上拉5V、P1口在上电时置低电平，每当有键按下时，接通P3.2或P3.3口，将电平拉低，终端机产生中断，转入中断服务程序，将P1口的状态读入，读入的键值为0～9时为数字键，A-F时为功能键。例如同步测试时，终端机的LED显示器通过IC21输出在左边两位显示出题号，右边第一位显示0值，此时应答者键入一个数字键，即在右边第一位显示出来，如确认无误，可按下“确认”键，随即右边第一位的数值变为“0”，终端机将应答值送往控制器，其它测试方式的数据采集依此类推。

本发明的方法特征为：主机系统接插在教师机中，由51系列或51单片兼容微机通信控制器作为测试网的服务器，通过通讯控制器的51芯片的串行控制口实现与学生终端机通信；通信采用差分驱动的全双工的串行通信技术；利用通讯控制器输出的高低电平控制收发，各学生终端机通过软件设置串行口控制寄存器SM2位，使各机进入多机通讯状态，并通过输出一个低电平使学生终端机多机通讯方式为接收，当机主呼叫某学生终端机时，被呼学生机核对地址码相符后，即在软件控制下，使该学生机退出多机通讯方式，与通讯控制器同时进入双机通讯，进行所需联络应答；学生终端机数据采集用键盘方式，健值响应用外中断方式实现，每当P1口的键按下时，产生一个申请中断脉冲，中断响应后，即转入键盘中断服务处理，将P1口的状态读入，系统在同步测试模式时，可用计算机出示测试题，测试前先用本系统提供编辑软件将试题编辑、存放于试题机的试题库中，出示测试题可采用试题机存放、显示试题或用教师机兼作试题显示机两种方式，在用试题机存放、显示试题方式时，当用主机控制试题机出示试题时，在主机菜单里选择“计算机显示试题，同时测试”项后，在软件控制下，通过教师机的串行口向试题机发出显示试题的命令，试题机收到命令后，即按事先输入顺序，从试题机的试题库中读出试题，显示于屏幕上，然后经分配器将视频信号分配到各学生终端机的显示器上，当用教师机兼作试题显示机时，其试题管理方式与用主机控制试题机出示试题管理方式相同，只是单教师机工作，而无需双机串行通讯；其中系统的调控方法为：运行应用软件包总控程序进行测试类型选择，对于II系统同时运行试题管理，根据测试类型进行测试主菜单，选择试题管理则进行试题录入、浏览、修改、追加、删除等，选择标准答案管理即可给出标准答案信息——题号、标准反应值、时限并对终端机的工作状态进行检测，选择数据采集进行报到、登记并与试题机系统通讯和采集反应值、记录反应时间，选择反应数据处理采用应答信息分析法对文件形式记录的原始反应信息进行处理，最后返回总控菜单而退出本系统；通讯控制器(并行通讯接口卡)的程序固化方法为：用51系列单片微机系统及其软件工具将程序写入单片微机集成电路IC8中，然后将固化好的EPROM芯片插入接口卡IC8对应的插座便可，本卡的EPROM可擦除改写，其固化有本系统的并行、串行及监督管理程序，包括主机主控模块、接口查询模块、报到登记模块、同步应答测试模块、异步应答测试模块、数据发送和中断接收模块。

本系统具有的人工显示题目同步测试分析、计算机显示题目同步测试分析、人工显示题目异步随机测试分析等功能均分别由应用软件包的相应软件完成，而系统应用软件包分别由主机系统的应用软件包、控制器和终端机的相应配套软件模块组成。主机系统应用软件包主要由如图7所示的八套应用软件组成；单片机服务器软件分为主控模块、教师机接口查询模块、报到登记模块、同步单选和多选应答测试模块、异步单选和多选应答测试模块、数据通讯模块；终端机管理软件分为键盘管理及显示模块、报到登记模块、同步单选和多选应答测试信息录入模块、异步单选和多选应答测试信息录入模块、数据通讯模块。本系统的应用软件包采用层次结构，即树型结构。通过功能分析和模块分解、形成应用软件包功能及其相关关系的“菜单树”。在这棵树中，每一功能模块称为结点，相邻的两层结点连接表明了它们的关系，上层结点称为下层结点的父结点，而下一层的结点称为上层结点的子结点，只有子结点而无父结点的结点叫根结点，它代表系统的最顶层功能。因此，对本应用软件包的结构描述就可转化为对其菜单结构的关系的描述。按照上述程序结构描述进行程序设计，树根(最顶层模块)为第一层总控菜单，即TEST.BAT模块(批处理程序)，如图7所示，树枝(第二层模块)是“子模块”，即各套应用软件的实体，如图8所示，树叶(第三层模块)则是应用程序的子模块，子模块下又有“子模块”，层次结构深度可达四层，用户运行TEST.BAT程序后自动进入SRITS的相应应用软件主菜单，并指明第二层次所有模块名称，由用户根据测试类型选择进入某一第二层次以至第三层次等模块，也可由用户决定是否退出该层次，最后退出测试系统。图9是本系统的第三层模块之一，即数据分类处理模块。应用软件包中的各应用软件既可以通过TEST.BAT链接运行也可以单独运行。软件运行时，自上而下逐级调用，返回则自下而上逐级返回。各模块之间可以按不同要求拼接，并留扩充模部分功能模块的软件接口，在WM DOS 6.0环境下，通过窗口式中文下拉菜单和键选菜单操作方式，为用户提供了一个友好的用户界面及使用环境。

本系统的应用软件各功能模块的实现功能如下：试题管理模块为计算机显示试题系统特有，对I系统它在主机系统上运行，对II系统，它在试题机上运行。它能完成必要的会话信息、试题文件输入内存、串行口初始化、与主机系统进行半双工串行通讯、接收主机命令数据、回送校验码等，实现与主机系统的协调同步工作、共同完成测试任务，实时显示时钟与试题内容；能实现建立试题文件、试题内容浏览、修改、试题题目删除、追加、实时显示；终端状态检测模块能向用户提供自动检测64个终端反应器的良好工作状态功能，并可将检测结果显示直至打印出来，作为教师安排学生座位及终端维护的依据；标准答案管理模块能对测试题目的标准答案信息(答案值、权重或得分、时限)进行全面的管理、向使用者提供答案录入、答案查询、答案浏览、答案修改、答案删除、答案追加、答案打印等功能。能对100个问题的标准答案信息进行管理，可以以文件或打印形式为计算机数据采集、数据处理或教师事后分析提供依据；数据采集模块能完成与试题机通信(对于II型系统)、报到登记、数据采集；实时显示人机会话、学生反应矩阵表或实时显示试题(对于I型系统)、实时时钟等信息；实时显示、打印每一题的反应结果(对于同步测试)、数据存盘等。能同时采集64个学生对100个问题的反应结果(反应值和反应时间)；数据处理模块能按照应答信息分析理论对应答数据进行分类分析处理，可显示、记录打印下列信息：报到登记表，座号——编号对照表，全体学生反应情况，正确反应情况，学生反应时间表，学生成绩表，S-P表(包括S线和P线)，学生得分百分率，学生警告系数，问题得分百分率、问题警告系数，问题反应情况表。可以在VGA高分辨率作图方式下，显示集体应答曲线(响应曲线、正答曲线)，T-R平面。用户可选择灰度、黑白、反转打印方式按1/2/4的放大比例将图形打印出来；数据合并子模块主要用于学生反应终端因为成本问题而安装较少的场合，可将小样本合成大样本进行分析处理，从而提高研究结果的信度；应答数据查询模块为辅助模块，向教师提供查询某个或某类学生以及某个或某类问题的应答结果。

本发明的主要软件程序如下：主机数据采集程序流程图如图10所示，主机数据采集程序如下：在程序进入数据实时采集前，首先进行初始化，确定标准答案来源、输入初试日期、保护原DOS中断矢量、向中断向量表填入新的中断向量指针及允许IRQ10中断即进行系统中断初化。对于II型系统，还要对串行口进行初始化，设置1200波特率的通讯速率，系统中断初始化工作后，即启动控制器进行报到登记和测试。报到登记为一无限循环程序，按停止键后，停止报到进入测试阶段，用户选择“Y”或“y”进行测试，其过程是：向控制器发送启动命令启动控制器系统工作(对于II型系统，还向试题机发送启动命令)，接着发送测试类型命令，系统时间总清0。内部校验成功后，开始数据采集。数据采集分几种形式：①若是同步测试(含II型系统)则显示学生矩阵、实时时钟、屏幕提示信息(包括当前题号、标准答案、时限，停止键提示等)，当前题的测试时限到时，则停止该题测试，用户按继续测试键后，进入下一题测试，如此直至本次所有的题目测试完毕为止。若不需测试，则可中途退出。对于II型计算机出题系统，数据采集与试题显示是同步进行的；②若是异步测试，则显示学生应答矩阵、实时时钟、屏幕提示信息(包括当前题的标准答案、测试总时限，停止键、向前、向后浏览提示信息等)，一旦按停止键或总的测试时间到，则停止数据采集而退出；③若是I型系统，则显示测试题内容、实时时钟及屏幕提示信息(题号、时限)。当前题测试时限到时，则停止该试题测试，用户按继续测试键后，进入下一题测试，如此直至本次所有的题目测试完毕为止。若不需测试，则可中途退出，对于II型计算机出题系统，数据采集与试题显示是同步进行的。不管何种测试都可以按用户要求将数据存盘，退出数据采集前将恢复原DOS中断矢量，主机与控制器以及与试题机的联络是通过发送命令来进行的，每发一个命令帧给控制器后，接收回送的校验码以保证系统工作的正确性；主机与控制器数据交换是在主机的中断服务程序中实现的，主机响应IRQ10中断请求后，转入中断服务(通讯)程序，对并行口进行读或写数据操作。中断服务程序的程序流程图如图11所示，图中的信息帧是一次发送或接收的数据，其格式是：

从机地址

题号值

反应值1

反应值2

……

反应值N

每一项均以一字节表示，帧的长度视测试类型而定，同步单选的信息帧最短，只有2个字节(即座位地址、反应值)，异步多选的最长可有多个字节(座位号、题号值及若干个反应值)。信息帧接收完毕后，即确定问题反应时间及对数据类型进行预处理，并送往应答区存放，其工作程序是：主机响应中断后转向中断服务程序，先进行现场保护、关中断后，接着读取IC7的C口状态，如输出缓冲器无效，则继续读C口状态；如有效，则按字节读入并行口信息帧，读取完毕则获取系统当前时间作为问题反应时间，然后对应答数据进行初步处理，最后恢复现场返回本地程序；控制器的工作程序流程图如图12所示，其中包括了控制器与主机并行通讯程序，初始化指①设定数据采集网的波特率；②设定中断优先级：③设定SP堆栈寄存器的值为60H，系统上电复位后处于停机待命状态，只有接收到主机送来的命令才进入下一步工作；每接收到一命令帧后都向主机回送一校验码，以保证系统工作的正确性。停机待命即不断的查询IC7的C口的状态以决定下一步的工作。若输入缓冲器无效，则读入A口的数据。数据是启动命令则启动控制器工作，并接收测试类型命令，否则返回继续待命。控制器根据测试类型转向相应的程序模块，从此进入与终端机串行通讯及与主机的查询通讯状态，其程序是：先查询IC7的C口状态，若输入缓冲器有效则读取主机送来的数据；是停止命令则返回待命状态。否则，与终端机进行串行通讯。若有反应数据则向主机提IRQ10中断申请，然后进入查询通讯状态；若C口的输出缓冲器有效则将应答信息帧分批写入A口，直至写完而继续下轮循环；控制器中的8031单片机完成初始化后，将通讯方式设定于模式2的多机通讯方式，并即进入等待主机发送来的命令，一旦收到主机发来的命令，随即进入相应工作模块，展开与终端机通讯。控制器与终端机通讯，采用周期访问形式进行，通讯信号通过8031的串行口P3.1输出到图2中的IC15～IC17的输入端，经IC15～IC17驱动后输出送至各终端机接收端子，在终端机，通讯信号经IC25驱动器件接收后送至IC18的P3.0接收口。终端机对服务器发出的通讯信号，采用中断方式响应，当服务器发出的地址码与接收机地址码一致时，终端机即退出多机通讯方式，与控制器进行单机通讯，此期间其它终端机处于多机通信方式，所以网络上的信号对它们不产生影响。此时，如果终端机采集了数据，即按下列格式向服务器发回信息。

数据长度

数据包

校验码

如果被访终端机没有采集到数据，则向控制器发回一个应答码。数据发完后，终端机自动进入多机通讯状态，控制器又进行下一个终端机的访问联络。当控制器对整个系统访问完后，表示一个访问周期结束，又重新开始另一个访问周期，整个通讯状态延续到接收主机发来停止命令为止。终端机的数据采集程序流程图如图13所示。

本发明与现有技术相比有如下的优点和有益效果：(1)由于本发明系统的通讯传送数据不加任何调制，所以数据传送速率等于波特率。按8301单片机波特率的计算公式：波特率＝2^SMOD/32×主振频率/[12×(256-TH1)]，式中TH1是8031单片机定时/计数器1的定时常数，SMOD为模式选择值，可选0或1，在本系统中选1，TH1的时间常数选FCH，故求得波特率约为7.8KBit；本系统通讯采用可变周期的扫描访问方式，即根据报到人数数量确定扫描周期。人越少扫描周期越短，当系统数据采集终端机位数为最大64位时，其扫描一次周期为0.516秒，自选顺序应答测试周期为0.590秒，因此，本系统的数据采集速度快；(2)本系统硬件技术先进、抗干扰能力强；(3)本系统功能完善：①能人工显示题目、限时间步单选应答测试，能克服现有设备无法实时直观观察学生反应情况的缺点，在测试过程中能把学生的实时反应应答值显示在屏幕上，当一题测试时限过后或控制人员提前退出本题的测试时，本系统即时将反应的时间及曲线用屏幕显示和打印方式直观表现出来。同时还可以将反应信息进行“T-R平面”、“S-P”表和时间分析曲线处理；②能计算机显示题目，限时同步单选应答测试，能克服现有系统不能同步自动出题的问题，使出题和测试过程全部在自动方式下进行，保证了测试过程采集的数据准确可靠，更有利研究学生的学习、认知信息，并同样具有①处理功能；③人工显示题目，自选顺序单选应答测试。此测试可模拟标准化考试形式进行，应答者可以根据实际选择题号应答，不需按试卷顺序进行。对学习信息的处理与①功能相同；④人工出题，自选顺序多选应答测试。此测试可模拟标准化考试形式进行，应答者可根据实际选择题号应答，不需按试卷顺序进行。每题的应答值可选择最多可达10个；⑤应答终端智能化。本系统应答终端全部使用高档的单片微机处理，具有良好的人机对话能力，在限时应答测试时，应答者在本题规定的时间内，可随时修改自己的选择值。在自选顺序应答测试时，应答者在规定的测试时间内，可以随时查看、修改选择；(4)本发明对数据信息分析处理层次高，能充分满足教育科学发展的需要。本系统的通讯协议先进，为使程序设计方便简洁，通用性强，本系统的通讯发送的数据帧格式结构采用统一变长模式，即

数据包长度

数据包

校验码

格式中的校验码采用累加和余码，因采用了统一的数据帧格式，所以不论单片机服务器还是数据采集终端机都可以采用统一发送程序，但因主从机不同及测试形式不同，其数据长度有所差异。根据上述的系统通讯协议，组成系统各类型的数据帧格式如下：①控制发送的数据帧格式有命令和信息帧，命令类型有系统复位、报到登记、同步应答、异步应答、终端机状态检测。异步应答测试时对学生终端机的呼叫；②学生数据采集终端机发送数据帧格式有采集到数据信息帧和没有采集到数据信息标志帧两种。为减少通讯时占用的时间，当单片机服务器扫描访问的数据采集终端机还没有采集到数据时，数据采集终端机回应时只发一标志码，不需按数据帧格式要求发送。

下面对说明书附图进一步说明如下：图1为学习反应信息实时测试分析系统组成方框图，图2为控制器原理方框图，图3、图4为控制器电路原理图，图3中的AD/DB、IRQ分别与图4中的AD/DB、IRQ相对应连接，图5为学生(数据采集)终端机组成方框图，图6为学生终端机的电路原理图，图7为本发明系统应用软件目录图，图8为本发明系统应用软件第二层次结构图，图9为本发明系统应用软件第三层次结构图，图10为主机数据采集程序流程图，图11为主机中断服务程序流程图，图12为控制器工作程序流程图，图13为学生终端机工作程序流程图。

本发明的实施方式如下：(1)按图3、图4、图6所示，绘制印刷电路板，并筛选适当元器件进行安装和简单调试，其中：IC1、IC2、IC11可选与门反相器74LS00型，IC3、IC13可选译码器74LS138型，IC4～IC6可选三态数据地址锁存器8212型，IC7可选可编程I/O接口集成件82555型，IC8、IC18可选单片数据机80C31型或89C51型，IC9、IC20可选数据存贮器6264型，IC10、IC19可选地址锁存器74573型或74373型，IC12可选程序存贮器27C64型或2764型，IC15、IC25可选通讯驱动器75176型，IC21可选I/O接口集成件8155型或81C55型，EE可选开关器件SW-D1P8型，IC23可选显示驱动器集成件74145型；ZDS可选插座12P1N型；(2)按图7～图9所示的应用软件结构图及图10～图13所示的程序流程图进行编制程序，并按上面说明书所述应用软件功能模块的固化方法进行存贮和固化模块；(3)按图1所示连接构成本学习反应信息实时测试分析系统，然后按上面说明书所述的实时测试分析方法，便能较好地实施本发明。发明人经过几年的研制、设计，已能把本发明成功地在发明人所在高校的学生学习、教学中实施和应用。

Claims

1、一种学习反应信息实时测试分析系统，其特征在于：它由教师机、打印机、教师显示器、通讯控制器连接构成的主机系统、多台学生终端机并联连接构成的终端数据采集网以及试题机、试题显示器、视频分配器、多台试题显示器连接构成的计算机试题管理系统共同连接构成，其相互连接关系为：教师机通过多芯数据信号线与打印机连接，并通过TVGA信号线与教师显示器连接，教师机通过多位数据总线与通讯控制器连接，通讯控制器通过串行通讯线与多台学生终端机并联连接，教师机通过TVGA-TV信号线与视频分配器相连接、并通过R232信号线与试题机相连接，试题机通过试题信号线与视频分配器相连接并通过TVGA线与试题显示器相连接，视频分配器通过多条75Ω同轴电缆的TVGA线与多台试题显示器并联连接；其中：

由教师机、打印机、教师机显示器、通信控制器构成的主机系统的作用是向各学生终端机发布各种测试命令和收集各学生终端机采集的数据进行加工处理，并形成多种数据分析结果，此外不使用试题机时，教师机兼作试题机功能，主机系统能完成系统管理、控制、信息实时接收、处理、分析及存贮功能；

通讯控制器由IBMPC微机插座、译码电路、双向教据通讯控制电路，可编程并行通讯接口芯片、51单片机CPU、地址锁存器、ROM存贮器、RAM存贮器、译码器、IRQ中断申请电路、串行通讯驱动电路共同连接构成，其相互连接关系为：IBMPC微机插座分别通过控制信号联络线和地址选通线与译码电路相连接，译码电路分别通过控制线及译码输出线与双向数据通讯控制电路相连接，IBMPC微机插座还通过数据总线与双向数据通讯控制电路相连接，双向数据通讯控制电路分别通过控制线、查接口状态线及数据线与可编程并行通讯接口芯片相连接，可编程并行通讯接口芯片分别通过数据线、控制线与51单片机CPU相连接，可编程并行通讯接口芯片及51单片机CPU通过数据总线分别与地址锁存器、ROM存贮器、RAM存贮器相连接，51单片机CPU通过地址选通线分别与ROM存贮器及RAM存贮器相连接，地址锁存器通过地址选通线与ROM存贮器、RAM存贮器相连接、并通过地址线与可编程并行通讯接口芯片相连接，51单片机CPU通过译码信号输入线与译码器相连接，译码器通过译码信号输出线与可编程并行通讯接口芯片及RAM存贮器相连接，51单片机CPU通过中断信号线与IRQ中断申请电路相连接、并分别通过收发选通线、收发驱动信号线与串行通讯驱动电路相连接，IRQ中断申请电路通过中断请求信号线与IBMPC插座相连接；通讯控制器的51单片机既是与主机交换的通讯控制器，又是单片机通信网的服务器；51单片机通过串行接口和并行接口分别与各终端机以及主机交换数据；通讯控制器与教师机的数据通讯是以中断查询的方式实现的，即平时教师机可以执行实时显示、计时、数据预处理、数据存盘、结果打印等任务，并随时可以向通讯控制器发送命令与学生终端机进行联络；总的来说，通讯控制器将教师机发出各种操作命令转发到各学生终端机，周期性地向各学生终端机发出访问命令，将学生中断机采集的各种测试数据收集起来转发到教师机；

学生终端机由矩阵键盘、单片机、通讯驱动接口、存贮器、显示驱动器、显示器共同连接构成，其相互连接关系为：矩阵键盘通过按键开关信号线与单片机相连接，单片机通过收发驱动信号线与通讯驱动接口相连接、并通过数据地址总线分别与存贮器及显示驱动器相连接，显示驱动器通过显示信号线与显示器相连接；学生终端机是单片微机系统，终端数据采集网是由各终端机并联组成的一个分布式通讯网络系统，终端机面板上有会话窗口和按键阵列——功能键和选择键，功能键包括确认、报到、浏览、退出或取消等，选择键有A～J或1～0的十个选择键，可接受学生输入题号、应答值并将应答结果存贮和显示，学生可随意浏览、修改反应值；计算机试题管理系统分I型和II型系统，I型系统采用单机工作、即教师机本身既是主机又是试题机，其工作方式是通过视频分配器将试题信息发送至试题显示器，II型系统采用教师机和试题机双机工作，它由一台教师机、试题机、视频分配器和多台试题显示器构成；一般每个学生座位上选配一个试题显示器，试题机里安装一套试题管理软件，为教师提供试题录入、修改、实时显示等功能；测试时，由教师机直接显示试题或由教师机控制试题机显示试题与测试同步进行；学生终端机在测试开始前用作学生报到器，测试其间将学习反应信息采集起来，通过网络交换到通信控制器；试题机作用是在主机系统的控制下将各种测试题目通过试题显示器显示出来，供学生测试使用。

2、按权利要求1所述的学习反应信息实时测试分析系统，其特征在于所述的通讯控制器——并行通讯接口卡的程序固化方法为用51系列单片微机系统及其软件工具将程序写入单片微机集成电路IC8中，然后将固化好的EPROM芯片插入接口卡IC8对应的插座便可，本卡的EPROM可擦除改写，其固化已有本系统的并行、串行及监控管理程序，包括主机主控模块、接口查询模块、报到登记模块、同步应答测试模块、异步应答测试模块、数据发送和中断接收模块。

3、一种学习反应信息实时测试分析系统的实时测试分析方法，其特征在于：主机系统插在教师机中由51系列或51单片兼容微机通信控制器作为测试网的服务器，通过通讯控制器的51芯片的串行控制口实现与学生终端机通信；通信采用差分驱动的全双工的串行通信技术；利用通讯控制器输出的高低电平控制收发，各学生终端机通过软件设置串行口控制寄存器SM2位，使各机进入多机通讯状态，并通过输出一个低电平使学生终端机多机通讯方式为接收，当机主呼叫某学生终端机时，被呼学生机核对地址码相符后，即在软件控制下，使该学生机退出多机通讯方式，与通讯控制器同时进入双机通讯，进行所需联络应答学生终端机数据采集用键盘方式，健值响应用外中断方式实现，每当P1口的键按下时，产生一个申请中断脉冲，中断响应后，即转入键盘中断服务处理，将P1口的状态读入，系统在同步测试模式时，可用计算机出示测试题，测试前先用本系统提供编辑软件将试题编辑、存放于试题机的试题库中，出示测试题可采用试题机存放、显示试题或用教师机兼作试题显示机两种方式，在用试题机存放、显示试题方式时，当用主机控制试题机出示试题时，在主机菜单里选择“计算机显示试题，同时测试”项后，在软件控制下，通过教师机的串行口向试题机发出显示试题的命令，试题机收到命令后，即按事先输入顺序，从试题机的试题库中读出试题，显示于屏幕上，然后经分配器将视频信号分配到各学生终端机的显示器上，当用教师机兼作试题显示器时，其试题管理方式与用教师机控制试题机出示试题管理方式相同，只是单教师机工作，而无需双机串行通讯；其调控方法是运行应用软件包总控程序进行测试类型选择，对于II系统同时运行试题管理，根据测试类型进行测试主菜单，选择试题管理则进行试题录入、浏览、修改、追加、删除等，选择标准答案管理即可给出标准答案信息——题号、标准反应值、时限并对终端机的工作状态进行检测，选择数据采集进行报到、登记并与试题机系统通讯和采集反应值、记录反应时间，选择反应数据处理采用应答信息分析方法对文件形式记录的原始反应信息进行处理，最后返回总控菜单而退出本系统。