回路分野の学生実験における検証・デバッグ技術の活用による高度化・効率化

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高専で実施されている論理回路（ディジタル回路）実験の多くは、ブレッドボード上で回路を組み、それを測定することによって進められる。ディジタル回路の実験は、コンピュータアーキテクチャや組込みシステムといった計算機科学の基礎を理解するために重要なものであるが、アナログ回路等の他の回路実験に比べて、使用するIC数も多く配線が複雑になるために回路デバッグが難しく、学生自身で進めることが困難な場合がある。本研究では、このような状況を改善して自主的・効率的に実験を進めることができるようにするため、また、その結果としてより高度な回路の実験を行うため、学生実験において回路デバッグを支援する環境の開発を進めている。研究期間3年目となる2022年度は、前年度までに開発した配線検証システムとブレッドボード回路デバッグ支援システムを小型シングルボードコンピュータであるRaspberry pi上に実装した。配線支援システムは、演習室のPCで回路図エディタを用いて作成した回路配線が正しいかどうかをSMT問題に定式化して検証するシステムであり、回路図エディタで保存したファイルをRaspberry pi上のWebサーバにアップロードすることによって検証ができる環境を構築した。一方、実際にブレッドボード上に作成した回路のデバッグを行うシステムは、Raspberry pi内のプログラムによって生成した入力パターンを回路に与えた後、回路で計算された値をRaspberry piで取り込んで処理することにより、誤りの有無や誤り箇所を提示するものである。これらについて、基本的な実装は完了しており、次年度の実験授業で学生に使ってもらい評価を行うことができるように準備を進めている。