基于ｖｉｒｔｏｏｌｓ的虚拟数字电路实验系统设计 李琴 （四川职业技术学院四川遂宁６２９０００） 【摘要】实验在开展高等教育和实现远距离教育中起着非常重要的作用。然而，当前的实验大体上都 是在传统实验室中运作的，经费支出大、周期过长、维护困难、存在安全隐患等是其突出的缺点。随着 计算机技术的发展，以其为技术基础的虚拟实验系统原理得到应用和开发，本文就应用了应用设计软件 及Ｖｉｒｔｏｏｉｓ完成了虚拟数字电路实验系统的设计。 ［关键词】虚拟实验Ｖｉｒｔｏｏｉｓ系统设计 【中图分类号】Ｇ４５２ ［文献标识码］Ａ 【文章编号】１ ００９－－５５４９（２０１ １）Ｏ４—０１２２一Ｏ２ 引言 目前，虚拟实验教学系统已作为实验教学的辅助工具被 引入高等教育，在提高实验教学质量、缓解实验教学 力等 方面发挥着积极而重要的作用。虚拟实验教学系统是高度集 成了各种技术的网络信息化虚拟环境的系统集合，因其广泛 的应用前景而日益得到人们的重视。 Ｖｉｒｔｏｏｌｓ是一套功能强大的整合软件，可以将现有常用 的 窠格式整合在一起，如３Ｄ的模型、２Ｄ图形或是音效等。 这 采用Ｖｉｒｔｏｏｉｓ开发数字电路虚拟实验设计。 一管理。虚拟实验教学系统教师用户群能够建立教学课程和教 学活动，能够进行授课、解答疑问等教学工作。 二、系统工作流程设计 （一）前台学习系统 在网上实验过程中，学生根据自己的用户名和密码登录 虚拟实验教学系统，可以进行个人资料录入与修改，进行虚 拟实验学习，参与教学论坛讨论等，最终生成学生信息文件 和数据列表，作为成绩评价标准，其数据流图如图２所示。 （二）后台管理系统 在后台管理系统中，涉及到管理员和教师两种类型的 管理权限。管理员建立教师和课程科目，教师建立实验列 表，由学生依据用户名和密码登录系统学习，形成学生信息 文件，再由教师统一管理，生成有效数据，最终形成数据列 表。 、需求分析 虚拟实验教学系统有三大主要功能：课程开发、实验支 持和教学管理。在系统中，学习者和助学者（包括：教师、 专家、辅导者等）彼此之间经常在学习过程中进行沟通、交 流和分享各种学习资源，共同完成一定的学＞Ｊ任务。根据系 统中不同角色功能的差别，这里将系统用户群分为学生、教 师和管理员三大子系统。如图ｌ所示。 三、虚拟实验系统设计 本系统的设计目的是在保证实现逻辑模型功能的基础 上，尽可能提高系统的简单性、可变性 一致性、完整性、 系统的运行效率和安全性，将分析阶段所获得的系统逻辑模 型，转换成一个具体的计算机实现方案的物理模型。 虚拟实验教学系统采用目前流行的Ｂ／Ｓ三层模型设计， ｊ层包括交互层、中间层及数据层。 四、利用Ｖｉｒｔｏｏｉｓ实现实验资源 以在数字逻辑电路实验箱中验证７４ＬＳ００芯片逻辑输出 的连接方式为例，７４ＬＳ００芯片输入端１接一个５００ＨＺ的方波 信号，输出端接示波器，用示波器ＣＨ２通道观察显示结果： 若输入端２为高电平，则ｃＨ２显示的状态为输入端１状态的反 相；若输入端２为低电平，则输出端为高电平。正好验证 ７４ＬＳ００芯片为与非门。 图ｌ系统用户群分类 （一）学生用户 以学生身份登录系统后（学生』１ｊ户名和密码已由管理员 用户或教师用户创建），选择相应实验课程。学生用户群能 够完成学习的整个活动过程，具体包括个别学习和群体学习 两种学习活动。 用Ｖｉｒｔｏｏｉｓ实现资源器材库设计及相关仪器设备。 （二）教师用户 除具备学生用户的基本功能外，教师用户需要实现教学 学生信 。。。。。’’‘。。。’一（一）功能描述 从资源器材库中找出相应器材和设备，在屏幕上拖动， 用户通过鼠标点击操作，即可实现器材在场景中显示和隐藏。 有效数据 用户管理ｒ－—叫学生信息修改卜——呻 Ｌ－－＿＿＿＿－＿－＿＿＿－＿＿－一 ＿＿＿・＿＿・＿＿・＿－０一学生信息 学生信 ｒ０●－＿＿＿＿－‘＿＿＿＿＿・‘＿０１ 实验平台Ｉ—・＿．． 验活动记录 绩信息 擎至蓓恧 再 查询 （转１２１页） 壑兰堡堡Ｈ０００００００■■■００００’…责任编辑：张倩 笙堡望 望墨｝ … 回复 图２前台学习系统 李琴（１９８２－），女，四川遂宁人，四川职业技术学院电子电气系教师。研究方向：应用电子。 黜嬲爨曝 图２信号处理和显示电路 能，可以由键盘修改控制温度值的大小。该温度控制器的测 计与仿真【Ｍ］．北京：航空航天大学出版，２００６． 量精度较高，适合温度的精细控制。此外，可以通过软件， 使温度测量模块具有上下限的报警输出功能，可以满足大多 数对温度测控的要求。 ［２］李全利．单片机原理及砬用技术［Ｍ】．北京：高等教育出 版社，２００４． 【５］谢新民，丁峰．自适应控制系统［Ｍ］．北京：清华大学出版 【参考文献】 【１］周润景，张丽娜．基于ＰＦ￣ＯＴＥＵＳ 的电路及单片机系统设 社，２００２． ［４】何立民．ＭＣＳ一５１系列单片机应用系统设计系统配置与 接口技术［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，１ ９９０． 其他几种实验器材开关、直流稳压电源、信号发生器、 示波器、各种集成芯片等程序均使用同类设计方法加以实 现。 （上接１２２页） （二）程序描述 此模块由两大程序部分组成，程序设计图如图４所示。 五、结束语 在设计系统和划分系统各个功能模块作用的基础上，应 用Ｖｉｒｔｏｏｌｓ及相关软件实现资源库的实现，系统提供了大量 数字电路虚拟实验教学系统的基本模型。实现在虚拟场景中 的仪器装配和实验过程中的数据存储，基本实现了教学环境 中对真实实验过程的初步仿真。 图４资源器材库外框控制交互设计 此交互功能模块能够控制资源器材库在屏幕范围内自由 拖放位置。如图５所示。 【参考文献】 【１】李亚碌，郝应光等．远程教育与虚拟实验室［Ｊ】．自然杂 志，２００１，２３（３）：１ ９１—１８４． 【２】肖晓萍，向中凡．基于虚拟仪器技术的远程实验室的研 究【Ｊ】．仪器仪表标准化与计量．２００４，（５）：１５—１ ６． 图５资源器材库各实验器材控制 固赛曝
