虚实结合远程数字电路实验系统设计

作     者：陈芬芳 

作者单位：黑龙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林连冬

授予年度：2023年

学科分类：0401[教育学-教育学] 04[教育学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080902[工学-电路与系统] 08[工学] 040102[教育学-课程与教学论] 

主      题：远程实验系统 可重构技术 动态压缩 交互式界面设计 

摘      要：数字电路实验课程是电子类专业教学的重要环节,本论文为了改善传统数字电路实验受时间和地点因素限制、实验项目固定和实验资源利用率低等问题,将互联网技术、远程控制技术和云服务器技术等融入到数字电路实验教学中,设计了远程数字电路实验系统,用户通过浏览器登录本系统即可进行远程数字电路实验。本文通过对国内外有关远程实验系统文献的研究,设计了虚实结合远程数字电路实验系统,论文描述了系统的总体结构以及各组成部分的功能,并且详细分析了系统硬件和软件部分的设计与实现。硬件部分采用ARM+FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)架构,基于ARM控制器设计了远程通信及控制系统,通过FPGA+自定义并行总线技术实现实验系统硬件模块化设计方案,通过FPGA可重构技术实现了远程实时可配置数字逻辑电路实验系统。在实验数据的传输过程中采用动态霍夫曼数据压缩算法对采集的数据进行动态压缩,有效的节约了系统存储空间,提高了客户端运行的稳定性和速度。通过Canvas及HTML5技术设计实现了数字电路实验系统的人机交互界面,该界面支持实验元件拖放、交互式布线和实验电路检查等功能,具有使用直观、操作简单、功能灵活和易于掌握等特点,可以有效的提高用户设计效率。最后,对本系统进行了测试,测试结果表明本文所设计的远程数字电路实验系统可以正确的完成四人无弃权表决器、四位二进制加法计数器和八位串行/并行转换器等组合逻辑和时序逻辑实验内容。