电工电子虚拟实验室关键技术研究与实现

论文摘要

本研究所属课题是国家科技支撑计划重点项目“虚拟实验教学环境关键技术研究与应用”(No.2008BAH29800)的子课题,旨在开发并建立电工电子在线虚拟实验应用示范,课题于2011年底完成,提供电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、微电子器件和数字信号处理器等六门电工电子学科专业基础课程的虚拟实验。目前本课题已经进入尾声,各门课程的实验软件已经基本开发完毕。电工电子虚拟网络实验室的开发涉及到多个方面,包括：需求分析,框架设计,协议制定,开发架构设计等,需由多方协作完成。本论文的主要工作是在前期设计的虚拟实验室框架基础上,研究和解决实验开发技术性难题,为实验室的开发提供具体的解决方案。在解决关键技术的同时兼顾整个虚拟实验室的交互性和扩展性,帮助学生更好得利用虚拟实验室资源,同时为教师提供新实验的扩展接口。论文首先介绍了电工电子虚拟网络实验室的整体架构和功能,分别从客户端、服务器端、计算集群3个部分对虚拟实验室的内部结构进行分解和解析,阐述了各个组成模块的功能和所采用技术,并从整体上阐述了整个虚拟实验室系统的工作流程；最后,论文重点讨论了各门实验开发中碰到的共性的技术难题,包括电子线路类实验的建模问题、自动布线问题,以及嵌入式芯片类实验的芯片仿真问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外虚拟实验室研究现状
• 1.2.2 国内虚拟实验室研究现状
• 1.3 论文主要工作和章节安排
• 第2章 电工电子虚拟实验室整体架构
• 2.1 电工电子虚拟实验室系统设计
• 2.1.1 系统结构
• 2.1.2 系统工作流程
• 2.2 电工电子虚拟实验室系统实现
• 2.2.1 J2EE管理系统
• 2.2.2 基于XML的数据通信
• 2.2.3 多服务器实现
• 2.2.4 Modelica求解器
• 2.2.5 自定义求解器
• 第3章 电子线路类实验难点分析与解决
• 3.1 Modelica建模研究
• 3.1.1 Modelica语言介绍
• 3.1.1.1 Modelica语言的特点
• 3.1.1.2 Modelica标准库介绍
• 3.1.2 电子线路类实验Modelica建模研究
• 3.1.2.1 器件建模
• 3.1.2.2 系统建模
• 3.1.3 模型仿真与求解
• 3.1.3.1 Modelica模型求解过程
• 3.1.3.2 现有Modelica建模仿真环境
• 3.1.3.3 交互式仿真
• 3.1.3.4 OMI系统构成
• 3.1.3.5 OMI系统通信接口
• 3.1.3.6 电工电子虚拟实验室Modelica求解器
• 3.2 器件自动布线研究
• 3.2.1 布线算法常用技术
• 3.2.1.1 面向线网的布线
• 3.2.1.2 面向区域的布线
• 3.2.2 最短路径问题及其求解
• 3.2.2.1 最短路径问题
• 3.2.2.2 最短路径求解算法
• 3.2.2.3 最短路径与布线问题
• 3.2.3 基于Dijkstra的自动布线算法
• 第4章 嵌入式芯片类实验难点分析与解决
• 4.1 仿真技术概述
• 4.1.1 仿真技术基本概念
• 4.1.2 芯片仿真技术
• 4.2 MCS51单片机介绍
• 4.2.1 单片机结构
• 4.2.1.1 CPU
• 4.2.1.2 存储器
• 4.2.1.3 I/O端口
• 4.2.2 单片机指令集
• 4.2.2.1 寻址方式
• 4.2.2.2 指令格式
• 4.2.2.3 指令分类
• 4.2.3 单片机执行指令过程
• 4.2.4 指令机器码解析
• 4.3 仿真系统设计与实现
• 4.3.1 总体设计
• 4.3.1.1 设计目标
• 4.3.1.2 技术平台选择
• 4.3.2 仿真系统实现
• 4.3.2.1 客户端插件
• 4.3.2.2 交互模块
• 4.3.2.3 单片机仿真核心
• 4.4 单片机仿真系统实例应用
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 作者在攻读硕士期间发表及录用的论文
• 致谢