一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法
2023-05-01 08:46:56 2
專利名稱：一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法
技術領域：
本發明屬於計算機技術領域，特別地涉及一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法。
背景技術：
近年來，隨著科學技術的飛速發展，虛擬實驗室技術應運而生。虛擬實驗室是將現有的各種實驗室數位化和虛擬化，構建的開放式網絡化的虛擬實驗教學系統。虛擬實驗臺與真實的實驗臺類似，可供操作者自己動手配置、連接、調節和使用實驗設備，構建實驗並呈現實驗結果。在學校的教學活動中，學生可以利用虛擬實驗室來預習、回顧和設計實驗，提高在實際實驗中的動手能力與解決問題的能力；教師利用虛擬實驗臺和虛擬實驗器材庫中的器材自由搭建合理的實驗或者實驗案例，作為在課堂上教學呈現或者作為輔助學生理解實驗呈現。利用虛擬實驗室老師可以輔導學生實驗，也可以幫助學生設計實驗，以此來達到良好的溝通與提高實驗能力。目前，對於電子電路類虛擬實驗開發上，主要採用以下幾種技術手段:I)基於flash或其他多媒體手段的虛擬實驗設計採用flash技術或者其他多媒體技術手段，設計模擬真實實驗箱操作界面，以豐富的多媒體交互手段，實現數字電路及電路分析實驗模擬連線操作等過程。此類虛擬實驗軟體良好的模擬了數字電路及電路分析實驗的操作過程，但由於局限於數據處理方面的問題，此類模擬軟體對於模擬實驗結果上存在一定的不足，缺乏良好的擴展性和應用性。2)基於第三方的電子設計類軟體的虛擬實驗實現通過對於第三方電子設計類軟體的設計，如matlab,EffB (ELECTRONICSff0RKBENCHEDA,電子工作平臺電子設計自動化)，Labview等，通過開發或設計手段的應用，模擬數字電子技術實驗的結果，可以準確的反應數字電子技術的實驗過程以及在理論上展示數字電子技術的輸出結果，嚴謹的模擬數字電路及電路分析實驗理論設計。但是，由於此類第三方軟體的技術實現特點，在操作過程上和操作界面上與實際的數字電子技術實驗存在著一定的差異，缺乏實際操作的真實感受，影響虛擬實驗的教學效果。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的在於提供一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法，通過採用對於虛擬實驗操作可視化界面和操作過程的XML語義描述方法，應用多媒體技術手段，使實驗操作者可以將實驗界面和實驗過程以XML文件的形式保存，實現對實驗過程記錄和復現的目的。為實現上述目的，本發明的技術方案為:一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法，包括以下步驟:S10，在後臺建立預設晶片庫，以數字邏輯晶片作為設計單元，定義出若干個需要建立的數字邏輯晶片的輸入和輸出引腳之間的邏輯功能，並將定義的邏輯功能寫入對應的可擴展的標記語言XML文件中；S20，在可視化虛擬界面設置與後臺建立的預設晶片庫中對應的數字邏輯晶片的晶片可視化描述單元，空晶片插槽區，輸入控制開關區，邏輯燈顯示區，電源輸入和接地輸入，其中所述晶片可視化描述單元通過晶片對應的晶片標識與基於XML文件存儲的晶片庫中的晶片進行關聯，空晶片插槽區域設定坐標區域；S30，通過觸發拖動事件將實驗需要的數字邏輯晶片晶片的對應的晶片可視化描述單元拖入空晶片插槽區，再通過可視化連線描述將輸入控制開關的端子連接到已拖入空晶片插槽區的晶片的輸入端，將晶片的輸出端與邏輯燈顯示區的邏輯燈連接，同時後臺採用XML數據格式記錄當前晶片安插的數據以及連線的信息完成數字線路的建立；S40，給出相應的輸入控制開關信號，觸發數字電路的運算過程，具體進行以下循環計算，遍歷連線記錄的XML數據，提取出其中連接控制開關的數據，將其相應的控制開關狀態轉化為數據並將其數據提送到該連接線的另一控制點；然後，將所有遍歷所有連接節點數據記錄IO為IN的控制點，獲取該控制點的數據並將其數據傳遞到連線的另一控制點；再次；遍歷記錄晶片安插的XML數據，根據數據記錄訪問晶片插槽的數據節點的數據，並將其保存，編寫晶片的邏輯程序，將晶片插槽底座上的插孔的數據映射到插槽上的晶片的對應引腳上，根據各個晶片的不同功能進行相應的邏輯處理，晶片處理完邏輯後將其輸出引腳的結果映射到相應的底座插孔上；最後，邏輯顯示燈的控制口獲取保存連線XML數據的相應記錄為light的數據，之後將其數據提取出來以控制邏輯燈的顯示。優選地，S30中所述的拖動事件的具體步驟為:在晶片可視化描述單元中，按下滑鼠左鍵，選擇需要的晶片，觸發晶片拖動事件，將晶片可視化描述單元所對應的晶片標識存儲於內存堆棧中；在晶片拖動過程中，保持滑鼠左鍵一直為按下狀態，晶片可視化描述單兀中選中的晶片將隨著滑鼠運動軌跡進行拖動，在滑鼠拖動過程中，當滑鼠中心點進入到空晶片插槽所對應的區域時，觸發插槽驗證事件，判定晶片引腳是否與空晶片插槽相匹配，調用相應的提示單元進行顯示；滑鼠左鍵彈起，系統自動檢測當前晶片與插槽的匹配狀態，如果晶片當前沒有插槽匹配或與當前插槽不匹配，晶片可視化描述單元自動恢復回晶片存儲區域，並在內存堆棧中刪除對應的晶片標識；如果晶片與當前插槽匹配，程序獲取當前插槽的標識，並在堆棧中調取晶片標在晶片庫查找對應的晶片並讀取晶片引腳的邏輯關係，賦值於對應插槽，並將插槽引腳、插槽晶片狀態寫入到XML文件中。優選地，S30中所述的可視化連線描述的具體步驟為:連線開始，當滑鼠在實驗區域內左鍵單擊時，判定滑鼠當前所在坐標狀態，如果當前坐標狀態屬於晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳等保留區域時，觸發連線起始事件，獲取當前引腳坐標，並標識插槽狀態，插入到內存堆棧中；當滑鼠離開起始引腳坐標後，顯示單元在起始點與當前滑鼠所處坐標之間建立虛擬連線； 當滑鼠在實驗區域內單擊，判定當前滑鼠所在坐標狀態，如果當前滑鼠所在坐標為非系統保留區域，其中保留區域為晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳，觸發連線中間點事件，獲取當前坐標點的坐標，存儲於內存堆棧中，與連線起始點狀態構成連線序列關係；
滑鼠單擊，如果當前滑鼠所在坐標為系統保留區域，獲取當前引腳狀態，判定輸入、輸出狀態，並與起始引腳狀態比對，如果同為輸出、輸入狀態或輸入與輸出為同一插槽，將調用連線錯誤事件，以當前比對結果作為參數，調用錯誤提示方法，在界面上顯示相應的錯誤信息，並刪除內存堆棧中與當前連線相關的數據，當前連線回復初始狀態；如果當前引腳狀態與起始引腳狀態不同，則觸發連線終止事件，將當前插槽坐標和狀態插入到內存堆棧中，與內存堆棧中其他數據構成連線序列關係，之後調取內存堆棧中與當前連線相關的數據，以二維數組的形式寫入到存儲當前實驗界面數據的XML文件中，完成數據連線的存儲。優選地，S40中所述循環計算的頻率為每秒大於100次。優選地，在SlO後進一步包括S50，建立自定義晶片，自定義晶片的設置在系統自定義晶片區域完成，該區域配置有晶片的引腳數，晶片的電源與地的標識位，晶片的邏輯與引腳之間的關係等設置項，保存時將採用XML數據格式這些信息全部記錄起來，並生成對應的晶片，晶片的樣式採用系統提供的自定義晶片樣式，並生成在晶片可視化描述單元中。優選地，在S40後進一步包括S60，協作性同步操作的建立，具體包括以下步驟:S601，問題提出當用戶在虛擬實驗操作過程中出現問題，用戶點擊，登錄協助大廳，輸入用戶名和密碼，調用相應的用戶驗證webservice,進行用戶驗證；當用戶驗證成功後，可以將虛擬實驗過程中出現的問題以文字的形式進行描述，並調用問題發布webservice，將所遇到的問題相關信息存儲於伺服器端指定問題XML文件內；求助大廳交互界面單元將會以一定的時間間隔讀取指定的問題XML文件，並將新的問題在求助大廳中顯示，供其他用戶響應；S602，文字交互當其他用戶在求助大廳中看到該用戶提出的問題，雙擊問題，觸發回答問題事件，將幫助者的個人信息寫入到伺服器端制定的問題XML文件中，此時幫助者用戶與求助者用戶之間基於XML文件建立連接；求助者和幫助者可以通過聊天事件webservice向伺服器端發送聊天文字信息，實現用戶與用戶之間的文字通信；S603，協作同步準備當求助問題通過文字交互方式不能解決時，求助者向幫助者發送協作同步請求，點擊建立連接，觸發求助事件，調用求助協作webservice將該問題相關信息，包括求助者信息、幫助者信息以及求助問題發送於伺服器端，存儲於問題XML文件中，同時將用戶當前操作界面的XML文件上傳於伺服器中，將操作界面文件存儲於伺服器端的地址寫入到問題XML文件中，並將自動將該求助事件編號發給給幫助者；幫助者在接收到求助編號後點擊協作連接，輸入協作編號，點擊協作，將會觸發協作事件，更改問題XML文件中的幫助者狀態，並在對應的問題XML文件中讀取求助者界面XML文件地址，下載到本地軟體文件存儲目錄下，並調用通知可視化交互界面讀取該XML文件，在交互界面上顯示完成協作同步顯示；S604，協作同步操作在完成協作同步準備過程後，點擊開始協作同步，在初始化狀態下，求助者為操作狀態，可以對於虛擬實驗操作界面進行操作，幫助者為觀看狀態，不能對虛擬實驗界面進行操作；當處於操作狀態的用戶完成操作後，點擊狀態轉換，可以將用戶的操作狀態和觀看狀態進行互換，求助者觀看，幫助者操作；在整個協同操作過程中，虛擬實驗軟體將會通過伺服器端webservice定時將處於操作狀態的的虛擬實驗操作界面上傳到伺服器協同請求所對應的文件中，處於觀看狀態的虛擬實驗軟體通過伺服器端webservice定時讀取與協作同步請求相對應的操作界面XML描述文件並在虛擬實驗操作界面上，實現操作狀態界面與觀看狀態界面的同步；S605，完成協作經過求助者與幫助者之間狀態轉換和協同操作，當求助者意識到求助問題已經解決或者是當前幫助者者無法解決問題後求助者可以斷開當前連接，觸發斷開連接事件，設定問題XML文件中的相應標識，標誌當前協作同步已經完成；並對於當前協同操作進行評價，當求助者評價一》已解決，刪除問題XML文件中的對應求助事件，該求助問題完成；當求助者評價——))未解決，設定問題XML文件中當前求助問題狀態為初始化狀態，該求助問題將會重新進入求助大廳，等待進入下一協同過程。與現有技術相比，本發明的有益效果如下:(I)採用對於虛擬實驗操作界面和操作過程的XML語義描述方法，應用多媒體技術手段，使實驗操作者可以將實驗界面和實驗過程以文件的形式保存，實現對實驗過程記錄和復現的目的；(2)通過自定義晶片步驟的加入，用戶可以根據使用需要自定義預設晶片庫中缺少的晶片，提高了系統的擴展性；(3)通過協作性同步操作的建立，使得建立的可視化虛擬數字電路系統具有交互性，使得用戶的實驗水平可以得到更好的提高。
圖1為本發明一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖；圖2為本發明實施例的前臺各單元中的結構示意圖；圖3為本發明又一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖；圖4為本發明另一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。參考圖1，所示為本發明一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖，其包括以下步驟:S10，在後臺建立預設晶片庫，以數字邏輯晶片作為設計單元，定義出若干個需要建立的數字邏輯晶片的輸入和輸出引腳之間的邏輯功能，並將定義的邏輯功能寫入對應的可擴展的標記語言(Extensible Markup Language, XML)文件中；
以建立數字邏輯晶片74LS00為例進行說明，74LS00為4單元而輸入與非門，在晶片邏輯單元的建立上，以XML文件的形式，建立基於74LS00各個引腳的節點，並在節點中描述74LS00各個引腳的狀態信息，如引腳編號、引腳輸入輸出狀態、引腳與其他引腳的邏輯
關係等。S20，在前臺設置與後臺建立的預設晶片庫中對應的數字邏輯晶片的晶片可視化描述單元，空晶片插槽區，輸入控制開關區，邏輯燈顯示區，電源輸入和接地輸入，其中所述晶片可視化描述單元通過晶片對應的晶片標識與基於XML文件存儲的晶片庫中的晶片進行關聯，空晶片插槽區域設定坐標區域；晶片可視化描述單元包括了預設晶片庫中所有的建立晶片的圖標，例如，上一步驟中設置的74LS00晶片將以圖標的形式在晶片可視化描述單元中顯示，並有代表其型號唯一標示字符對晶片進行標示，例如74LS00的唯一標示字符即為「74LS00」，用戶看到其標示字符即知道其邏輯功能，在實驗中可以進行很好的晶片選擇。在一具體應用實例中，空晶片插槽區以分布著A I共九個區為例，其中A到F為14引腳晶片區，G到I區為16引腳晶片區。在其他的應用實例中，將空晶片插槽區中插槽區設置在一個以上即可，具體數目及排列根據在具體實例中可進行調整。通過設置多個插槽區使得在具體的實驗過程中，可進行由多個數字邏輯晶片組成的虛擬數字電路的設計，提升了系統的擴展性。輸入控制開關的即為可控制輸入為「O」或「I」電平的邏輯開關，邏輯燈顯示區即為輸出為「O」或「I」電平的邏輯顯示燈，在具體應用實例中，可以設置輸出為「I」顯示燈亮，輸出「O」顯示燈滅。當然也可以設置成輸出電平不同顯示為不同的顏色，例如「I」為紅，「O」為綠。S30，通過觸發拖動事件將實驗需要的數字邏輯晶片晶片的對應的晶片可視化描述單元拖入空晶片插槽區，再通過可視化連線描述將輸入控制開關的端子連接到已拖入空晶片插槽區的晶片的輸入端，將晶片的輸出端與邏輯燈顯示區的邏輯燈連接，同時後臺採用XML數據格式記錄當前晶片安插的數據以及連線的信息完成數字線路的建立。在具體應用實例中，拖動事件的具體步驟為:在晶片可視化描述單元中，按下滑鼠左鍵，選擇需要的晶片，觸發晶片拖動事件，將晶片可視化描述單元所對應的晶片標識存儲於內存堆棧中；在晶片拖動過程中，保持滑鼠左鍵一直為按下狀態，晶片可視化描述單元中選中的晶片將隨著滑鼠運動軌跡進行拖動，在滑鼠拖動過程中，當滑鼠中心點進入到空晶片插槽所對應的區域時，觸發插槽驗證事件，判定晶片引腳是否與空晶片插槽相匹配，調用相應的提示單元進行顯示；滑鼠左鍵彈起，系統自動檢測當前晶片與插槽的匹配狀態，如果晶片當前沒有插槽匹配或與當前插槽不匹配，晶片可視化描述單元自動恢復回晶片存儲區域，並在內存堆棧中刪除對應的晶片標識；如果晶片與當前插槽匹配，程序獲取當前插槽的標識，並在堆棧中調取晶片標在晶片庫查找對應的晶片並讀取晶片引腳的邏輯關係，賦值於對應插槽，並將插槽引腳、插槽晶片狀態寫入到XML文件中。可視化連線描述的具體步驟為:連線開始，當滑鼠在實驗區域內左鍵單擊時，判定滑鼠當前所在坐標狀態，如果當前坐標狀態屬於晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳等保留區域時，觸發連線起始事件，獲取當前引腳坐標，並標識插槽狀態，插入到內存堆棧中；當滑鼠離開起始引腳坐標後，顯示單元在起始點與當前滑鼠所處坐標之間建立虛擬連線；當滑鼠在實驗區域內單擊，判定當前滑鼠所在坐標狀態，如果當前滑鼠所在坐標為非系統保留區域，其中保留區域為晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳，觸發連線中間點事件，獲取當前坐標點的坐標，存儲於內存堆棧中，與連線起始點狀態構成連線序列關係；滑鼠單擊，如果當前滑鼠所在坐標為系統保留區域，獲取當前引腳狀態，判定輸入、輸出狀態，並與起始引腳狀態比對，如果同為輸出、輸入狀態或輸入與輸出為同一插槽，將調用連線錯誤事件，以當前比對結果作為參數，調用錯誤提示方法，在界面上顯示相應的錯誤信息，並刪除內存堆棧中與當前連線相關的數據，當前連線回復初始狀態；如果當前引腳狀態與起始引腳狀態不同，則觸發連線終止事件，將當前插槽坐標和狀態插入到內存堆棧中，與內存堆棧中其他數據構成連線序列關係，之後調取內存堆棧中與當前連線相關的數據，以二維數組的形式寫入到存儲當前實驗界面數據的XML文件中，完成數據連線的存儲。以此獨特的結構，利用數據的點特性和連線的線段特性，可以添加連接線，可以修改連接線，更可以刪除連接線。這樣為其實驗臺界面保持其靈活性提供了方便。可以動態的勾勒線段，同時在需要時修改線段的屬性讓其和實驗臺界面的總體布局保持和諧。參考圖2顯示為晶片可視化描述單元，空晶片插槽區，輸入控制開關區，邏輯燈顯示區，電源輸入和接地輸入的結構示意圖，例如以晶片A為14腳晶片，晶片A為16腳晶片，插槽區C為14腳晶片插槽區，插槽區D為16腳晶片插槽區為例進行說明。如果拖動晶片A放到插槽區C中晶片拖放將成功完成，拖動晶片B放到插槽區D中晶片拖放也將成功完成。如果插槽區C有晶片將提示錯誤「晶片插槽上已有晶片」，如果將晶片A放到插槽區D中將提示錯誤「14引腳晶片不能放在16引腳的插槽上」，將晶片B放到插槽區C中將提示錯誤「16引腳晶片不能放在14引腳的插槽上」。通過拖動事件可將需要的晶片拖動至合適的插槽區，再通過可視化連線描述將需要連接的輸入引腳與輸入控制開關區的輸入開關連接，將需要連接的輸出引腳與輸出邏輯燈顯示區的輸出邏輯燈連接，將電源輸入引腳接電源輸入，接地引腳接接地輸入，同時後臺採用XML數據格式記錄當前晶片安插的數據以及連線的信息完成數字線路的建立。S40，給出相應的輸入控制開關信號，觸發數字電路的運算過程，具體進行以下循環計算，遍歷連線記錄的XML數據，提取出其中連接控制開關的數據，將其相應的控制開關狀態轉化為數據並將其數據提送到該連接線的另一控制點；然後，將所有遍歷所有連接節點數據記錄IO為IN的控制點，獲取該控制點的數據並將其數據傳遞到連線的另一控制點；再次；遍歷記錄晶片安插的XML數據，根據數據記錄訪問晶片插槽的數據節點的數據，並將其保存，編寫晶片的邏輯程序，將晶片插槽底座上的插孔的數據映射到插槽上的晶片的對應引腳上，根據各個晶片的不同功能進行相應的邏輯處理，晶片處理完邏輯後將其輸出引腳的結果映射到相應的底座插孔上；最後，邏輯顯示燈的控制口獲取保存連線XML數據的相應記錄為light的數據，之後將其數據提取出來以控制邏輯燈的顯示。其中，在具體應用實例中，循環計算的頻率為每秒大於100次。這樣既保證了數據的實時性，也給建立帶來了便利。比如:如果開關狀態發生了變化，那麼數據結果會馬上反映出來，以顯示開關狀態發生了變化；如果實驗者刪除了實驗的晶片或者實驗的連接線，那麼數據的結果也會相應的該變。這樣即在保證實時性的同時，也保證了實驗的仿真性，讓實驗者感受到實驗的實時和真實實驗的感覺。通過以上技術方案，採用對於虛擬實驗操作界面和操作過程的XML語義描述方法，應用多媒體技術手段，使實驗操作者可以將實驗界面和實驗過程以文件的形式保存，實現對實驗過程記錄和復現的目的。參考圖3，所示為本發明又一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖，在上一實施例的基礎上，本實施例中在步驟SlO後面進一步增加S50，建立自定義晶片。自定義晶片的設置在系統自定義晶片區域完成，該區域配置有晶片的引腳數，晶片的電源與地的標識位，晶片的邏輯與引腳之間的關係等設置項，保存時將採用XML數據格式這些信息全部記錄起來，並生成對應的晶片，晶片的樣式採用系統提供的自定義晶片樣式，並生成在晶片可視化描述單元中。例如其中一具體應用實例中，提供了兩種類型的實驗晶片，14引腳和16引腳類型晶片的自定義。使用者首先需要選擇自己設計的是14引腳還是16引腳的晶片，根據使用者選擇的晶片類型進行相應的基本設置，大大簡化了使用者的操作，也為引導使用者完成晶片設計提供了方便。接下來需要設計引腳屬性區設置晶片的引腳屬性，在上一步的選擇晶片類型後，一些相應基本的引腳屬性已經選者好了，現在只需選者要用到的相應引腳的屬性，如果不選即默認為NULL(為空)，可以只選者需要用到的引腳屬性。晶片的引腳屬性分為四種，IN\0UT和VCC\GND，在上一步中已經設置好了 VCC\GND。各種屬性分別表示為，IN為代表晶片的輸入端，OUT代表晶片的輸出端，VCC代表晶片的電源端，GND代表晶片的接地端。在設置完晶片屬性後，可以按照晶片屬性設計晶片的邏輯表達式。在自定義晶片窗口的右邊區域有個功能模塊為「自定義晶片引腳邏輯」。在「自定義晶片引腳邏輯」中又分為兩塊區域，邏輯與功能和邏輯或功能區域；在邏輯與區域設計的是晶片的各引腳的與邏輯，在邏輯或區域設計的是晶片的各引腳的或邏輯。在這兩個區域，可以填寫兩個邏輯表達式，這樣設計主要是考慮以可以滿足絕大多數的晶片設計需要之後減小軟體的開發周期。在表達式的左邊輸入屬性為IN的引腳序號，各個表達式可以留空，也可以整個表達式全部留空，空的地方軟體會根據是邏輯與還是邏輯或表達式來進行相應的邏輯處理，但是不能輸入屬性為VCC\GND的引腳序號；在表達式的右邊需要輸入屬性為OUT的晶片引腳序號。最後軟體會根據晶片的類型、晶片引腳類型和晶片的定義邏輯來生成自定義晶片的完整邏輯表達式，當然這一步是由軟體來完成的，使用者只需要設置好相應的屬性即可。在自定義晶片窗口底部有三個按鈕，分別為:刪除、清空和添加帶實驗臺。當在窗口中點擊「刪除」按鈕時，需要先選中按鈕類型，然後軟體會判斷虛擬實驗系統是否有相應類型的自定義晶片，如果虛擬實驗系統有相應類型的晶片，那將清除虛擬實驗系統上的相應的晶片。「清空」按鈕主要用於將當前填入自定義設計晶片窗中的各種數據清空，以方便設計者重新設計，因為要清空自定義晶片窗口中的數據，所以此功能慎用，以免丟失已經設計好的數據。「添加到實驗臺」按鈕用於完成將設計好的晶片添加到虛擬實驗系統上，當自定義晶片添加到虛擬實驗系統上之後，使用者就可以如同操作軟體晶片庫中的晶片一樣來操作自定義晶片，此時的自定義晶片跟預設晶片庫中的晶片一樣，只是晶片的邏輯是使用者自己定義的，晶片執行邏輯時將按照使用者自己定義的晶片邏輯進行邏輯處理。通過自定義晶片步驟的加入，用戶可以根據使用需要自定義預設晶片庫中缺少的晶片，提聞了系統的擴展性。參考圖4，所示為本發明另一實施例的可視化虛擬數字電路系統的建立方法的步驟流程圖，在實施例基礎上，S40後進一步包括S60，協作性同步操作的建立，具體包括以下步驟:S601，問題提出當用戶在虛擬實驗操作過程中出現問題，用戶點擊，登錄協助大廳，輸入用戶名和密碼，調用相應的用戶驗證webservice,進行用戶驗證；當用戶驗證成功後，可以將虛擬實驗過程中出現的問題以文字的形式進行描述，並調用問題發布webservice，將所遇到的問題相關信息存儲於伺服器端指定問題XML文件內；求助大廳交互界面單元將會以一定的時間間隔讀取指定的問題XML文件，並將新的問題在求助大廳中顯示，供其他用戶響應；S602，文字交互當其他用戶在求助大廳中看到該用戶提出的問題，雙擊問題，觸發回答問題事件，將幫助者的個人信息寫入到伺服器端制定的問題XML文件中，此時幫助者用戶與求助者用戶之間基於XML文件建立連接；求助者和幫助者可以通過聊天事件webservice向伺服器端發送聊天文字信息，實現用戶與用戶之間的文字通信；S603，協作同步準備當求助問題通過文字交互方式不能解決時，求助者向幫助者發送協作同步請求，點擊建立連接，觸發求助事件，調用求助協作webservice將該問題相關信息，包括求助者信息、幫助者信息以及求助問題發送於伺服器端，存儲於問題XML文件中，同時將用戶當前操作界面的XML文件上傳於伺服器中，將操作界面文件存儲於伺服器端的地址寫入到問題XML文件中，並將自動將該求助事件編號發給給幫助者；幫助者在接收到求助編號後點擊協作連接，輸入協作編號，點擊協作，將會觸發協作事件，更改問題XML文件中的幫助者狀態，並在對應的問題XML文件中讀取求助者界面XML文件地址，下載到本地軟體文件存儲目錄下，並調用通知可視化交互界面讀取該XML文件，在交互界面上顯示完成協作同步顯示；S604，協作同步操作在完成協作同步準備過程後，點擊開始協作同步，在初始化狀態下，求助者為操作狀態，可以對於虛擬實驗操作界面進行操作，幫助者為觀看狀態，不能對虛擬實驗界面進行操作；當處於操作狀態的用戶完成操作後，點擊狀態轉換，可以將用戶的操作狀態和觀看狀態進行互換，求助者觀看，幫助者操作；在整個協同操作過程中，虛擬實驗軟體將會通過伺服器端webservice定時將處於操作狀態的的虛擬實驗操作界面上傳到伺服器協同請求所對應的文件中，處於觀看狀態的虛擬實驗軟體通過伺服器端webservice定時讀取與協作同步請求相對應的操作界面XML描述文件並在虛擬實驗操作界面上，實現操作狀態界面與觀看狀態界面的同步；S605，完成協作經過求助者與幫助者之間狀態轉換和協同操作，當求助者意識到求助問題已經解決或者是當前幫助者者無法解決問題後求助者可以斷開當前連接，觸發斷開連接事件，設定問題XML文件中的相應標識，標誌當前協作同步已經完成；並對於當前協同操作進行評價。當求助者評價一》已解決，刪除問題XML文件中的對應求助事件，該求助問題完成；當求助者評價——》未解決，設定問題XML文件中當前求助問題狀態為初始化狀態，該求助問題將會重新進入求助大廳，等待進入下一協同過程。當然，本領域內的技術人員應該可以立即，此步驟也可在實施例2的基礎上進行添加。通過協作性同步操作的建立，使得建立的可視化虛擬數字電路系統具有交互性，使得用戶的實驗水平可以得到更好的提高。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，包括以下步驟: S10，在後臺建立預設晶片庫，以數字邏輯晶片作為設計單元，定義出若干個需要建立的數字邏輯晶片的輸入和輸出引腳之間的邏輯功能，並將定義的邏輯功能寫入對應的可擴展的標記語言XML文件中； S20，在可視化虛擬界面設置與後臺建立的預設晶片庫中對應的數字邏輯晶片的晶片可視化描述單元，空晶片插槽區，輸入控制開關區，邏輯燈顯示區，電源輸入和接地輸入，其中所述晶片可視化描述單元通過晶片對應的晶片標識與基於XML文件存儲的晶片庫中的晶片進行關聯，空晶片插槽區域設定坐標區域； S30，通過觸發拖動事件將實驗需要的數字邏輯晶片晶片的對應的晶片可視化描述單元拖入空晶片插槽區，再通過可視化連線描述將輸入控制開關的端子連接到已拖入空晶片插槽區的晶片的輸入端，將晶片的輸出端與邏輯燈顯示區的邏輯燈連接，同時後臺採用XML數據格式記錄當前晶片安插的數據以及連線的信息完成數字線路的建立； S40，給出相應的輸入控制開關信號，觸發數字電路的運算過程，具體進行以下循環計算，遍歷連線記錄的XML數據，提取出其中連接控制開關的數據，將其相應的控制開關狀態轉化為數據並將其數據提送到該連接線的另一控制點；然後，將所有遍歷所有連接節點數據記錄IO為IN的控制點，獲取該控制點的數據並將其數據傳遞到連線的另一控制點；再次；遍歷記錄晶片安插的XML數據，根據數據記錄訪問晶片插槽的數據節點的數據，並將其保存，編寫晶片的邏輯程序，將晶片插槽底座上的插孔的數據映射到插槽上的晶片的對應引腳上，根據各個晶片的不同功能進行相應的邏輯處理，晶片處理完邏輯後將其輸出引腳的結果映射到相應的底座插孔上；最後，邏輯顯示燈的控制口獲取保存連線XML數據的相應記錄為light的數據，之後將其數據提取出來以控制邏輯燈的顯示。
2.根據權利要求1所述的可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，S30中所述的拖動事件的具體步驟為: 在晶片可視化描述單元中，按下滑鼠左鍵，選擇需要的晶片，觸發晶片拖動事件，將晶片可視化描述單元所對應的晶片標識存儲於內存堆棧中； 在晶片拖動過程中，保持滑鼠左鍵一直為按下狀態，晶片可視化描述單兀中選中的晶片將隨著滑鼠運動軌跡進行拖動，在滑鼠拖動過程中，當滑鼠中心點進入到空晶片插槽所對應的區域時，觸發插槽驗證事件，判定晶片引腳是否與空晶片插槽相匹配，調用相應的提示單元進行顯示； 滑鼠左鍵彈起，系統自動檢測當前晶片與插槽的匹配狀態，如果晶片當前沒有插槽匹配或與當前插槽不匹配，晶片可視化描述單元自動恢復回晶片存儲區域，並在內存堆棧中刪除對應的晶片標識；如果晶片與當前插槽匹配，程序獲取當前插槽的標識，並在堆棧中調取晶片標在晶片庫查找對應的晶片並讀取晶片引腳的邏輯關係，賦值於對應插槽，並將插槽引腳、插槽晶片狀態寫入到XML文件中。
3.根據權利要求1所述的可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，S30中所述的可視化連線描述的具體步驟為: 連線開始，當滑鼠在實驗區域內左鍵單擊時，判定滑鼠當前所在坐標狀態，如果當前坐標狀態屬於晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳等保留區域時，觸發連線起始事件，獲取當前引腳坐標，並標識插槽狀態，插入到內存堆棧中；當滑鼠離開起始引腳坐標後，顯示單元在起始點與當前滑鼠所處坐標之間建立虛擬連線； 當滑鼠在實驗區域內單擊，判定當前滑鼠所在坐標狀態，如果當前滑鼠所在坐標為非系統保留區域，其中保留區域為晶片插槽引腳、開關插槽引腳或顯示插槽引腳，觸發連線中間點事件，獲取當前坐標點的坐標，存儲於內存堆棧中，與連線起始點狀態構成連線序列關係; 滑鼠單擊，如果當前滑鼠所在坐標為系統保留區域，獲取當前引腳狀態，判定輸入、輸出狀態，並與起始引腳狀態比對，如果同為輸出、輸入狀態或輸入與輸出為同一插槽，將調用連線錯誤事件，以當前比對結果作為參數，調用錯誤提示方法，在界面上顯示相應的錯誤信息，並刪除內存堆棧中與當前連線相關的數據，當前連線回復初始狀態；如果當前引腳狀態與起始引腳狀態不同，則觸發連線終止事件，將當前插槽坐標和狀態插入到內存堆棧中，與內存堆棧中其他數據構成連線序列關係，之後調取內存堆棧中與當前連線相關的數據，以二維數組的形式寫入到存儲當前實驗界面數據的XML文件中，完成數據連線的存儲。
4.根據權利要求1至3任一所述的可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，S40中所述循環計算的頻率為每秒大於100次。
5.根據權利要求1至3任一所述 的可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，在SlO後進一步包括S50，建立自定義晶片，自定義晶片的設置在系統自定義晶片區域完成，該區域配置有晶片的引腳數，晶片的電源與地的標識位，晶片的邏輯與引腳之間的關係等設置項，保存時將採用XML數據格式這些信息全部記錄起來，並生成對應的晶片，晶片的樣式採用系統提供的自定義晶片樣式，並生成在晶片可視化描述單元中。
6.根據權利要求1所述的可視化虛擬數字電路系統的建立方法，其特徵在於，在S40後進一步包括S60，協作性同步操作的建立，具體包括以下步驟: S601，問題提出 當用戶在虛擬實驗操作過程中出現問題，用戶點擊，登錄協助大廳，輸入用戶名和密碼，調用相應的用戶驗證webservice,進行用戶驗證；當用戶驗證成功後，可以將虛擬實驗過程中出現的問題以文字的形式進行描述，並調用問題發布webservice，將所遇到的問題相關信息存儲於伺服器端指定問題XML文件內；求助大廳交互界面單元將會以一定的時間間隔讀取指定的問題XML文件，並將新的問題在求助大廳中顯示，供其他用戶響應； S602，文字交互 當其他用戶在求助大廳中看到該用戶提出的問題，雙擊問題，觸發回答問題事件，將幫助者的個人信息寫入到伺服器端制定的問題XML文件中，此時幫助者用戶與求助者用戶之間基於XML文件建立連接；求助者和幫助者可以通過聊天事件webservice向伺服器端發送聊天文字信息，實現用戶與用戶之間的文字通信； S603，協作同步準備 當求助問題通過文字交互方式不能解決時，求助者向幫助者發送協作同步請求，點擊建立連接，觸發求助事件，調用求助協作webservice將該問題相關信息，包括求助者信息、幫助者信息以及求助問題發送於伺服器端，存儲於問題XML文件中，同時將用戶當前操作界面的XML文件上傳於伺服器中，將操作界面文件存儲於伺服器端的地址寫入到問題XML文件中，並將自動將該求助事件編號發給給幫助者；幫助者在接收到求助編號後點擊協作連接，輸入協作編號，點擊協作，將會觸發協作事件，更改問題XML文件中的幫助者狀態，並在對應的問題XML文件中讀取求助者界面XML文件地址，下載到本地軟體文件存儲目錄下，並調用通知可視化交互界面讀取該XML文件，在交互界面上顯示完成協作同步顯示； S604，協作同步操作 在完成協作同步準備過程後，點擊開始協作同步，在初始化狀態下，求助者為操作狀態，可以對於虛擬實驗操作界面進行操作，幫助者為觀看狀態，不能對虛擬實驗界面進行操作；當處於操作狀態的用戶完成操作後，點擊狀態轉換，可以將用戶的操作狀態和觀看狀態進行互換，求助者觀看，幫助者操作；在整個協同操作過程中，虛擬實驗軟體將會通過伺服器端webservice定時將處於操作狀態的的虛擬實驗操作界面上傳到伺服器協同請求所對應的文件中，處於觀看狀態的虛擬實驗軟體通過伺服器端webservice定時讀取與協作同步請求相對應的操作界面XML描述文件並在虛擬實驗操作界面上，實現操作狀態界面與觀看狀態界面的同步； S605，完成協作 經過求助者與幫助者之間狀態轉換和協同操作，當求助者意識到求助問題已經解決或者是當前幫助者者無法解決問題後求助者可以斷開當前連接，觸發斷開連接事件，設定問題XML文件中的相應標識，標誌當前協作同步已經完成；並對於當前協同操作進行評價，當求助者評價一一》已解決，刪除問題XML文件中的對應求助事件，該求助問題完成；當求助者評價——))未解決，設定問題XML文件中當前求助問題狀態為初始化狀態，該求助問題將會重新進入求助大廳， 等待進入下一協同過程。
全文摘要
本發明實施例公開了一種可視化虛擬數字電路系統的建立方法，包括以下步驟S10，在後臺建立預設晶片庫，以數字邏輯晶片作為設計單元；S20，在前臺設置與後臺建立的預設晶片庫中對應的數字邏輯晶片的晶片可視化描述單元，空晶片插槽區，輸入控制開關區，邏輯燈顯示區，電源輸入和接地輸入；S30，通過觸發拖動事件和可視化連線描述建立數字線路；S40，給出相應的輸入控制開關信號，觸發數字電路的運算過程。本發明通過採用對於虛擬實驗操作界面和操作過程的XML語義描述方法，應用多媒體技術手段，使實驗操作者可以將實驗界面和實驗過程以XML文件的形式保存，實現對實驗過程記錄和復現的目的。
文檔編號G09B19/00GK103150941SQ201310125580
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月10日 優先權日2013年4月10日
發明者李亮, 劉王傑, 苟秋林 申請人:浙江傳媒學院