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1、word基于JAVA的数字逻辑虚拟实验平台的设计与实现, 电子工程系摘 要：为了解决高等院校扩招后产生的硬件设施不足、教学时空受限等弊端，本课题搭建了一个逼真的、操作方便的、具有交互功能的数字逻辑虚拟实验操作平台。系统利用可视化技术和虚拟技术对实验平台上的各种元器件进展了模拟, 实现实验过程以与实验现象的仿真, 产生符合客观规律的效果，实现用户和虚拟平台之间的良好交互。选择面向对象的JAVA编程语言, 选用Access2007数据库, 同时利用基于TCP/IP通信协议，较好的完成了数字逻辑虚拟实验平台的设计与实现。关键词: 数字逻辑虚拟实验；JAVA；TCP/IPDesign and Impl
2、ementation of Digital Logic Virtual Experiment Platform Based on JAVA , Department of Electronic EngineeringAbstract:In order to solve the malpractices, such as the shortage of hardware facilities, teaching time and space limited, produced after the enrollment of colleges and university, the topic h
3、as built a digital logicvirtual experiment operationplatform, which is realistic, easy operation and having interactive features. In this system, visualization technology and virtual technology are used to simulate various ponents of the experimental platform. The simulation of experiments process a
4、nd experimental phenomena are realized,producing results in line with objective laws andachieving good interaction between the user and the virtual platform. JAVA as the object-oriented programming language and Access2007 database are selected to plete the design and implementation of digital logic
5、virtual experiment platform based on TCP/IP munication protocol.Keywords：Digital Logic Virtual Experiment; JAVA; TCP/IP目 录1引言11112 相关理论和可行性分析22.1 对数字逻辑虚拟实验平台的认识22.2 对数字逻辑虚拟实验平台开发的理解22.3 数字逻辑虚拟实验平台开发的方法与流程概述22.4 系统的可行性分析23 需求分析43.1 系统目标43.2 功能需求43.3 非功能需求43.3.1 对性能的规定4444系统设计554.2 逻辑模型的描述54.3 数据库设计10
6、4.4 输入、输出设计114.5 界面设计114.6 软件设计125系统的实现和测试14145.2 系统的稳健性和安全性管理226结论23参考文献24 / 1引言目前,很多高校的计算机硬件类课程的实验教学都是在实验室中特定的硬件平台上完成。但是,由于受到经费的限制,实验室能够提供的实验设备种类、数量都有限;同时,实验设备每年的维护费用也很高。特别是对“数字逻辑实验教学来说, 无论是芯片、导线等常见元器件损坏率直线上升,还是实验平台等高端设备维修频率提高,都说明有限的经费和设备已经无法适应新的人才培养模式以与办学理念。虚拟实验室概念的提出至今仅为二十年的时间,但因其广阔的应用前景,国外有很多组织
7、都已经开展了虚拟实验系统的研究和建设工作,特别是在国外一些著名的大学,已有较多建好并投入使用的虚拟实验系统。与西方兴旺国家相比,国虚拟实验的开展起步较晚,但目前虚拟实验室的建设也得到了应有的重视,已有局部高校初步建立了虚拟实验室。因此，用软件模拟以实现硬件类课程的教学实验是意义重大的,可以简化实验的操作过程,解决实验资源的不足,打破传统实验室在空间和时间上的约束，培养学生的创新精神。同时，它也可以用于计算机辅助教学,使课堂教学更形象生动。虚拟实验室将是未来计算机类或电子类实验教学的良好选择，具有广阔的开展前景和较高的研究价值。Java语言自1995年诞生以来在短短的几年时间以迅猛的速度席卷全球
8、，已形成一种专门的技术。它是一种简单的、面向对象的、分布式的、强壮的、安全的、体系结构中立的、可移植的，高性能的、多线程的和动态的语言。而Eclipse是开发Java应用程序的首选开发环境，功能强大，易于使用。选用微软的Access2007数据库作为后台数据库,采用JDBC访问后台数据库，同时利用基于TCP/IP通信协议的网络编程技术实现交互功能。能很好的满足毕业设计的功能需求的实现。1管理员可以对教师和学生进展增删改查的操作。2学生可以根据实验指导完成实验以与写实验报告3教师可以进展实验操作的同时对学生的实验报告进展批阅并给予反应4学生与教师可以在线咨询，交流实验过程中的问题5不同的用户可以
9、修改自己的登录密码，增强系统的安全性2 相关理论和可行性分析2.1 对数字逻辑虚拟实验平台的认识虚拟实验室(Virtual laboratory)的概念,是由美国弗吉尼亚大学的WilliamWolf教授于1989年首先提出的,用来描述一个计算机网络化的虚拟实验室环境,其初衷是为了方便不同实验室中的科研人员共享彼此的数据、仪器,并能交流思想和进展远程科研合作。目前对虚拟实验室的定义有两种，这两种定义侧重不同方向,但都指出了虚拟实验室本质是一个“无墙的实验室，通过计算机网络系统,研究人员或学生不受时空的限制,能够随时随地进展虚拟实验操作,共享仪器设备,共享数据和计算机资源,同时进展研讨或得到教师的
10、远程指导。与现实的实验室相比,虚拟实验室有它的许多优势和特点。如本钱低、效率高、功能全、效果好、协作性，具有教育功能、辅助设计功能、协同实验和研究功能。2.2 对数字逻辑虚拟实验平台开发的理解虚拟实验是随着现代计算机技术的进步而产生和开展的一种实验模式。虚拟实验是以计算机为控制中心,利用软件技术构建系统的逻辑结构模型,基于模块化和层次化的设计思想,采用软硬结合的方式,协调相关硬件和效应设备形成虚拟实验系统,并利用网络技术实现虚拟实验系统的网络化,形成运行在个人计算机上实现自行设计与开发,以与远程控制与协作的实验方式。在虚拟实验中,学生可利用鼠标的点击、拖动,将计算机上各种虚拟仪器按实验要求和过
11、程组装成一个完整的实验系统,同时在这个系统上完成整个实验,包括原材料的添加、实验条件的改变、数据的采集以与实验结果的模拟分析等。因此需要掌握一定的开发技术和扎实的算法逻辑知识，进展现实情况的调研，了解广阔师生的实验现状，防止现实中的弊端，才能开发出具有应用价值的虚拟实验平台系统。2.3 数字逻辑虚拟实验平台开发的方法与流程概述本系统利用所学的相关硬件知识和软件编程技术，在Eclipse开发环境下模拟数字逻辑实验室。以Access2007数据库作为后台数据库，设置不同的登录用户权限，增加系统的安全性，同时对不同的用户进展相应的管理，易于系统的维护；以Java编程语言的布局规如此和事件监听实现友好
12、的用户界面，同时依据TCP/IP通信协议实现交流功能。本系统先是经过材料的收集，之后根据数字逻辑实验的原理进展开发思路的规划，先是完成了系统界面的设计，之后分别对不同的角色功能进展丰富，最后进展各大模块的整合和调试，形成了一个比拟完整的数字逻辑虚拟实验平台的仿真实验。2.4 系统的可行性分析从技术可行性上来说，开发者掌握了根本的计算机硬件知识，如数字电子电路根底、计算机组成原理等，同时也较熟练地掌握了Java开发语言，Access2007数据库操作，使用JDBC连接数据库的方法，计算机网络等相关知识，具有良好的理论根底和技术实践经验，能较好的完本钱系统的开发与研究。从经济可行性来说，本系统的开
13、发根本不需要经济支出，有现成的实验设备进展参考，开放的网络参考文献，免费的开发工具和技术指导。从资源可行性上来说，一台PC机、Eclipse开发环境、Access2007数据库，技术书籍数字电路、组成原理、java编程原理等和相关电子文档等。这些资源在现实中是存在的，可以很方便的获取，不需要再创造新的资源。综上所述，本系统的技术成熟，评测手段可靠，具有良好的市场拓展潜力，因此本系统可以开始执行。3 需求分析3.1 系统目标 本数字逻辑虚拟实验平台设计的目标是，在以一定的计算机硬件知识为根底主要是数字逻辑技术根底的前提下，结合Java开发技术、数据库原理、通信原理等，开发出一款具有实用价值的虚拟
14、实验平台系统。此系统不仅要有良好的用户界面，安全的访问控制设置，同时要有逼真的实验模拟效果、完善的通讯机制，让实验者如同在现实实验室中一样。能经过今后的功能完善，走入市场，真正缓解现实实验室的弊端，最大的实现资源的可持续开展和技术的开拓创新。3.2 功能需求本系统为了达到毕业设计的要求和今后走入市场，达到虚拟实验室的根本特性，可供学生、教师以与爱好者使用，必须实现以下功能：1管理员可以对教师和学生进展增删改查的操作。 2学生可以根据实验指导完成实验以与写实验报告 3教师可以进展实验操作的同时对学生的实验报告进展批阅并给予反应 4学生与教师可以在线咨询，交流实验过程中的问题 5不同的用户可以修改
15、自己的登录密码，增强系统的安全性3.3 非功能需求3.3.1 对性能的规定本系统在运行过程中要保证响应时间要短。在运行环境、与其他软件的接口以与开发计划等发生变化时，应具有灵活的适应能力。当实验过程中发生系统故障或者外来干扰产生的实验操作崩溃，系统应与时响应并给出相应的提示信息，方便维护人员进展检错并恢复系统。为了保护开发者的，本系统设置了一定的安全措施，防止开发团队的利益损失。同时此系统具有方便的操作界面，利于广阔用户的使用。在可维护性、可补充性、易读性、可靠性、运行环境可转换性的特殊要求等方面做好相应工作，这将有利于系统功能的扩大和市场价值的长久性。4系统设计本系统基于软件和硬件的特殊性质，根据教学实验的管理流程和数字电路的实验原理，模拟了数字电路虚拟实验平台。此系统中管理员、教师、学生拥有不同的权限，主角是学生进展数字实验的相关操作，教师予以检查和批阅，以与师生间相互交流实验疑难问题，总体的设计思路如顶层图4.1所示。学生虚拟实验室教师管理员登录进展虚拟实验返回实验数据提交实验报告实验报告，测试成绩查看，提交实验答疑发布实验信息承受实验报告批改实验报告学生实验疑难问题在线解答实验问题对师生的管理增删改查当前系统用户、管理信息图4.1
