虛擬數(shù)字元件庫設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、在數(shù)字電路等信息技術(shù)類學科的專業(yè)必修課教學中，實驗是不可或缺的重要教學內(nèi)容，它可以強化學生理解基礎(chǔ)知識能力和應(yīng)用技能的培養(yǎng)。由于虛擬實驗平臺(Virtual Experiment Platform,VEP)能夠解決傳統(tǒng)驗室在投入成本、設(shè)備和元器件的更新速度、時間和地點的局限性等諸多方面的問題，所以VEP日益成為高校實驗室建設(shè)的主要備擇方案之一。
　　無論是基于MultiSim等仿真軟件的數(shù)字電路 VEP，或者基于面向?qū)ο蟮染幊碳夹g(shù)

2、的元件、電路模型和元件庫的設(shè)計方案自主研發(fā)的VEP，還是基于硬件描述語言(Very-High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)來開發(fā)的VEP，都還存在諸如軟件版權(quán)限制、學習成本高等問題，既不利于將實驗教學融入到理論課堂教學之中，也無法給學生提供更加有效的自主學習和技能訓練的實驗環(huán)境。尤其是這些平臺間元件、電路模型存在著封閉性和差異性，也導致無法實現(xiàn)平

3、臺間元件和元件庫的共享。
　　作為VEP最為核心的基礎(chǔ)設(shè)施之一，虛擬元件庫(Virtual Component Library,VCL)是否易于添加元件，至關(guān)VEP的易用性，而VCL的設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)在于虛擬數(shù)字元件(Virtual Digital Component,VDC)模型的設(shè)計。因此，針對虛擬數(shù)字電路實驗教學平臺的需求，本文：(1)將數(shù)字邏輯芯片分為組合邏輯芯片和帶控制的組合邏輯芯片兩大類，通過分析這些元件的靜態(tài)結(jié)構(gòu)屬性和功

4、能特性，對它們進行抽象和形式化描述，定義具有一致性的VDC模型；(2)采用基于時間自動機的模型驗證方法，建立了VDC模型到時間自動機的轉(zhuǎn)換模式，并利用模型驗證工具UPPAAL對轉(zhuǎn)換后的模型進行模擬和驗證，等價證明了原VDC模型的設(shè)計能夠滿足可達性、無死鎖等需求；(3)基于Qt的信號傳遞、QMVC和GraphicsView等，設(shè)計元件模型及模型與其封裝形式的映射機制，實現(xiàn)了可視化的數(shù)字芯片元件，并構(gòu)建了一個試驗性的VEP，完成了實驗電路的

5、可視化搭建及其工作過程的可視化演示。
　　本文所設(shè)計的一致性VDC模型，能夠簡化VCL的設(shè)計和實現(xiàn)，也可以有效提高VEP的易用性和可移植性，用戶無需具有較強的編程能力，就可通過簡單的屬性配置，生成新的虛擬元件，并對數(shù)字實驗電路進行組裝?；谠揤CL所設(shè)計的VEP有著易于操作，學習成本也不高等優(yōu)勢。而且，作為一個輕量級的VEP，既可以直接在數(shù)字邏輯等課程理論教學的課堂中作為展示使用，也能輔助學生進行自主實驗，增強學生們的實踐和創(chuàng)新能