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

1、在數(shù)字電路等信息技術(shù)類學(xué)科的專業(yè)必修課教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是不可或缺的重要教學(xué)內(nèi)容，它可以強(qiáng)化學(xué)生理解基礎(chǔ)知識(shí)能力和應(yīng)用技能的培養(yǎng)。由于虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(Virtual Experiment Platform,VEP)能夠解決傳統(tǒng)驗(yàn)室在投入成本、設(shè)備和元器件的更新速度、時(shí)間和地點(diǎn)的局限性等諸多方面的問題，所以VEP日益成為高校實(shí)驗(yàn)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(jì)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(xué)習(xí)成本高等問題，既不利于將實(shí)驗(yàn)教學(xué)融入到理論課堂教學(xué)之中，也無法給學(xué)生提供更加有效的自主學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。尤其是這些平臺(tái)間元件、電路模型存在著封閉性和差異性，也導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)平

3、臺(tái)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(jì)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(jì)。因此，針對(duì)虛擬數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)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(duì)它們進(jìn)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(shí)間自動(dòng)機(jī)的模型驗(yàn)證方法，建立了VDC模型到時(shí)間自動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)換模式，并利用模型驗(yàn)證工具UPPAAL對(duì)轉(zhuǎn)換后的模型進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，等價(jià)證明了原VDC模型的設(shè)計(jì)能夠滿足可達(dá)性、無死鎖等需求；(3)基于Qt的信號(hào)傳遞、QMVC和GraphicsView等，設(shè)計(jì)元件模型及模型與其封裝形式的映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了可視化的數(shù)字芯片元件，并構(gòu)建了一個(gè)試驗(yàn)性的VEP，完成了實(shí)驗(yàn)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(jì)的一致性VDC模型，能夠簡化VCL的設(shè)計(jì)和實(shí)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(qiáng)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(duì)數(shù)字實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行組裝。基于該VCL所設(shè)計(jì)的VEP有著易于操作，學(xué)習(xí)成本也不高等優(yōu)勢(shì)。而且，作為一個(gè)輕量級(jí)的VEP，既可以直接在數(shù)字邏輯等課程理論教學(xué)的課堂中作為展示使用，也能輔助學(xué)生進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生們的實(shí)踐和創(chuàng)新能