基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统

1.本发明为eda远程实验领域，涉及一种基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，可用于eda远程实验教学。


背景技术：

2.eda技术以硬件描述语言为设计语言，以专用集成电路为实现载体，设计并实现复杂电子电路或电子系统，代表了现代电子设计的主流和趋势。针对eda实验课程的实践教学环节进行改革与探索，切实提高学生应用eda技术进行电子设计的能力，是高等学校电子类专业课程建设的重要任务，具有积极的现实意义。
3.电子类专业开设的eda实验课程因为其自身反映真实数字信号特性的特点通常很难实现线上教学。传统的eda实验可以通过仿真来模拟信号的输入输出，但是仿真并不能模拟真实实验场景，不利于实验教学。
4.随着科技进步和生活水平的提高，线上教学逐渐被越来越多人接受和认可。当前电子类专业所开设的eda实验课程都在线下实验室的环境下开展,学生只能在课上的固定时间进行实验，不能有效利用课余时间自主学习，有一定的局限性，这使得学习效率和教学效果不够理想。
5.互联网+教育是基于计算机技术和网络技术的一种新兴学习方式，是在传统教育体制和教学方法的框架之外，探索出的一种全新的教学模式。互联网+教育打破了常规教育的空间以及时间限制，在优化教学资源以及促进教育公平的同时，有助于教育的个性化发展。
6.申请公布号为cn112116852a，名称为“远程实验方法、设置及终端设备”的专利申请，公开了一种通过获取电子技术实验板的监控图像实现与远程终端的用户交互的远程实验装置，解决了采用仿真技术实现的传统远程电子技术实验无法完全模拟真实实验环境，实验效果较差的问题。由于该远程实验装置采用了监控图像获取电子技术实验板，故图像数据的处理以及传输会有一定的延迟现象，在实验室这种用户数量多，数据量大的场景下应用会更困难，影响用户的实验体验；同时，监控图像只能获取实验板本身的信息，无法完成需要其他外设或模块的实验，实验场景有限且不够灵活。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，用于解决现有技术中存在的时间延迟和实验场景单一的问题，优化远程用户的实验效果，增强eda实验教学的空间性和灵活性。
8.为实现上述目的，本发明采取的技术方案包括顺次级联的数据包接收模块、数据分流模块、多通道处理模块和输出呈现模块，其中：
9.所述数据包接收模块，用于接收eda实验板上由频率、占空比、电平、时钟信号和波特率这些真实数字信号特征数据，以及标志数据组成的数据包，并将所述数据包中各个集
合合并为数据流；
10.所述数据分流模块，首先识别数据流中的标志数据，所述标志数据标记每个真实数字信号特征数据，用以区分实验板不同位置产生的真实数字信号特征数据，然后根据所述标志数据对所述数据流中的真实数字信号特征数据进行分类，并将特征一致的标志数据对应的真实数字信号特征数据组合，得到各组信息包，最后对各组信息包进行编号；
11.所述多通道处理模块，分为多个并行的信息处理通道，所述通道根据输出呈现模块表现层的组成划分，包括led通道、数码管通道、串口通道和拓展通道，各通道根据所述信息包的编号并行接收相应的信息包，并在对应的信息处理通道读取信息，模拟出一段时序波形，获得具有时序性质的电平信息；
12.所述输出呈现模块，由处理层和表现层两部分构成，所述处理层根据所述时序波形的电平信息匹配样式类型号，所述样式类型号决定了所述表现层的显示样式并与所述表现层的显示样式一一对应。
13.上述基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，数据包由多个json对象格式的集合组成，每个集合包含一种真实数字信号特征数据，每个真实数字信号特征数据都对应一个标志数据，所述标志数据表明了真实数字信号特征数据在实验板的产生位置。
14.上述基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，所述数据分流模块在对数据流分类会对所述数据流进行检索，确定所述标志数据及其对应的真实数字信号特征数据。
15.上述基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，所述数据分流模块将已经编号的所述信息包添加至对应的信息处理通道，等待多通道处理模块的接收。
16.上述基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，所述led通道、数码管通道和串口通道分别接收包含实验板上led数字信号、数码管数字信号和串口数字信号的信息包，分别模拟出led、数码管和串口的时序波形图并提取出电平信息；所述拓展通道在读取信息，模拟时序波形图的基础上还会向输出呈现模块的表现层发送信息，提示用户打开对应的拓展模块。
17.上述基于真实数字信号特性的实验结果远程呈现系统，所述表现层由led、数码管、串口和拓展模块四部分组成，每个部分在接收到所述处理层的所述样式类型号序列后，匹配每个部分相应的显示样式，并在用户终端进行显示。
18.本发明与现有技术相比，具有如下优点：
19.1.实现远程实验需要获得实验板的真实情况，现有技术依靠监控图像传输获取实验板真实情况，图像传输方式除了数据量大以外还存在编解码的过程，会出现明显的延迟现象。本发明中数据包接收模块接收的频率、占空比、电平、时钟信号和波特率这些真实数字信号特征数据能够反映出实验板的真实情况，同时真实数字信号特征数据相比于图像数据而言数据量有很大的缩减，再结合实时网络编程技术，能够实现终端显示的实验板实时呈现，消除了实时图像传输的网络延迟问题。
20.2.现有技术依靠图像传输获得实验板的信息，只能基于实验板进行实验操作。本发明中输出呈现模块的表现层根据实际eda实验板所设计，在此基础上表现层还能够根据实验需要为用户在终端提供可以进行综合实验的拓展部分。这种表现层的设计能够还原实验室场景，丰富远程实验教学的内容，提高用户进行远程实验的灵活性，给用户以真实的实
验室体验。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图；
22.图2是本发明中多通道处理模块的结构示意图；
23.图3是本发明中输出呈现模块的结构示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述。
25.参照图1，本发明包括顺次级联的数据包接收模块、数据分流模块、多通道处理模块和输出呈现模块，其中，多通道处理模块结构如图2所示，包括并行的led通道、数码管通道、串口通道和拓展通道，输出呈现模块结构如图3所示，包括处理层和表现层，本发明实现步骤为：
26.步骤1，数据包接收模块接收远端eda实验板上的数据包。
27.步骤2，数据包整合得到数据流。
28.2.1)数据包由多个json对象格式的集合组成，json数据格式简单并且易于读写操作，集合中的标志数据表明了真实数字信号特征数据在实验板的产生位置，标志数据与真实数字信号特征数据一一对应构成键值对，集合内容本质是字符串，数据包接收模块利用正则表达式去除数据包中的集合属性，保留多组键值对内容；
29.2.2)数据包接收模块将多组保留的键值对内容进行字符串拼接整理，形成一组键值对，数据包接收模块这种初步整合能够获得统一的字符串格式，方便后续的文本处理；
30.2.3)数据包接收模块通过拼接字符串的方式为形成的一组键值对添加集合属性，得到合并结果即为数据流，集合属性作为数据流的特征能够被数据分流模块识别，也是数据流格式正确性判断的一项依据。
31.步骤3，数据分流。
32.3.1)数据分流模块通过预设的正则表达式匹配数据流的正确格式，保证数据流格式的正确性和标志数据及真实数字信号特征数据的完整性；
33.3.2)标志数据由数字和字母组成并根据一定的数字字母组合规则表示实验板产生真实数字信号特征数据的位置，数据分流模块根据标志数据的组合规则对数据流中的真实数字信号特征数据进行分类，特征一致的标志数据对应的真实数字信号特征数据通过字符串拼接组合生成信息包，并对信息包编号；
34.3.3)数据分流模块根据编号进行判断，将被编号的信息包传输至对应编号的通道，等待多通道处理模块的接收。
35.步骤4，多通道处理。
36.参照图2，多通道处理模块分为led通道、数码管通道、串口通道、拓展通道。
37.多通道处理模块的led通道、数码管通道、串口通道和拓展通道对各自接收到的信息包进行字符串文本分析，读取出数字信号信息，并根据数字信号信息模拟出时序波形图，获得具有时序性质的电平信息，实现从真实数字信号特征数据形式到波形呈现形式的转换。
38.以led通道为例作进一步解释：
39.led通道接收到的信息包包含了由实验板上led灯所产生的真实数字信号特征数据，包括时钟信号、电平信号以及频率信息，根据上述信息可以模拟出一段时间内的led时序波形图，根据波形图即可输出能够反映led灯变化情况的电平信息。
40.步骤5，输出呈现
41.参照图3，输出呈现模块由处理层和表现层两部分构成。
42.输出呈现模块的处理层首先接收电平信息，并根据电平信息匹配样式类型号，每一个样式类型号对应一种设计好的显示样式，最后将样式类型号序列发送给表现层。
43.输出呈现模块的表现层由led、数码管、串口和拓展模块四部分组成，表现层中包含的显示样式也可以由上述四部分划分，在接收处理层的样式类型号序列后，输出呈现模块表现层识别样式类型号，并将与样式类型号对应的显示样式在用户终端进行显示。
44.利用输出呈现模块处理层接收的电平信息匹配样式类型号类似于编码的过程，样式类型号简单且能够清晰的反映出电平信息，输出的样式类型号序列。输出呈现模块表现层根据样式类型号选择不同的显示样式进行呈现类似于解码的过程。通过这中编解码思想的操作，实现了从抽象电平信息到具体表现形式的转换。
45.以输出呈现led灯为例作进一步解释：
46.输出呈现模块的处理层接收led通道由“0”和“1”组成的电平信息，分析计算出信号变化的频率范围，对应匹配到样式类型号，输出样式类型号序列，不同频率的信号变化对应不同的样式类型号，即不同的显示样式。led灯在不同频率下会呈现出不同的亮度，这对应了表现层不同的显示样式。在输出呈现模块的表现层，通过样式类型号匹配到显示样式，最后在表现层的led部分进行显示。
47.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，并未构成对本发明的任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，仍在本发明的权利要求保护范围之内。