交互式遠(yuǎn)程EDA實(shí)驗(yàn)裝置

　　在傳統(tǒng)電子電路實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生必須到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場才能完成實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)方式學(xué)生可以觀察到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)的樂趣，但學(xué)生實(shí)驗(yàn)受到時(shí)間和空間的限制，無法隨時(shí)隨地完成想做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更無法完成遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)大量實(shí)驗(yàn)設(shè)備又處于半閑置狀態(tài)而得不到利用。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)雖然可以解決實(shí)驗(yàn)時(shí)間與空間的限制問題，但由于其數(shù)據(jù)是根據(jù)理論模型計(jì)算得到，并不能取代真正實(shí)驗(yàn)，它無法獲得客觀真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也無法給實(shí)驗(yàn)者提供在實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)的真實(shí)感受。另一方面，目前繼續(xù)教育存在巨大需求，但遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)問題一直沒有得到較好的解決，因此有必要研究開發(fā)相關(guān)的電子電路的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)裝置，解決這些問題。

　　EDA(電子設(shè)計(jì)自動化，Electronic Design Automation)技術(shù)課程是電子信息工程、通信工程和電子科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)技術(shù)課程。它是一門實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，EDA實(shí)驗(yàn)對幫助學(xué)生掌握現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、提高分析問題解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生工程素質(zhì)、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力等具有非常重要的意義。

　　交互式遠(yuǎn)程EDA實(shí)驗(yàn)裝置，可以讓學(xué)生通過連接了網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)(客戶端)，遠(yuǎn)程上傳自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)程配置FPGA，并遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作和控制實(shí)驗(yàn)平臺。同時(shí)由攝像頭捕獲的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場儀器運(yùn)行情況，并實(shí)時(shí)動態(tài)地返回給遠(yuǎn)程的實(shí)驗(yàn)者，并且通過數(shù)據(jù)采集模塊傳遞精確的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果，完成了真實(shí)的人機(jī)交互式EDA實(shí)驗(yàn)全過程。交互式遠(yuǎn)程EDA實(shí)驗(yàn)裝置由一系列的軟硬件構(gòu)成，其中硬件包括：可程控EDA實(shí)驗(yàn)平臺(自制)、控制服務(wù)器(自制)、視頻服務(wù)器(自制)、實(shí)驗(yàn)服務(wù)器以及實(shí)驗(yàn)攝像機(jī)和環(huán)境攝像機(jī)。軟件包括：客戶端軟件、實(shí)驗(yàn)服務(wù)器軟件、視頻服務(wù)器軟件、控制服務(wù)器軟件以及可程控EDA實(shí)驗(yàn)板上的MCU固件等。

　　實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)驗(yàn)過程如下：

　　1、學(xué)生在自己的計(jì)算機(jī)上安裝遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)客戶端程序。

　　2、通過客戶端程序向控制服務(wù)器發(fā)出實(shí)驗(yàn)請求，控制服務(wù)器根據(jù)設(shè)備忙閑狀態(tài)，自動分配實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后給對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)服務(wù)器、視頻服務(wù)器和可程控FPGA實(shí)驗(yàn)平臺供電。接著控制服務(wù)器發(fā)出開機(jī)操作，啟動實(shí)驗(yàn)服務(wù)器和視頻服務(wù)器(FPGA實(shí)驗(yàn)平臺在供電后會自動開機(jī))。實(shí)驗(yàn)服務(wù)器和視頻服務(wù)器啟動完畢后將與客戶端自動建立通信連接，并自動發(fā)送實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)視頻和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到客戶端。

　　3、學(xué)生將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的FPGA配置文件上傳到實(shí)驗(yàn)服務(wù)器，并通過實(shí)驗(yàn)服務(wù)器完成實(shí)驗(yàn)板上FPGA的遠(yuǎn)程配置，接下來就可以通過實(shí)驗(yàn)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)命令直接操作可程控FPGA實(shí)驗(yàn)板。FPGA實(shí)驗(yàn)板上的數(shù)據(jù)采集模塊會將采集到的AD-DA模擬電壓、被測信號頻率，脈寬、信號發(fā)生器產(chǎn)生的頻率等信息通過實(shí)驗(yàn)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給客戶計(jì)算機(jī)，因此學(xué)生可以實(shí)時(shí)控制FPGA實(shí)驗(yàn)平臺，同時(shí)可以得到FPGA實(shí)驗(yàn)平臺上精確實(shí)的時(shí)測量數(shù)據(jù)，還可以通過實(shí)驗(yàn)視頻觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，完成和現(xiàn)場一樣的交互實(shí)驗(yàn)操作。

　　4、學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后，通過客戶端向控制服務(wù)器發(fā)出關(guān)機(jī)命令,控制服務(wù)器收到命令后執(zhí)行關(guān)機(jī)操作，當(dāng)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)和視頻服務(wù)器均安全關(guān)閉后，控制服務(wù)器將徹底切斷實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的交流供電，其本身也切換為蓄電池供電，并進(jìn)入低功耗待機(jī)狀態(tài)，等待下一次實(shí)驗(yàn)請求。

　　作品名稱：交互式遠(yuǎn)程EDA實(shí)驗(yàn)裝置

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