基于java的數(shù)字邏輯虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文(存儲(chǔ)版)
【正文】 按鈕即可將評(píng)價(jià)保存到該生實(shí)驗(yàn)報(bào)告中，如圖 所示。 圖 輸入端為二進(jìn)制 00 時(shí)的界面 當(dāng)輸入端一個(gè)接低電位 GND，一個(gè)接高電位 +5v (即輸入二進(jìn)制 01 或 10時(shí) )，輸出端 輸出二進(jìn)制 10（用黑色圖標(biāo)表示 0，紅色圖標(biāo)表示 1），實(shí)驗(yàn)效果如圖 至圖 所示。 12 圖 Java 中的組件框架圖 軟件設(shè)計(jì) 在程序開發(fā)階段，首先確定 “基于 JAVA 的數(shù)字邏輯虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ”的工程名為 virtual laboratory，根據(jù)程序模塊設(shè)計(jì)的內(nèi)容，建立 Virtual Laboratory工程。 5 4 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)基于軟件和硬件的特殊性質(zhì)，根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的管理流程和數(shù)字電路的實(shí)驗(yàn)原理，模擬了數(shù)字電路虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。能經(jīng)過今后的功能完善，走入市場(chǎng)，真正緩解現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的弊端，最大的實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)發(fā)展和技術(shù)的 開拓創(chuàng)新。本系統(tǒng)先是經(jīng)過材料的收集，之后根據(jù)數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)的原理進(jìn)行開發(fā)思路的規(guī)劃，先是完成了系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)，之后分別對(duì)不同的角色功能進(jìn)行豐富，最后進(jìn)行各大模塊的整合和調(diào)試，形成了一個(gè)比較完整的數(shù)字邏輯虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的仿真實(shí)驗(yàn)。與現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)室相比 ,虛擬實(shí)驗(yàn)室有它的許多優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。 開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)介 Java 語言自 1995 年誕生以來在短短的幾年時(shí)間內(nèi)以迅猛的速度席卷全球，已形成一種專門的技術(shù)。但是 ,由于受到經(jīng)費(fèi)的限制 ,實(shí)驗(yàn)室能夠提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備種類、數(shù)量都有限 。系統(tǒng)利用可視化技術(shù)和虛擬技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上的各種元器件進(jìn)行了模擬 , 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的仿真 , 產(chǎn)生符合客觀規(guī)律的效果，實(shí)現(xiàn)用戶和虛擬平臺(tái)之間的良好交互。虛擬實(shí)驗(yàn)室概念的提出至今僅為二十年 的時(shí)間 ,但因其廣闊的應(yīng)用前景 ,國(guó)內(nèi)外有很多組織都已經(jīng)開展了虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究和建設(shè)工作 ,特別是在國(guó)外一些著名的大學(xué) ,已有較多建好并投入使用的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。選用微軟的Access20xx 數(shù)據(jù)庫作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫 ,采用 JDBC 訪問后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，同時(shí)利用基于TCP/IP 通信協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)交互功能。虛擬實(shí)驗(yàn)是以計(jì)算機(jī)為控制中心 ,利用軟件技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)模型 ,基于模塊化和層次化的設(shè)計(jì)思想 ,采用軟硬結(jié)合的方式 ,協(xié)調(diào)相關(guān)硬件和效應(yīng)設(shè)備形成虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) ,并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化 ,形成運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)自行設(shè)計(jì)與開發(fā) ,以及遠(yuǎn)程控制與協(xié)作的實(shí)驗(yàn)方式。 從資源可行性上來說，一臺(tái) PC 機(jī)、 Eclipse 開發(fā)環(huán)境、 Access20xx 數(shù)據(jù)庫，技術(shù)書籍（數(shù)字電路、組成原理、 java 編程原理等）和相關(guān)電子文檔等。在運(yùn)行環(huán)境、與其他軟件的接口以及開發(fā)計(jì)劃等發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)具有靈活的適應(yīng)能力。由于篇幅有限，注重介紹代表性的模塊，其邏輯結(jié)構(gòu)如下模塊流程圖 至圖 所示。（ 以學(xué)生登錄為例 ） 圖 學(xué)生輸入信息界面 圖 學(xué)生登錄成功界面 15 學(xué)生登錄成功后，進(jìn)入數(shù)字邏輯虛擬實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，進(jìn)行加法器的實(shí)驗(yàn)操作，如圖 所示。 圖 輸入端不符合加法器邏輯時(shí)的界面 當(dāng)學(xué)生做完實(shí)驗(yàn)后 可以寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，依據(jù)文件流的知識(shí)將其存儲(chǔ)到項(xiàng)目子目錄中，可供于老師登陸后的查閱和反饋。 21 圖 學(xué)生修改密碼成功界面 管理員可以對(duì)師生進(jìn)行增刪改查的操作，因篇幅有限，以增加學(xué)生信息為例說明下，如圖 所示。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，本人開發(fā)的是一個(gè)小型的加法器虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以 Access20xx 為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，利用 JDBC 技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接，通過文件流的方式存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 ，利用 GUI 實(shí)現(xiàn)良好的用戶界面，利用 TCP/IP 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)師生的交流。這是我大學(xué)最后一次系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)我的意義和影響都很重大。 由于所學(xué)知識(shí)的限制以及時(shí)間的關(guān)系，該系統(tǒng)還有很多不完善的地方。從安全性上來說，本系統(tǒng)使用了 Access20xx 數(shù)據(jù)庫，用戶的登陸信息都存儲(chǔ)在后臺(tái)中，每次訪問都要進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的連接， 能有效的保護(hù)用戶的個(gè)人信息。 圖 學(xué)生寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告界面 圖 老師反饋實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容入口界面 19 老師登陸主界面如圖 所示。之后學(xué)生可以根據(jù)半加器的實(shí)驗(yàn)原理，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)輸入端都接低電位GND 時(shí)（即輸入二進(jìn)制 00），輸出端輸出二進(jìn)制 00（用黑色的圓圖表示），實(shí)驗(yàn)效果如圖 所示。半加器是由異或門和與門組成，其真值表如下表 所示： 表 半加器真值表 輸入 輸出 A B C S 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 界面設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)利用 Java 中的 GUI 布局管理技術(shù)來進(jìn)行界面設(shè)計(jì)的，主要設(shè)計(jì)了登陸界面、師生增刪改查界面、密碼修改界面、加法器操作界面、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)界面、實(shí)驗(yàn)報(bào)告處理界面、通訊界面等，具體界面設(shè)計(jì)情況可見第 5 部分系統(tǒng)測(cè)試實(shí)現(xiàn)情況，所涉及到的組件內(nèi)容如下圖 所示。在可維護(hù)性、可補(bǔ)充性、易讀性、可靠性、運(yùn)行環(huán)境可轉(zhuǎn)換性的特殊要求等方面做好相應(yīng)工作，這將有利于系統(tǒng)功能的擴(kuò)充和市 場(chǎng)價(jià)值的長(zhǎng)久性。此系統(tǒng)不僅要有良好的用戶界面，安全的訪問控制設(shè)置，同時(shí)要有逼真的實(shí)驗(yàn)?zāi)M效果、完善的通訊機(jī)制，讓實(shí)驗(yàn)者如同在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室中 一樣 。以 Access20xx 數(shù)據(jù)庫作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，設(shè)置不同的登錄用戶權(quán)限，增加系統(tǒng)的安全性，同時(shí)對(duì)不同的用戶進(jìn)行相 應(yīng)的管理，易于系統(tǒng)的維護(hù)；以 Java 編程語言的布局規(guī)則和事件監(jiān)聽實(shí)現(xiàn)友好的用戶界面，同時(shí)依據(jù)TCP/IP 通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)交流功能。目前對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室的定義有兩種，這兩種定義側(cè)重不同方向 ,但都指出了虛擬實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)是一個(gè) “無墻的實(shí)驗(yàn)室 ”，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) ,研究人員或?qū)W生不受時(shí)空的限制 ,能夠隨時(shí)隨地進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)操作 ,共享儀器設(shè)備 ,共享數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)資源 ,同時(shí)進(jìn)行研討或得到教師的遠(yuǎn)程指導(dǎo)。虛擬實(shí)驗(yàn)室將是未來計(jì)算 機(jī)類或電子類實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好選擇，具有廣闊的發(fā)展前景和較高的研究?jī)r(jià)值。 TCP/IP II 目 錄 1 引言 ............................................................................................................................. 1 系統(tǒng)前景 .........
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