一种虚拟硬件实验室设备的制作方法

本发明涉及虚拟仿真实验室技术领域，特别是涉及一种虚拟硬件实验室设备。

背景技术：

电子通信和数字信号处理实验包括取样定理实验、语言压缩算法实验、频移键控(fsk)调制解调实验、双音多频(dtmf)信号发生和识别实验、信号时域和频域分析实验、fir数字滤波器实验、iir数字滤波器实验、自适用数字滤波器实验等实验项目。

虚拟仿真实验室是虚拟现实技术研究的重要载体，随着虚拟实验技术的成熟，人们开始认识到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值。在实验教学时具有利用率高、易维护、使用便利等诸多优点。在虚拟实验室中，学生既可在虚拟实台上动手操作又可自主设计实验，有利于其培养操作分析能力和创新意识。

因此，设计一个能进行上述多种实验的虚拟硬件实验室设备，很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种用于电子通信原理和数字信号处理课程的虚拟硬件实验室设备。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种虚拟硬件实验室设备，包括：

信号处理单元，用于通过运行不同的实验软件模块，进行相应的电子通信及数字信号处理实验；

虚拟硬件实验室服务器，与所述信号处理单元通信连接，运行有用虚拟硬件实验室服务器软件，用于根据客户端的指令，完成实验选择并下载实验软件模块到信号处理单元，接收来自信号处理单元的信号数据，显示在虚拟硬件实验室服务器的显示界面并同时送往客户端；

多个所述客户端，与所述虚拟硬件实验室服务器通过无线或无线局域网相连接，运行有用户操作界面软件，用于向所述虚拟硬件实验室服务器发出实验选择及下载实验软件模块到信号处理单元的指令，以及获取从虚拟硬件实验室服务器转发来的实际实验信号波形并对实验信号数据进行频谱分析。

所述信号处理单元包括microchipexplorer16数字信号处理开发板以及一个音频输入输出子板，所述的microchipexplorer16数字信号处理开发板上的数字信号处理器运行用c语言写成的的实验软件模块的实验程序。

所述实验程序包括取样定理实验程序、itu-tg711语音压缩算法实验程序、频移键控fsk调制和解调器实验程序、双音多频dtmf信号发生与识别实验程序、信号时域/频域分析实验程序、fir数字滤波器实验程序、iir数字滤波器实验程序、自适用数字滤波器实验程序、g726语音压缩算法实验程序。

所述虚拟硬件实验室服务器接收到一个客户端指令后，分析指令，按指令要求进行处理：如果是实验选择指令，则设定实验软件模块；如果是实验下载指令，则将设定的实验软件模块下载到信号处理单元上；如果是运行实验指令，则命令数字信号处理单元开始运行；如果接收到复位指令，则将使信号处理单元的硬件复位；如果接收到参数调节指令，包括信号源选择、增益调节、延时调节，开启或关闭滤波器，则将相应的参数命令送往信号处理单元使信号处理单元改变运行参数。

所述客户端具有显示终端，在其软件显示界面上设置有相应的指令按钮，以供用户输出包括指令实验选择，实验下载，运行实验，停止实验，复位以及对接受到真实实验波形进行频谱分析的指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的虚拟硬件实验室设备，使得用户可以通过客户端，通过网络连接至虚拟硬件实验室服务器，并远程控制实验设备进行电子通信和数字信号处理课程实验，提升了效验的效率以及提供了实验的便利性。

附图说明

图1所示为虚拟硬件实验室设备结构方框图。

图2-3所示分别为服务器软件界面及客户软件界面。

图4所示为服务器软件流程图。

图5所示为客户端软件流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明虚拟硬件实验室设备，包括信号处理单元、虚拟硬件实验室服务器、客户端软，信号处理单元是一个信号处理开发平台，该平台运行不同的实验软件模块，即实验软件程序或实验程度，每一个实验由一个课程实验软件模拟完成；虚拟硬件实验室服务器，运行有虚拟硬件实验室服务器应用软件，该虚拟硬件实验室服务器软件等待命令来自客户端，根据来自客户端的请求，完成实验选择并下载实验软件模块到信号处理单元，虚拟硬件实验室服务器接收来自信号处理单元的信号数据处理，显示在虚拟硬件实验室服务器界面，并同时送往客户端。

本发明中，所述的客户端，运行有客户端软件，该客户端软件是一个用户操作界面，用户选定ip地址和端口后和虚拟硬件实验的服务器连接。

本发明中，用户可通过客户端选择实验，请求虚拟硬件实验室服务器下载实验软件模块到信号处理单元，获取从虚拟硬件实验室服务器转发来的实际实验信号波形并对信号数据进行频谱分析。

本发明中，所述的信号处理平台采用microchipexplorer16数字信号处理开发板以及一个音频输入输出子板构成。开发板上的数字信号处理器运行实验程序。这些实验程序是用c语言写成，具体包括：取样定理实验程序、itu-tg711语音压缩算法实验程序、频移键控(fsk)调制和解调器实验程序、双音多频(dtmf)信号发生与识别实验程序、信号时域/频域分析实验程序、fir数字滤波器实验程序、iir数字滤波器实验程序、自适用数字滤波器实验程序、g726语音压缩算法实验程序。

本发明中，所述的虚拟硬件实验室服务器通过串行数据口与信号处理单元连接，其中服务器软件流程如附图4所示。

本发明中，所述虚拟硬件实验室服务器是等待来自客户端的命令，如果接收到一个命令，服务器将分析是哪一个命令，如果是实验选择命令，则服务器将根据客户端的选择设定实验软件模块。如果是“下载”命令，软件模块服务器将设定的实验软件模拟下载到信号处理单元上，如果是“运行”命令，服务器命令数字信号处理单元开始运行，如果接收到“复位”命令，服务器将使信号处理单元硬件复位。如果接收到“参数调节”命令，如信号源选择、增益调节、延时调节，开启或关闭滤波器，服务器将参数命令送往信号处理单元使其改变运行参数。在虚拟硬件实验室服务器主循环中，虚拟硬件实验室服务器将从信号处理单元发送来的信号数据及实验结果送往客户端。

本发明中，所述的虚拟硬件实验室服务器软件界面，如图2所示，界面上有以下功能：“setting”设置虚拟硬件实验室网络地址和端口号；“menu”菜单，选择用户要进行的实验；“load”下载用户所选择的实验；“run”运行实验；“stop”停止实验；“reset”复位命令；“analyze”根据接受到真实实验波形进行频谱分析，显示数据流向：其中anti-aliasfilter为抗混叠滤波器，是一低通滤波器，用来在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度，communicationchannel为通信信道，是数据传输的通路，reconstructionfilter为重建滤波器，adc、dac分别为模数转换模块以及数模转换模块。

本发明中，所述的客户端是一个面对客户的平台，通过网络与虚拟硬件实验室服务器相连。客户端的软件流程是根据用户在用户使用界面的操作向虚拟硬件实验室发出请求命令，在用户使用界面上有以下功能：“setting”设置虚拟硬件实验室网络地址和端口号；“menu”菜单，选择用户要进行的实验；“load”下载用户所选择的实验；“run”运行实验；“stop”停止实验；“reset”复位命令；“analyze”根据接受到真实实验波形进行频谱分析,如图3所示，显示数据流向：其中anti-aliasfilter为抗混叠滤波器，是一低通滤波器，用来在输出电平中把混叠频率分量降低到微不足道的程度，communicationchannel为通信信道，是数据传输的通路，reconstructionfilter为重建滤波器，adc、dac分别为模数转换模块以及数模转换模块。

本发明中，所述的客户端的显示屏将显示实验进行中真实的信号波形，客户端软件流程图如图5所示。

本发明与传统实验室相比，在实际实验教学过程中具有利用率高、易维护、使用便利等诸多优点，可广泛应用于高校实验教学中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。