基于sopc和labview远程数字电子技术实验系统的设计与实现

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1、万方数据丝堕窒鎏坪拓金韶电肛2009年8月10日第8期基于SOPC和LabVlEW远程数字电子技术实验系统的设计与实现●华南师范大学张旭李旋丰骆华根张永超摘要：本文以传统的C／S网络化模型为基础。将功能强大的LabVIEW网络通信技术与FPGA硬件平台相结合，灵活地运用SOPC(可编程片上系统)技术、CGI(公共网关接口)技术和VIServer技术，构建了适用于远程网络实验系统的C／S网络化模型，并运用该模型实现了远程数字电子技术教学实验。关键词：信息化；远程实验；LabVIEW；虚拟仪器；FPGA；SOPC一、引言采用远程虚拟实验的方式，一方面能够给学习者提供更充分的时间和更多的机会来

2、接触和研究所做的实验，打破了只能在实验室做实验的传统，给他们更多思考和分析的时间，培养学生理论联系实际的思维方式；另一方面由于这些远程虚拟实验都是硬件实验设备和软件数据分析的结合，可以激发学习者的兴趣，让他们自己设计和改进远程虚拟实验的程序，给他们更多的自主权，调动学生的创新意识，培养他们的创新能力。本文提出了基于SOPC和LabVIEW的远程虚拟实验窜的构建方案，利用已有的校园网设施，合理地选择软硬件，把基于C／S模式的远程同步教学和实验两个方面结合起来，使教学、研究、实验三合一，克服远程教学只有理论而无法做实验的缺陷。该方案可完成数字电子技术的绝大部分实验，具有开发周期短、成本低、强

3、大的兼容性和扩展性的特点，能够大大提高仪器的使用效率。二、系统的总体设计与构造根据实验的要求、目的和现有条件，特意挑选了6个有代表性的实验进行实验系统的设计。包括逻辑门的测试实验、组合逻辑基本单元电路的测试(1)实验、组合逻辑基本单元电路的测试(2)实验、触发器逻辑功能的测试实验、计数器逻辑功能的测试实验、数字集成电路综合设计实验。本系统主要由客户机、服务器(NETCOM)．控制器(SOPC)、实验平台、网络5个部分组成。由客户机通过基于TCP协议与服务器进行通信，并选择目标实验设备；服务器和控制对象之间则通过串口、数据采集卡或者专用总线进行通信。以此建立客户机与实验台的网络通信链路，再

4、通过相应的操作界面实现客户机与实验设备之间的实时控制与实验数据的实时反馈。远程网络虚拟实验室系统的原理框图如图1所示。图1远程网络虚拟实验室系统的原理框图以NETcOM(串g：／转以太网设备)作为收发服务器．NETCOM是一款工业级多功能串口转以太网设备，内部集成了TCP／IP协议栈。该设备用于串口86AUG．10．2009NO．8万方数据坪如含融董肛经验交流2009年8月10日第8期与以太网之问的数据传输，方便地为申口设备增加以太网接口。可用于串口设备与PC机之问，或者多个串口设备之间的远程通信。三、客户端程序设计基于LabVIEW虚拟仪器的创建主要包括前面板的创建、后面板的创建以及虚

5、拟仪器流程网的连线编程。前面板创建了布尔按钮、显示灯、实验数据记录表格和其他的控制与显示对象等进行实验所需要的界面元素，这是实际仪器面板的实际反映、实际操作实验平台板面的真实模仿；然后进入后面板对相应的流程图编程．通过对事件结构与Vl之间的图形连线编程，完成虚拟仪器的源代码编写，实现与前后面板的映射连接。通过虚拟仪器的创建来构造远程实验系统各个子实验的操作接点，实现实际实验硬件与用户端的真实影射，最后设计好的客户端操作面板如图2所示。四、控制器的设计SOPC系统里的控制器使用FusionStartKit开发平台来实现，其核心芯片采用Actel公司Fusion系列60万门的AFS600。资

6、源非常丰富，在FusionStartKitFPGA开发平台上定制一个5l单片机IP核，用于对串口数据的接收、发送以及处理。还有一个用VerilogHDL编写的状态控制模块与5l核进行数据互换，控制器以状态机来控制数据的流向以及实验平台的工作状态(如图3所示)。(a)实验一：与非门(b)实验二：两位奇偶校验器和一位数值比较器(c)实验三：半加器与全加器(d)实验四：触发器(e)实验五：六进制计数器(f)实验六：1—99计数器图2设计好的客户端操作面板圉3SOPC系统五、系统实现利用verilogHDL硬件编程语言在FusionStartKit上完成对基本逻辑门电路的编程，再根据状态机的判断

7、分析，内部进行硬件的连线，从而构建起跟客户端操作界面～～对应的实验电路，并将实验结果、数据通过TCPflP网络返回。这让实验平台的硬件搭配、实验组合变得灵活多变，比传统的实验箱的资源利用率更高，也节省了更多的空间。参考文献：【1】周求湛，钱志鸿，刘萍萍，等．虚拟仪器与LabVIEW7Express程序设计【M]．北京：北京航空航天大学出版社，2004．[2】李刚，林凌．LabvIEw一易学易用的计算机图形化编程语言[M】．北京：北京