CN107393371A - 一种远程单片机虚拟实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程单片机虚拟实验系统，包括客户端、服务器和虚拟实验服务器，所述客户端用于输入实验信息，并将实验信息发送给所述服务器；所述服务器接收客户端发送的实验信息，分配实验任务给空闲的虚拟实验服务器，并发送实验信息给虚拟实验服务器；所述虚拟实验服务器接收实验信息，启动视频录制，根据实验任务启动并配置虚拟仿真软件参数，加载实验仿真模型和代码程序，保证虚拟仿真软件在屏幕最前端，编译代码，启动仿真并计时，并根据相应的交互操作设置动作指令完成仿真过程虚拟人机交互操作。本发明使得实验内容灵活多样且便于统计。

Description

一种远程单片机虚拟实验系统

技术领域

本发明涉及单片机教学技术领域，特别是涉及一种远程单片机虚拟实验系统。

背景技术

《微机原理及应用》和《单片机原理及应用》课程内容相似，是一门动手能力极强的课程，能培养学生的单片机工程设计和应用能力、工程思维能力及解决问题的能力。

在课程的教学过程中，学生通常在单片机实验箱上做实验。学生根据课堂实验的内容、单片机实验箱的硬件原理图，在KEIL软件上编写该实验的程序，编译生成hex文件。将hex文件下载到实验箱上的单片机中。但是受限于课时压缩，实验安排时间不自由，在实际教学过程中，学生仅仅利用课堂时间学到的一些知识还远远达不到课程的培养目标，需要利用大量课余时间自主学习。而且很多高校的相关实验室资源紧张，实验时间安排集中，基本上处于饱和状态运行，普遍实验器材老旧、故障率较高，满足不了学生对实验平台的需求。在这有限的时间中，学生只能在实验室做一些简单的实验，缺乏大量的实践环节，远远满足不了培养学生产品设计能力的目标。

现有的仿真软件提供了单片机仿真功能，但是由于软件授权以及仿真模型制作等原因，使用起来不是很方便，同时不便教师统计实验情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种远程单片机虚拟实验系统，使用方便且便于统计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种远程单片机虚拟实验系统，包括客户端、服务器和虚拟实验服务器，所述客户端通过浏览器访问服务器；所述服务器提供仿真模型图和实验概要提示信息，并将用户根据仿真模型图和实验概要提示信息提供的实验信息和仿真任务发送给空闲的虚拟实验服务器；所述虚拟实验服务器接收实验信息和仿真任务，启动视频录制和虚拟仿真软件，将接收到的实验信息指定给仿真单片机模型，并通过虚拟鼠标及按键操作完成仿真过程的交互操作，录制指定时间视频，停止仿真。

所述实验信息包括编程语言、仿真时间，程序代码文件或hex文件，实验仿真过程中相应的交互操作和仿真任务。

所述虚拟实验服务器接收到代码文件时，启动编译过程，如代码文件有错，则提示错误信息。

所述实验概要提示信息包括实验要求、设计提示、交互操作标签和软件流程图。

所述虚拟实验服务器还将仿真结果通过服务器传输给所述客户端。

所述虚拟实验服务器的虚拟仿真软件为Proteus软件。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明的构成成本低，实验内容灵活多样。用户只要有智能设备(手机\电脑或者平板)在有网络的地方就可以远程登录服务器，远程上载程序，查看程序的执行效果，从而利用该远程程序调试器自主完成相关实验。该方法能让学生加深《微机原理及应用》课程的学习，提高学生自主学习和实践动手能力，同时教师方便调整实验内容，通过更改实验内容列表控制实验进度，进一步通过服务器后台对实验数据的统计分析，容易发现实验中出现问题便于教学改进。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的工作流程图；

图3是本发明的虚拟实验仿真流程图；

图4是本发明的客户端界面图；

图5是本发明的交互操作设置界面图；

图6是本发明实施例1的“P1接口驱动流水灯”实验仿真模型图；

图7是本发明实施例2的“中断实验(中断控制流水灯)”实验的仿真模型图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种远程单片机虚拟实验系统，如图1所示，包括客户端、服务器和虚拟实验服务器，所述客户端通过浏览器访问服务器；所述服务器提供仿真模型图和实验概要提示信息，并将用户根据仿真模型图和实验概要提示信息提供的实验信息和仿真任务发送给空闲的虚拟实验服务器；所述虚拟实验服务器接收实验信息和仿真任务，启动视频录制和虚拟仿真软件，将接收到的实验信息指定给仿真单片机模型，并通过虚拟鼠标及按键操作完成仿真过程的交互操作，录制指定时间视频，停止仿真。

用户在任意有网络的位置利用客户端通过浏览器(如IE、Firefox、Chrome等)输入IP地址或域名访问服务器，用户根据学习进程选择相应的实验，服务器提供相应的仿真模型图及实验概要提示信息(如实验要求、设计提示、交互操作标签、软件流程图等)，用户依据流程图及实验要求编写程序，在网页端设置编程语言、仿真时间，上传程序代码文件或hex文件，并设置实验仿真过程中需进行交互操作。提交仿真任务。

服务器将用户的实验信息和仿真任务通过以太网接口传输给虚拟实验服务器。任务繁忙阶段只接受hex文件仿真，任务不忙时候提供代码上传和hex文件上传两种方式。虚拟实验服务器接收代码文件或者hex文件，启动视频录制及虚拟仿真软件，将接收到的文件(代码文件或hex文件)指定给仿真单片机模型。如果是代码文件，启动编译过程，如有错提示错误信息。启动仿真过程，并依据通过虚拟鼠标及按键操作完成仿真过程的交互操作，录制指定时间视频，停止仿真。并将仿真视频反馈给客户端，供学生验证实验效果。

参见图1，本实施方式包括至少一个客户端101、服务器102和至少一个虚拟实验服务器103；服务器102和虚拟实验服务器103可以共用一台计算机。

客户端101，用于显示服务器提供实验页面，接收用户在实验页面上输入的实验信息，并将实验信息发送给服务器102；客户端101可以使任何使用浏览器并能播放视频的智能设备(包括智能手机、电脑、平板等)。

客户端界面一个设计示例如图4所示，用户该界面上，选择本次实验名称，根据服务器102提供的相应仿真模型图及实验概要提示信息，提示信息有：实验要求、设计提示、交互操作标签、软件流程图等。用户根据这些提示信息，编写该实验程序，并在此界面设定仿真时间及代码语言，上传程序代码文件或hex文件。如该实验需进行交互操作，设置页面如图5所示。

交互设置页面设计示例如图5所示。根据相应的仿真模型图及实验概要提示信息，对该实验模型中的交互操作的操作对象、操作时间、操作类型、持续时间等进行设定。根据不同的操作对象及相应的实验要求，操作类型分为按下、弹起、按下弹起、调节数值等。待该交互操作参数设置完毕，单击“添加”，于“交互操作列表”中显示已设置好的操作参数。根据不同的实验模型，添加相应个数的设置项目。如已添加的参数设置出现错误，可选中参数项目，点击“删除选中”，即可删除列表里面选中的设置项目。单击“清空”即可清掉所有交互操作设置项目。待该实验模型所需的交互操作均设置完毕后，单击“确定”，缓存当前交互设定。

服务器102用于接收客户端101发送的实验信息，并发送实验信息给虚拟实验服务器103；

虚拟实验服务器103，用于接收实验信息，启动视频录制工具，根据实验命令配置虚拟仿真软件参数，编译代码，启动仿真，并根据动作指令完成仿真过程虚拟人机交互操作。仿真停止后反馈调试视频和其他结果发送给服务器102。由服务器102反馈给客户101检验。

具体工作流程如图2所示，用户通过在客户端上浏览器输入服务器域名或IP地址链接到服务器。客户端提供界面如图4、图5输入提供参数。参数包括仿真模型、仿真时间、仿真用代码或者hex文件及其他交互操作。

服务器102用来获取客户端数据存储，并进行仿真实验任务调度，分配仿真任务给空闲虚拟实验服务器。如没有空闲虚拟实验服务器则提示客户端仿真任务忙及预估需要等待时间。虚拟实验服务器103完成仿真并生成视频，反馈给任务调度服务器102，服务器102记录上述信息，并反馈给客户端，用户在客户端上可以看到仿真结果视频。服务器102记录实验信息可以用于后续实验情况统计及分析。

仿真服务器仿真控制流程如图3所示。虚拟仿真实验服务器上运行接口软件和虚拟仿真软件。虚拟仿真软件作为优选本发明采用Proteus软件，该软件是英国Lab CenterElectronics公司出版的EDA工具软件，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真。接口软件接收仿真任务，依据信息控制proteus调用指定的仿真模型并一直保证该软件运行在界面最前端，并为仿真模型加载代码文件或hex文件。对于代码文件启动代码编译，反馈编译错误给服务器，终止后续任务。接口软件启动视频录制及虚拟软件的仿真，并启动计时，接口软件按照交互操作设置的时间点和操作类型完成虚拟按键等动作。仿真时间达到设定值到停止仿真。停止视频录制，记录用户提交数据及仿真视频记录。

实施例1

用户在联网电脑端输入域名连接仿真调度服务器，选择“P1接口驱动流水灯”实验，根据流程图编写程序，并检查错误生成A.hex文件。具体操作步骤：

用户在任意网络位置通过浏览器(如IE、Firefox、Chrome等)输入IP地址或域名访问服务器，选择实验内容为“P1接口驱动流水灯”，服务器提供如图6所示的仿真1模型图、实验原理及流程图等，用户依据流程图及实验要求编写程序，编译检查后生成A.hex文件。设置仿真时间为“3分钟”，选择代码语言为“asm”，根据图6所示的仿真模型图，该实验过程不需要进行交互操作，即可直接提交仿真任务。

服务器接收到仿真任务后，进行仿真实验任务调度并发送试验任务给虚拟实验服务器1。虚拟实验服务器1的接口软件接收仿真任务后，启动视频录制并将视频实时反馈给客户端101，如没启动Proteus则启动Proteus软件，并保证Proteus运行于屏幕界面最前方，通过虚拟按键等方式控制Proteus加载“P1接口驱动流水灯”对应的模型文件，将A.hex指定为该模型中单片机的程序文件，启动仿真并开始计时。计时达到设定的3分钟间则停止仿真。并将将录制的“P1接口驱动流水灯”实验视频传到服务器，发送到客户端。

用户在客户端101上就可以观看实验仿真视频，验证实验结果，如发现其他问题可以及时通过页面”停止仿真发送消息”，服务器接收到该消息后，转发送给虚拟实验服务器1，虚拟实验服务器1停止仿真，并停止视频录制。本次仿真结束。

实施例2

用户在联网的手机上(客户端101)输入域名连接仿真调度服务器，选择“中断实验(中断控制流水灯)”实验，服务器提供如图7所示的仿真2模型图、实验原理、交互操作标签及软件流程图等，用户依据设计提示、软件流程图及实验要求编写程序B.asm。设置仿真时间为“3分钟”，选择代码语言为“asm”，根据图7所示的仿真模型图，该实验过程需要进行交互操作设置。在该实验模型交互操作参数设置窗口中，添加操作对象“K1”、操作类型为“按下弹起”、操作时间为“30s”、持续时间为“1s”；添加操作对象“K2”、操作类型为“按下弹起”、操作时间为“29s”、持续时间为“10s”。交互参数设定无误后，缓存当前交互设定。如已添加的参数设置出现错误，需修改，可将其在列表中删除后重新添加交互操作设置项目。待该实验模型所需的交互操作均设置完毕后，单击“确定”，缓存当前交互设定。提交仿真任务。

服务器通过Internet网络接收到用户的B.asm文件后，自动存储，并传输给虚拟实验服务器。虚拟实验服务器103的接口软件接收仿真任务后，接口软件启动视频录制并实时反馈给客户端101，如没启动Proteus则启动Proteus软件并保证其在屏幕最前方，打开“中断实验(中断控制流水灯)”对应的仿真模型，将B.asm指定为仿真模型的代码文件，启动代码编译，如出现错误则停止仿真及视频录制。如没有错误则启动仿真并开始计时。等接口软件计时达到设定的29s时，执行设定的交互操作，按下弹起K2按键，持续时间为10s，LED灯根据相应的程序执行。待录制时间达到设定的30s时，执行相应的交互操作，按下弹起K1按键，持续时间为1s，LED等进入相应的中断程序。当计时3分钟后，停止仿真，关闭Proteus和屏幕录制。虚拟实验服务器将录制的“中断实验(中断控制流水灯)”实验验视频缓存在服务器两周，以备客户端再次查看。

Claims (6)

1.一种远程单片机虚拟实验系统，包括客户端、服务器和虚拟实验服务器，其特征在于，所述客户端通过浏览器访问服务器；所述服务器提供仿真模型图和实验概要提示信息，并将用户根据仿真模型图和实验概要提示信息提供的实验信息和仿真任务发送给空闲的虚拟实验服务器；所述虚拟实验服务器接收实验信息和仿真任务，启动视频录制和虚拟仿真软件，将接收到的实验信息指定给仿真单片机模型，并通过虚拟鼠标及按键操作完成仿真过程的交互操作，录制指定时间视频，停止仿真。

2.根据权利要求1所述的远程单片机虚拟实验系统，其特征在于，所述实验信息包括编程语言、仿真时间，程序代码文件或hex文件，实验仿真过程中相应的交互操作和仿真任务。

3.根据权利要求2所述的远程单片机虚拟实验系统，其特征在于，所述虚拟实验服务器接收到代码文件时，启动编译过程，如代码文件有错，则提示错误信息。

4.根据权利要求1所述的远程单片机虚拟实验系统，其特征在于，所述实验概要提示信息包括实验要求、设计提示、交互操作标签和软件流程图。

5.根据权利要求1所述的远程单片机虚拟实验系统，其特征在于，所述虚拟实验服务器还将仿真结果通过服务器传输给所述客户端。

6.根据权利要求1所述的远程单片机虚拟实验系统，其特征在于，所述虚拟实验服务器的虚拟仿真软件为Proteus软件。