摘要:该文介绍了以vb.net作为平台开发的计算机虚拟通信实验系统,该系统用面向对象的方法,采用模块化设计思想,解决了计算机通信技术课程软硬实验现状的不足。文中介绍了系统的开发背景、特点,对系统中典型实验模块的主要类设计和关键技术予以分析。
关键词: 虚拟实验;面向对象; 双缓冲技术
中图分类号:TP312文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2010)05-1240-02
A Brief Analysis on Virtual Experiment System of Computer Communication
LIU Wan-ni, ZHAO Wen-jing
(Department of Information Engineering, Xian University of Architecture and Technology, Xi"an 710055, China)
Abstract: This paper introduces the development of the computer virtual communication experiment system based on the vb.net as a platform, The system is usedmodule design concepts by object-oriented method, solved the deficiency of the lab condition in computer communication courses. The paper introduces the background and characteristic of the system, analyses the key technologies in typical lab module.
Key words: virtual experiment; object-oriented method; double buffering technique
1 概述
《计算机通信技术》是计算机、网络等电子类高职专业一门重要的专业课程,特别是随着计算机技术与通信技术的紧密结合,该课程越来越显示出其重要性。但是该课程覆盖面广,内容多,概念抽象,学生难于理解。尽管加强实验教学是解决这一问题的一种途径,然而从提高教学效率和减少教学成本的角度考虑,引入虚拟实验室是一种更好的做法。
2 目前实验现状
2.1 硬件实验环境
该课程通信部分内容的实验包括:数字基带信号编码、数字频带传输及调制技术等。其主要目的是帮助学生理解通信系统的整体概念和基本理论。在这些实验中,所需的仪器有:实验箱、信号发生器、示波器等。这些仪器投资大,维护困难,设备更新慢,实验开出率低;其二,实验涉及面窄,缺乏创造性实验,大多数学校的实验教学总是在固定的设备上进行一些演示性实验,学生实验积极性不高。同时实验仪器有限,不能保证人人动手,实验效果差;另外,实验对于该课程中信号的传输、通信规程、流量控制、多路复用等大量内容很少涉及,因此这部分难点内容无法通过实验加深理解和掌握。
2.2 虚拟实验现状
虚拟实验是指用仿真技术、数字建模技术和多媒体技术等在计算机上营造的可辅助、部分替代甚至完全替代传统实验的各相关操作环境。与传统的实验相比,虚拟实验的特点是:降低实验教学成本;不受时间和空间限制;不受客观条件影响等。目前通信类虚拟仿真软件也较多,早在1986年美国NI公司就提出“软件即仪器”的口号,推出了图形化编程软件LabView;再如美国Ellanix公司的仿真软件SystemView就是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的综合性可视化软件;国内也有开发出的通信实验系统。但这对于高职类学生使用也存在一些问题:一是这些软件本身比较复杂,要真正掌握其使用并非易事。二是这些软件大多针对通信硬件实验仿真,不能够涵盖《计算机通信技术》课程所有内容。
3 计算机虚拟通信实验系统
3.1 系统整体特点
笔者根据自身教学单位的现状和要求,搜集多本该课程的书籍,归类分析,确定实验的内容符合本专业高职教学,选用工具为当前流行的Visual basic 2008,用面向对象的方法建立了一个虚拟实验环境,采用模块化结构,操作简单,仿真结果直观,具有良好的易用性和扩展性。
在系统的具体实现中采用化整为零,由表及里的思想,即将一个系统分解成多个子系统,对每个子系统先完成界面层开发,然后完成内部系统模型的创建和判断,模块参数的设置和判断。最后才输出需要研究的信号波形。
3.2 典型实验子系统介绍
3.2.1 数据编码实验
在数据被传送出去之前,首先要根据原有格式和通信硬件的需要对其进行编码,使之成为通信硬件能够接收的信号。本实验主要由三部分组成:动态波形,波形对比,波形自测。系统提供了常见的8种编码方式,用户可以根据需要选择不同的编码类型,输入原始数据,进行编码波形观察。在系统开发中采用面向对象的方法抽象出该模块的类。主要类描述如下:
Coordinate类:根据所选模块进行坐标系的确定和绘制。
Encode类:对不同编码类型创建相应的编码方法。
Drawwave类:编码波形的最终绘制。
3.2.2 差错控制编码实验
差错控制的基本原理在于增加冗余度使得原来的信息可以检测传输的差错。本实验完成通信系统中最基本的5种差错编码,图2为CRC循环冗余校验码的编码界面。该编码最关键的一步是CRC校验码的产生,在程序中采用双循环来获得校验码,外循环两个目的:1.s_ remainder=s_ remainder+crc(i).取码多项式一位给当前的余数;2.if len(s_ remainder) =len(s_G(x)), 判断余数与生成多项式长度是否相等,以记录商值。内循环以s_ remainder作被除数求新余数。
3.2.3 数字频带传输系统实验
由于数字信号通常含有较低的频率成分,所以不能直接传输基带信号,需要借助连续波调制进行频谱搬移。本实验包括三部分模块:幅度键控、频率键控、相位键控,图3为示波器中2ASK调制各部分波形。
图2 差错控制图3 2ASK调制波形
在该子系统开发过程中,要绘制大量图形,包括背景界面、动态波形显示等。直接进行多重绘制会造成闪烁问题,因此在开发中采用双缓冲技术来消除刷屏造成了闪烁。当启用双缓冲时,所有绘制操作首先呈现到内存缓冲区,而不是屏幕上的绘图画面。所有绘制操作完成后,内存缓冲区直接复制到与其关联的绘图画面。因为在屏幕上只执行一个图形操作,所以消除了由复杂绘制操作造成的图像闪烁。绘制坐标系部分代码如下:
Dimimg As New Bitmap(picturebox1.width, picturebox1.height) "定义一个与picturebox1相同大小的位图Dimg As Graphics = Graphics.FromImage(img) "定义画板
"绘制背景坐标
For i As Integer = 0 To num
g.DrawLine(mypen, 40 * i + rect1.X, rect1.Y, 40 * i + rect1.X, rect1.Y + rect1.Height)
Next
g.DrawLine(mypen, rect1.X, rect1.Y + rect1.Height \ 2, rect1.X + rect1.Width, rect1.Y + rect1.Height \ 2)
"绘制坐标原点和幅度标记
g.DrawString("10.0", myfont, Brushes.Red, rect1.Left - 30, rect1.Top - 10)
g.DrawString("-10.0", myfont, Brushes.Red, rect1.Left - 30, rect1.Top + rect1.Height - 10)
g.DrawString("0.0", myfont, Brushes.Red, rect1.Left - 20, rect1.Top + rect1.Height \ 2 - 10)
PictureBox1.Image = img
4 结论
本文介绍了以面向对象的方法建立一个满足本校教学使用的计算机虚拟通信实验系统,采用模块化设计思想,直观的将波形、编码结果、仿真图形显示出来。笔者主张在教学中软硬互补,虚实结合,加强知识的理解力和学习的灵活性,取得更好的教学效果。
参考文献:
[1] 潘新民.计算机通信技术[M].北京:电子工业出版社,2006.
[2] 徐照兴.Visual Basic应用程序开发实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2008.
[3] 曹祖圣,等.Visual Basic.net程序设计经典[M].北京:科学出版社,2002.
[4] 申蔚,等.虚拟现实技术[M].北京:科学出版社,2009.