一种数字电路仿真平台的设计与实现

文章編号1674-6708 （ 2020 ） 251-0152-03当今，数字电路的使用越来越广泛，众多的智 作为电源，将会变成醒目的红色。导线在通电时同 能设备都依靠数字电路处理逻辑运算，其重要性不 样变成蓝色。而非门由粗细不同的两段组成，用于 言而喻。但作为初学者，学习数字电路的基本原理 标识输入端与输出端的位置。当用户想要观察细节， 要面临诸多难题。传统学习方式需购买元器件进行 或者纵观全局时，可以自由缩放。当用户改变元件， 组装，对动手能力有极高的要求，而且实际元件有 或者元件被其他元件所影响时，应该实时反映这一 一定的精度误差，影响电路的运行结果，使初学者 变化及其连锁影响，并展示于屏幕上。对于示例电 难以理解。另一种学习方式为通过仿真软件进行学 路，同样允许用户对其进行调试和运行⑷。习研究，但许多仿真软件需要付费，而且对计算机 3）导入导出电路。为保存已设计电路信息， 的配置也有一定的要求，也需要用户拥有足够的专 应允许用户将电路信息进行导入导出。业知识，同样对初学者有一定的困难[1]=1.2非功能性需求基于上述背景，本文设计并实现一种数字电路 1） 云服务平台构建。用户往往不希望下载体 在线仿真平台，可以直接在浏览器中使用。该平台 积巨大的软件，因此，本文以云平台的模式进行仿 具有硬盘空间占用少、兼容不同设备及可视化交互 真平台的设计，以网页的形式将平台呈现给用户。 的特点，用户无需了解较多的专业知识便可以利用 同时，示例电路等数据应存储于云端，当用户需要 仿真平台直观地理解电路，大大降低了学习成本， 时再进行加载，这样就可以占用用户更少的内存空 为数字电路初学者提供了诸多便利炉叫间,提升仿真平台的流畅性。2） 多元交互方式。不同用户的个人操作习惯 1需求分析可能存在很大的差别，有些偏好纯鼠标操作，有些 1.1功能性需求更喜欢使用键盘快捷键。所以，仿真平台需要同时 1） 添加/删除/拖动/连接节点。为了让用 支持鼠标和键盘快捷键操作，以适应不同用户的 户自由设计电路，平台应允许用户通过鼠标点击， 习惯。在任意空白位置添加任意数量的节点。如果用户添 3） 兼容性。不同的用户可能会使用不同的浏 加的节点有误，或是需要修改或移动部分电路，平 览器，为了让更多的用户都能够正常使用，平台应 兼容IE/Chrome/FireFox/Safari等不同内核的浏 台应允许选中若干节点并进行删除或者拖动，并在 览器。用户拖动节点时不会破坏原有的电路信息。如果用 4） 移动端。部分用户希望使用手机等移动智 户希望建立节点之间的关系，可以用导线或者非门 能终端对电路进行编辑及运行仿真，因此平台应支 连接任意两个节点。最后，如果用户想要重复使用 持与移动端对应的一系列触屏事件[5]0部分电路，或者从示例中拷贝出部分元件，平台应 允许用户进行复制、剪切、粘贴等操作。2系统方案设计2） 电路展示及运行。添加的电路节点应以不 2.1添加/删除/拖动/连接节点功能的设计与 用颜色标识不同的状态。本文设计节点不通电时呈 实现灰色，在通电时，变为蓝色进行标识，如果节点被

首先定义“集合”类保存节点和连接信息，并作者简介：严一涵，绍兴市第一中学.《科技传播》2020 ■ 1 (T).1521月下内文.i ndd 1522020/1/10 13:05:03信息科技探索au使用JQuery响应各类鼠标及键盘事件。当用户单 时，自动向相关节点释放一个信号，更新其状态， 击节点、连接线，或者框出一部分节点时，枚举得 那么电路就被复原了。代码详见https ://github. 到焦点的物件，加入焦点集合，并在这些物件周围 com/yyhhenry/redstone。渲染明显的黑影提醒用户。当用户单击按钮或使用快捷键时，响应事件进 3 系统结果展示入添加模式，并让按钮高亮提醒用户。之后，响应 3.1 »/删除/拖动/连接节点功能的效果展示

用户单击的事件，如果单击的区域属于画布的空白 单击“添加元素”按钮或单击空白处，可以自 区域，也即添加操作合法时，将节点添加入集合并 由添加节点。选中若干节点并单击“删除元素”， 选中，否则仅仅选中所单击的既有节点。如果进入 可以自由删去节点。按下鼠标后可以拖动节点，也

添加模式前，已经选取若干节点，则让这些节点分 可以通过先选中节点，再单击“添加元素”，最后 别与现在的节点连接，以实现连接节点的功能。接 单击另一节点这样的操作方式，进行连接线的添加。 下来响应用户按下Delete或者在菜单栏中点击删 选中节点或连接线，单击切换状态，可以让普通节 除的事件，删除焦点集合中的物件。如果被删除的 点变成电源或让连接线变成非门。Ctrl+A, Ctrl+X, 节点上还有连接线，则一并删除这些连接线。响应 Ctrl+C, Ctrl+V等快捷键均可以在平台中正常使用。 拖动事件，对焦点集合中的物件修改其坐标，并显 同时打开两个电路时，剪切板可以跨越文件公用。 示在屏幕上。当用户点击“切换状态”时，枚举焦 除此之外，本平台在移动端上同样可以编辑和运行 点集合中的所有元素，逐一修改其信息，普通节点 数字电路。效果示例如下图所示：与电源互相转换，导线与非门互相转换。2.2电路展示及运行的设计与实现本文使用HTML5 Canvas渲染电路的图形化界 面,使用Javascript对所有的元件状态进行模拟。 具体的模拟方式如下：为每一个节点设定一个自然数“电势”。作为 电源的节点拥有最高的电势，未通电的节点电势为 零。当一个节点的电势被改变时，或者用户操作了 一个节点时，先删去节点原有向外的信号，若它的 电势不为零，则向导线连接的所有亲属节点释放一 个数值为电势减一的信号；若电势为零，则向此点 出发的非门另一端释放一个数值为“最高电势”的 信号。收到信号的节点，会取周围存在的信号的最 大值设定自己的电势，若数值与先前不同，则重复 上述的过程。如此一来，就可以让电流进行传递， 并让失去电源供应的电路迅速失去其电势。对于没 图2跨页复制简单逻辑门示例有变化的部分，不会消耗无意义的计算资源。在 3.2电路展示及运行的效果展示此基础上，枚举所有物件及其状态，将其绘制到 通过菜单栏打开示例电路，根据示例电路附带 Canvas中，就可以实现完整的仿真了。的文字说明，触发该示例中的复位节点，观察到电 2.3导入导出电路功能的设计与实现路的一系列变化，最终完成复位操作，也就是两侧 当用户点击导出时，将电路转化为JSON文档。 指示灯在第一位，且输出端全为零的初始状态。在 给节点集合中的点标号，将其坐标及其是否是电源 整个电路仿真的运行过程中，节点的变化状态均有分别记入x, y, power字段，列为points数组。将 连接线集合中每个连接线的两段标号，以及连接线 是否作为非门记录入pointFrom, pointTo, notGate 字段，列为lines数组。最终导出的JSON文档中 就含有points, lines两个字段，分别表示上述两 个数组，并将此内容显示在浏览器中，以供复制。 当用户点击导入时，显示一个输入框，将JSON文 档复原为电路。枚举points数组，将每个元素加 入节点集合；枚举lines数组,通过标号找到相应 节点并建立连接。在节点被创建或者连接线被创建

1月下内文.indd 1532020/1/10 13:05:04信息科技探索{.boiU|iiouj.：d.boiuiio/ist1.uoie^6,：|in6){.boiu|Liouj.：n-.bo!uiio/je-.uo(p9|6.：nn6r；.boiu|Liow.：e-.boiu|io.^,uo(c^&.4inc){.bo!U|LioiB.:J5'.bo!U|io.：ii-.uoie<)|6.:ui||o. |KU.i-l.boii)(| ioiii. t. ,Ih>h)( |<>. It1 .IM >|(K>P'.

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模式和运行界面，降低了学习数字电路的难度和成 社，2006.本,适合数字电路初学者使用，也可用于课堂教学。[4] 李恒，邵剑龙，卢诚，等.用Java实现组合逻辑电路仿真

在未来，数字电路仿真平台还将从以下方面 平台[J].昆明理工大学学报(自然科学版)，2005, 30进行改进：1)在菜单栏中直接提供封装好的与门、 (6 ) : 44-47.或门、异或门、触发器等常用元件。2)将电路导 [5] 刘芳，吴成就，潘俊涛.基于Matlab/GUI的电力电子•电路仿 入导出的方式改为二进制文件的形式，并以拖拽方

真平台构建[J].实验技术与管理，2016 ( 1 ): 107-110.(上接第147页)达给每一位有需求的消费者。当用户在网站上进行 和挑战。媒体信息流广告通过大数据分析能力帮助 产品信息搜索时，实际上他已经被定义为多种标签 不同的品牌找到自身对应的营销产品，帮助品牌充 形式，也就是他在日积月累信息搜索过程中积攒的 分了解用户的偏好和认知度，从而实现精准营销， 数据，通过对这些数据的详细分析，获取可用户喜 增加用户的产品体验度。媒体信息流广告不仅有利 欢的内容信息，然后将该方面的产品推送给用户。于品牌价值的宣传，还能够在一定程度上提高产品 精准定向媒体信息的目标人群是基于大数据信 的宣传力度。媒体信息流广告作为传统广告中最具 息筛选的用户群，当需要提高媒体信息流广告投放 有代表性的新型模式，在未来的发展进程中具有一 的精准度时，可以选择拥有较大用户群体的网络平 定的前景。台，这样在一定程度上能够降低由于错误投放造成 的广告资金浪费等问题。媒体信息流广告主要是建 參考文献立在社会发展的时代背景下，通过对媒体资源的数 [1] 范思，鲁耀斌，胡莹莹.社交媒体环境下一致性与社交性 据分析精细筛选目标用户群体，在不浪费广告预算 对信息流广告规避餉影响研究[J].管理学报，2018, 12的前提下最大化的实现营销策略。(5) : 56-5&[2] 刘嘉盈，陈广展.信息流广告视角下广告资源协同共享系统

5 结\"备着科学技术的不断创新和发展，网络技术与

的分析[J].智富时代，2019, 6 ( 2 ): 23-24.[3] 张亚梅.高职英语在线学习平台教学信息流的交互作用[J].

媒体广告相融合为媒体信息流广告的发展带来机遇

现代职业教育，2017, 36 ( 25 ) : 226.《科技传播》2020 ■ 1 (T).11月下内文.i ndd 12020/1/10 13:05:04