教学演示系统范文

教学演示系统范文（精选12篇）

教学演示系统 第1篇

关键词：频率特性,高阶系统,数值仿真,对比模式

一、引言

系统频率特性分析是测试技术、控制工程课程的重要内容[1,2], 在工程上有着广泛的应用。频率特性是以频率为变量的复变函数。在现行的教材中, 一般以一阶、二阶简单系统为例, 加以详细分析。由于手工计算量大, 高阶系统的频率特性在教材中涉及得很少。为此, 本文应用数值仿真技术, 开发了系统频率特性仿真演示教学平台, 可用于一阶、二阶系统和高阶系统频率特性曲线的绘制, 直观地对比不同参数对系统频率特性的影响, 对学生掌握一阶、二阶系统特性和分析高阶系统具有一定的帮助作用。

二、系统频率特性的计算

线性系统的频率响应函数可以由系统传递函数求得, 对于线性定常系统, 传递函数可表示为:

则频率响应函数为:

又有, 因此, 系统的幅频特性、相频特性可分别表示为:

为绘制频率特性曲线, 需要计算不同频率点wi处的频率响应。为表示w=0到w→∞频率特性的变化趋势, w的取值采用对数分度。设N为选取的频率点数目, , 则

三、系统频率特性分析的软件实现

本文以Matlab为编程语言[3], 开发了系统频率特性仿真软件, 包括一阶系统、二阶系统和高阶系统三个独立模块, 每一模块都实现了半对数坐标下的幅频特性、相频特性曲线、Bode图和Nyquist图的绘制。软件界面支持对比模式, 可以在同一绘图窗口以不同的颜色绘制不同参数下的多组特性曲线。

一阶系统的参数为增益K和时间常数τ, 二阶系统的参数为增益K, 阻尼比ξ和固有频率wn。已知以上参数, 可以确定其传递函数。一般地, 可用向量{a, b}表示传递函数的模型参数, 其中向量a, b分别表示传递函数分子和分母的系数。对任一给定的频率, 系统的频率响应计算如图1所示。对于分子、分母系数向量a, b, 将jw代入, 可得分子、分母多项式的值N, D, 从而求得频率响应H (w) , 由式 (3) 即可求得幅频特性A (w) 、相频特性

对比模式下, 每一组分子、分母参数, 代表一个传递函数Gi (S) , 程序中Gi (S) 的模型参数{a, b}要根据用户的输入, 动态地添加和删除, 并实时更新相应的曲线图显示。在表示高阶系统模型时, 传递函数G (S) 分子、分母的次数在用户输入参数时才能确定。为实现对比功能, 采用如下结构体数组[4]存储不同的传递函数模型参数, 如图2所示。每一个结构体包含一组独立的传递函数分子、分母系数向量{a, b}。

在计算机上, 通过颜色区分不同的曲线, 较为直观, 对比明显。因此, 以不同的颜色绘制频率特性曲线, 并给出图例, 对不同参数下的系统频率特性加以区分、对比。图例的形式包括一条对应颜色的短线以及传递函数表达式。该程序功能采用如图3所示框图实现。

四、程序的运行效果

本文所开发的频率特性分析软件, 包括3个独立模块、6个基本绘图界面, 实现了一阶、二阶系统和高阶系统的频率特性分析功能, 可以对比不同参数下系统的频率特性。以下为几个典型的运行界面, 图4为3个不同一阶系统的Bode图对比, 图5为4个不同二阶系统的Nyquist图对比, 图6为3个不同三阶系统的幅频特性、相频特性曲线, 其中横坐标w采用对数标度。

五、结论

1. 本文以传递函数为基础, 应用数值仿真技术, 开发了系统频率特性仿真演示教学平台, 实现了一阶、二阶系统和高阶系统的幅频特性、相频特性曲线、Bode图和Nyquist图的绘制, 可用于系统的频率特性仿真实验和课堂教学演示。

2. 在对比模式下, 学生可以直观地比较、分析系统不同参数对频率特性的影响, 对帮助学生掌握系统频率特性, 改善测试技术、控制工程课程的教学效果具有积极作用。

参考文献

[1]杨叔子, 杨克冲, 等.机械工程控制基础 (第三版) [M].武汉:华中理工大学出版社, 1993.

[2]贾民平, 张洪亭.测试技术 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 2009.

[3]王沫然.MATLAB 6.0与科学计算[M].北京:电子工业出版社, 2001.

教学演示系统 第2篇

前言

自教育部颁布了《大学英语课程教学要求》以来，我社运用网络信息技术，设计开发了，网络学习系统。这套系统并不是传统意义上的电子书或者网页，而是一个完善的网络学习的平台。

整套系统由3类用户组成

1、管理员——主要对系统后台进行设置与维护

2、教师——主要对学生的学习过程进行了解，对其学习情况进行监督

3、学生——通过管理员与教师的设置，在系统中进行自主学习

学生端（学习大厅）

（打开学习大厅进入系统）

学生可以通过自己的账号与密码进行登陆。登陆以后我们可以看到，大厅中包含系统、学习测试、教学辅助、教辅资源、帮助

五部分内容组成。学生可以通过大厅首页了解自己所在的班级与课程，并能查看管理员与老师的所发布的新闻与资源。还可以查询自己的学习情况。接下来我们看下侧的状态栏，状态栏显示了用户的一些基本信息，包括用户名，当前班级级别，当前班级名称这些信息。请再看右下角，这里有两个时间，前面一个是学生在当前班级学习的总时间，后面这个是学生需要完成学习内容所规定的时间，我们的学习是可以被记时的！

我们再回到中间看一下学习大厅，在左边我们可以看到有当前用户的班级名称，班级级别，班级教师，教学计划等内容，接下来的可以学习的教材信息以及学生完成的情况和测试的成绩。还有下面两个是新闻展板和资源展板，新闻展板可以点击看公开的新闻，资源展板可以点击查看并下载资源。我们来看一下右侧的内容,“老师面授课程”、“班级作业”、“教师答疑”等等，分别对应了系统中几个常用的功能，学生可以在这里一目了然的看到面授课程、作业、答疑等的最新信息提示，相当便捷，这几个功能的具体使用会在稍后讲解。学习测试，这一项中包含了，所有教师设置的课程。（登录学习测试）

“学习测试”，当我点击这个菜单的时候，就弹出了当前学生用户能够学习的课程教材，这里面可以包括我社全新版、第三版、新世纪版、新标准版、视听说等教材（具体教材根据学校的安装情况）。学生可以在各个单元之间切换，进行自由的英语学习。（切换到我的课程→全新版综合教程→TASK）新理念4.0提供了非常丰富的课件资源，我们将教材内容完全移植到了网络系统上，并且在相关位置提供音频播放，使学生能够方便流畅的进行学习。这与传统教学中翻阅书籍再去听磁带相比较，容易了许多（比06版的改进）。

（切换到我的课程→全新版综合教程→UNI1→Text Study→Text）

课文学习方面，我们针对每个生字，词组，句子都提供了弹出框式的注释。（点击某个图片的注释或背景资料）在一些需要有图文注释的位置，我们提供了图片和背景资料，免去学生在课后还要自己查找背景资料，也方便老师授课。（切换到Language Focus）

课后练习方面，我们系统也提供了多种多样的题型，题目在做完以后，点击CHECK按钮就可以对学生填写的答案内容进行判断，并且提供参考答案。这种方式比传统的练习方式更适合自主学习的理念。

每次学生学习课程的学习时间，系统都有记录，并及时上传的服务器上，以便教师进行管理和统计工作

（切换到视听说教程第一册）

这里提供了大量的优质的英语学习视频，提高学生的英语学习兴趣。（切换到单元测试按钮）

为了更好的监督学生学习，学生在学满规定的学习时间完成后会有一次单元测试。

学生学完教师规定的学习时候以后，就可以进行单元测试，对应综合和听说部分，测试数量分别为：综合课程每个单元一次单元测试，听说课程每两个单元一次单元测试。选择所需要进行测试的内容，点击开始测试按钮，就可以进行单元测试，考试分为ab卷，系统随机选取。

（点击开始测试）

单元测试的试卷是由系统随即选择的，考试时间由老师在班级维护中设置。（点击提交按钮）

为了减轻老师们的工作量，试卷由我们的系统自动批阅。当然如果老师们想要对试卷分数进行调整，也可以在教师端修改分数。

（切换到教学辅助）

“教学辅助”：教学辅助中有学期选班、学习查询、班级作业、教学资源、面授课程，教师答疑，新闻公告、教师评价、学习论坛九大功能模块。

学习选班，指的是学生可以在管理员允许的情况下自主地选择要学习的班级。学习查询，学生可以进来查询自己的学习情况，包括测试成绩。班级作业，学生在这里查看自己的班级作业，并完成班级作业。

教学资源，这里面查看资源，包括班级教师发布的班级资源和公开资源。

面授课程，学生在这里查看老师发给我的面授课程的信息，注意查收的时候，要点“确 认收到”，方便老师统计收到面授课程信息的学生人数。

教师答疑，学生在这里查看自己的问题以及公开的问题，并可以在这里再提问题。新 建提问。

新闻公告，学生在这里查看管理员发布的新闻。

教师评价，学生在这里给你的班级教师或者班级助教进行评价，评价的结果将在管理 员端和教师端可以查看，不过他们只能查看评价结果，不能查到是谁评价的。

学习论坛，此处进入学习论坛，进行讨论交流，每个班级都有自己的班级论坛，只有自己班级的教师及学生才有权限访问。

（切换到教辅资源）

教辅资源：我们外教社除了提供了全套教材的学习课件之外，还精心挑选了优秀、丰富的多媒体学习资源放在教辅资源中（点开几个吸引学生的地方看一看）。

首先我们来看一下INSIDEOUT（流畅英语）。这里我要着重介绍，INDIDEOUT，它是按话题开展英语学习的，课程由FLASH制作而成，多媒体的效果非常的好，更加容易引起学生的学习兴趣。

另外，我们着重增强了对学生英语能力的全方位锻炼，增加了许多视、听、说练习的资源（听力训练、口语训练、阅读训练、视频训练）。

除此之外，我们还增加了大学英语四、六级的模拟试题，试题有计时功能，并在答卷完成后提供参考答案及听力脚本，使学生能够更好更方便的进行四、六级考试的准备。（切换到系统帮助）

考虑到学生刚开始使用系统时可能有不少不熟悉的地方，我们特地准备了完整的帮助功能，可以进去看一下，阐述的应该还是很详细很清楚的。（点击大厅首页按钮）

学生端界面的使用到这里已经讲解完了，老师们有什么问题需要再讲解一下吗？

教师端页面

刚才所说的是整个学生的学习界面，下面我们看一下教师界面。（切换到教师登录界面）

教师的页面无须安装客户端等小程序，只要是能够连通服务器的普通电脑，打开浏览器，在地址栏中输入http://学校服务器的IP地址/NPELS，就可以完成登陆。（登陆到教师界面）

当老师您正确登录后，您就进入了教师操作的界面，您可能会觉得教师的这个主页面的信息量还是比较大的，没关系，我们把这个主页面进行划分后就显得很清晰了，我把它划分为四个部分，分别是上侧系统信息及一级菜单部分，左侧二级菜单，中间教师平台部分，一级右侧的新闻栏。

上侧信息：这里有我们新理念系统的标题，标题下面是当前登录者的信息，包括登录者的姓名，所属单位以及一些系统的基础属性，比如系统过期时间，所能容纳的最多人数，还有一个个人信息的接口，点开这个个人信息接口，当前用户可以更改自己的个人信息。再往下就是我们教师主要的操作——功能菜单栏了，除了我们正在讲的系统首页之外，我们还有另外三个的功能菜单栏“班级课程”，“班级维护”，“统计查询”，那么这三个功能我放到后面详细地讲，暂且先放下，待我们先把系统的模块看完。

左侧菜单：左侧的三个部分都是很直观的，上面是功能名称（二级菜单）；中间是操作提示，我们为每一个操作页面都提供了详细的操作提示，老师们在使用时可以进行参考示；最下面是消息通知，点击之后直接进入BBS进行消息的查收工作。

教师平台：页面的中间是教师平台，在这里老师可以看到自己负责班级的信息，包括每个学期的班级信息、班级名称、班级人数，班级级别，班级教材，和教学计划，再下面还有教学大厅、班级维护、班级成员管理和群发消息这四个功能的链接。教学大厅和学生端的学习大厅相对应（可以点击看一下）；班级维护、班级成员管理在功能菜单里面都能够找得到；群发消息，顾名思义，就是可以向班级里的所有学生发消息，属于BBS的操作。

新闻栏：右侧就是新闻栏，分为内部新闻和外部新闻，各显示最新的几条新闻，它们都是由管理员统一编辑和发布的，那么他们之间的差别在哪里呢？内部新闻只有管理员和老师可以看，外部新闻是管理员、老师和学生都可以看得到的。这整个的就是老师的功能首页。

（点击班级课程）

下面我们一起来看一下各个功能的使用。

班级课程有三个子菜单“班级管理”、“课程学习”、“测试批阅”。

班级管理：这里有一个学期和级别的下拉菜单，通过选择这两个下拉菜单，系统会自动显示出相应的班级信息。我们看显示出来的班级信息，包括了班级名称，班级人数（后面这个数字班级人数的上限），班级的老师。后面还有两项操作，“编辑”和“成员管理”，点“编辑”，老师，请看，编辑其实就是对班级进行维护，我们可以对班级信息进行修改补充，我们可以修改他的学期信息，主讲教师信息，助教信息，课件安排信息，人数上限，教学计划，课程简介，大家请看课件安排信息，这个很重要，老师在这里设置各教材各单元的学习时间，测试时间和几个分数（边讲边进行修改）。好，我们“保存”返回，就完成了班级信息的编辑了。

班级成员管理：班级成员管理的内容包含三个方面，添加成员，删除成员，审核成员，我点一下“添加成员”，弹出添加学生的对话框，我们在对话框的输入框里面输入我要添加的学生的信息，系统经过模糊匹配，就会显示出匹配的结果，在结果里面选择目标学生，点击确定，这样这个学生就添加到了这个班级。这里还有一个高级查询的按钮，这个和前面这个类似，不过，他是属于通过更多的字段，更多的信息匹配，得到最快最准确的查询结果。这个是添加成员。删除成员就更简单了，老师删除一个学生，直接选中这个学生把他删除掉，当然如果这个学生已经在这个班级学习过了，有了学习记录是不能够被删除的（演示一个可以删除，一个不可以删除）。还有就是审核了，我们现在这个单选是选中已审核的，当我们选中未审核的时候，下面显示的学生就是还没有审核的学生信息，这些学生是通过学期选班的功能进来的，老师您在这里审核他们的消息，如果同意他们的申请，就审核通过，如果不同意，就删除他们的申请信息就可以了！

课程学习：老师可以通过这个功能查看学生的课件完成情况和测试完成的情况，我们进来看一下（点击进去让老师看一下）。点击查看可以看到整个课件的内容，那么和学生端学习测试中的课件和测试有什么不同呢？我们可以看到，在这里，系统还提供了详细的统计信息，包括每道题的答题人数、正确情况和错误情况。

测试批阅，测试批阅应该是很重要也是老师们经常用到的一个功能，也是与学生交互的重要功能，倘若管理员的高级设置里面设置的是教师阅卷的话，那么学生提交上来的试卷全要在这里进行批阅，倘若管理员的高级客户端设置的是自动阅卷，那么学生提交试卷之后就可以马上看到成绩，老师就不必进行批阅了。当然老师你还可以通过对这些已经自动批阅过的学生试卷进行主观题的再次批阅。我现在示范一下对一个已经自动批阅过的试卷进行再次批阅。

（点击教学业务）

教学业务包含“班级作业”“教学资源”“教师答疑”“面授课程”“新闻公告”五个部分。

班级作业：我们来看一下，这两个单选按钮“未发布作业”“已发布作业”，未发布的作业是指老师已经是编辑好，但是没有发布或者是说目前还没有发布的时间，已发布的作业，是老师已经发布给学生的作业。这是作业的两个属性，下面还有一些方便教师找到具体作业的查询功能，因为如果使用系统的时间长了，班级多了，发布的作业多了，老师就可以通过查询直接找到相关的作业。接下来看这个右上角，有三个按钮“新建作业”、“下载批阅”和“上传批阅”。新建作业很明显就是老师想增加一个作业，我们看看新建作业（示范一个新建作业的过程）。

下载批阅和上传批阅其实是一个离线批阅的功能，针对有些学校老师只能在机房里使用我们的系统，老师们在机房里面没有足够的时间来批阅这些作业，所以我们系统提供了这个离线批阅的功能，可以将这些作业下载之后带回家批阅。只需要在家里的电脑上装一下我们系统提供的作业离线批阅小工具，批阅完毕之后，再将批阅结果再传上来就可以了。（演示离线批阅的操作过程）

教师资源，在这里老师可以添加、查看并且下载自己发布的资源和公开资源。另外，对自己发布的资源，老师还可以再次进行编辑，比如说，我要修改一下他的公开级别都是可以的。我们提供了三种公开级别：“公开”是指系统中所有的教师、学生都可以看到并下载这个资源；“班级公开”是指只有制定班级中的教师和学生可以查看下载；“保密”是指只有教师本人可以看到。

这里的查询功能讲的是老师可以通过关键字匹配直接找到自己要查看的资源。另外教师上传新资源的操作也是很简单，点“上传资源”（演示上传资源）。

教师答疑，这个功能为老师与学生的沟通搭建了另一个平台，可能有的时候学生不是有太多机会可以与老师面对面的询问与解答，那么学生可以在他们的学习提问模块里提出问题，老师在这里进行解答，然后学生就可以看到老师的解答。我们来看一下这里的一个解答（演示）。老师们可以看到答疑还有公开的功能，如果老师们在解答过程中遇到觉得需要共享给所有学生知道的问题，可以选择公开这个答疑。

面授课程，面授课程里面老师可以向学生发布一个面授课程的信息，上面这个查询的功能我就不讲了，跟前面的类似。面授课程的信息包括了约课老师、面授课程名称、面授课程时间、课程人数、查收人数、已评分人数、课程状态、编辑等信息，其中最后一个编辑是将面授课程的信息进行重新编辑或者修改。另外老师们要注意的就是这个查收人数，每个学生如果在他的客户端查看到了这个面授课程信息，点击了“确认查收”，教师端的这个查收人数会自动统计，如果这个数字与课程人数相同或者相差一点点，那么这个面授课程一般可以正常进行了，如果和这个这样，差得太多，那么老师您可能就要想其他方法通知学生这个面授课程的信息了。

新闻公告，在这里老师也可以查看到管理员发布的新闻公告，功能与首页的新闻栏类似，不过在这里，老师们可以看到所有的新闻。

（切换到统计查询）

统计查询作为一个功能，可以让老师及时地了解到学生的学习情况。学习状态查询：这里面具有统计意义的数据可以让老师了解到学生的学习情况、学习进度以及测试成绩，因此对于老师来讲，是一个比较重要的功能。我们可以查询到班级里的学生的学习状态，包括学习时间，课件学习时间，完成单元。

历史成绩查询：我们可以查看到学生学习的历史成绩，输入相应的信息之后，直接点“下载”，就可以将学生的历史成绩下载下来，不过，电脑上需要安装了EXCEL2003或者更高的版本。

教学评价查询：老师可以查看到学生对自己的评价，给自己的教学作一个改进的参考。这些评价指标是由管理员设计的，学生只能按照管理员所设计的选项区勾选。

管理员页面

管理员页面的登陆方式与教师页相同，是通过IE登陆，各项页面功能也与教师页部分相同，所不同的是，教师页面，一般管理的内容都只限于自己做执教的班级，而管理员页没有限制，所有学生的学习情况都可以查看。并且管理员页面，添加有许多与系统有关的设置。（点击基础管理）

“基础管理”下，分用户管理，用户注册，班级维护，级别维护，院校管理，高级设置六项目。

用户管理：该功能主要用于各类用户信息的添加、修改、删除和查询，以及添加学生用户到英语班级。

用户注册：该功能可以用于生成单个用户帐户，可生成三种帐户类型：学生、教师和管理员，注册手段分为两种：单用户注册和批量注册。

班级维护：该功能是对班级的学生、授课的教师、、班级所处的学期、级别以及应用教材等进行管理维护。在左上方的学期和级别下拉框中选择相应的学期与级别，可查看该学期与级别下所有的班级信息。

级别维护：该功能主要是维护、管理各个级别默认使用的课件、教材。

院校管理：该功能主要用于院校组织结构树的管理与维护，方便对学生用户信息进行补充。

高级设置：该功能主要用于管理员对一些系统基础功能进行配置。高级设置一旦设定，一般不常更改。

 登录次数限制：密码输入错误即记一次登录错误，连续登录错误次数累计超过“登录次数限制”时，需要等待“再次尝试时间间隔”时间后才能登录。

 再次尝试时间间隔：连续登录错误次数累计超过“登录次数限制”，需要等待“再次尝试时间间隔”后才能登录。

 注册帐号最短长度：注册帐号时，帐号名称长度必须大于该设定值才能注册。该限制对批量注册无效。

 密码最短长度：密码长度必须大于该设定值才能注册，修改密码同。

 帐号默认密码：重置密码、注册帐号时，默认使用的密码。 客户端暂离时间（秒）：学生进入学习大厅进行教材阅读时，学习大厅处于未激活状态或者鼠标键盘静止不动超过“客户端暂离时间”后被认为是暂离状态，在暂离状态下学习时间将停止记录。

 注册方式：对用户自主注册及注册后帐号启用状态进行设置。“关闭注册”即关闭用户自主注册；“自动激活”即开启用户自主注册并默认注册后即启用帐号；“手动激活”即开启用户自主注册且注册后帐号状态为“未激活”，需要管理员审批通过后方能启用。 学生选班方式：“关闭选班”即学生在学习大厅的学期选班中无法自主选择班级；“不审核”即开放学生自主选班，且在选班后立即能进入该班级学习，不需要主讲教师、讲师、管理员审核通过；“需审核”即开放学生自主选班，但在选班后，还需要主讲教师、讲师、管理员审核通过后才能进入该班级进行学习。 开放测试：设置测试是否默认开放。选择“关闭”，则学生需要满足各单元的学习时间后，才能进入测试。选择“开放”，则学生无需满足单元学习时间就能进入测试。 自动阅卷：选择“是”，则教师无需批阅测试试卷的客观题，系统会自动批阅，减轻教师的教学负担。选择“否”，则教师需要批阅客观题。 应用分配：可设置各应用对应各角色可用的菜单。勾选表示在该角色菜单中该应用可用；不勾选表示不可用；无选择框则表示该角色中没有该应用。

（点击教学业务）

“教学业务”该部分主要对教学过程中各环节进行管理与维护，包括教学资源、面授课程、新闻公告、评价指标、学习论坛、分级测试等内容。

教学资源：该功能主要该功能用于教师上传资源。上传文件类型没有限制，任意格式均可以。上传大小限制，单个文件100M。

面授课程：该功能主要管理和记录面授课程。

新闻公告：该功能主要用于内部新闻与外部新闻的编发与管理。评价指标：该功能主要用于评价指标的管理与维护。

学习论坛：与学生、教师端相同，这是系统内独立的BBS，点击后可以打开。分级测试：分级测试是一个独立于单元测试的测试系统，类似于新生入学后的摸底测试，系统可以根据分级测试的结果进行学生等级的划分，如果有院校需可以使用该功能。

（点击统计查询）

“统计查询”是指教学相关信息进行统计、查询，包括学习状态查询、历史成绩查询、教学评价查询和日志查询。

学习状态查询：与教师页相同，该功能用于对学生的学习进度进行查询，可以查询各个班级中每个学生的单元完成情况和各单元的学习时间等信息。不同的是，管理员页可以查看的是所有学生，没有执教班级的限制。

历史成绩查询：此功能与教师页面相同，查询学生历史成绩，点“下载”可以生成EXCEL文件并保存在本地。教学评价查询：此功能用于教学评价的查询统计，可查看教师各类评价的总平均分或各个班级各个评价指标的平均分。

魔幻立体广告演示系统 第3篇

关键词：立体演示 ARM 74HC573 ULN2803

中图分类号：TP241 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）06（b）-0089-03

随着经济社会的不断发展，人们对3D技术的需求越来越高，同时也更加追求实用与美观的结合。3D立体成像技术在未来的社会必将有广泛的应用。教学，医疗，航空航天，模拟分析等高端领域都需要3D技术，而对LED进行技术控制，使其立体显示不同花样，带给未来3D技术的科技体验将具有无穷魅力。信息化社会的高速发展，高科技技术快速的革新，传统的平面显示技术必将逐渐被淘汰，新型的显示设备会如雨后春笋般发展起来。而LED显示技术必将广泛地应用于社会生活的各个领域。

魔幻立体广告演示系统主要是利用LED显示技术结合单片机控制系统，进行展示不同的图案变换，以达到立体显示。

1 原理及电路介绍

1.1 设计原理

设计原理见图1。

电路大体上可以分成核心控制电路、显示驱动电路、串信通信电路3部分。核心控制电路在整个电路当中相当于一个上位机，它负责控制整个电路以及相应的程序的运行、与PC机的串行通信，以及给显示屏部分发送命令。单片机根据编写好的内容和指令通过I/O口扩展后驱动16×16×16 LED显示体?。整个设计原理如图1所示。

1.2 工作原理

图2是一张LED的点阵图，如果想要点亮任意位置的LED，我们只要在该位置LED所使用的列线接地，行线接+V即可。因为是16×16的点阵，如果我们让整体任意显示图案，就需要用扫描电路的方式来实现，否则无法实现对其精准的控制。所谓扫描就是一次只能让一行或者一竖LED灯点亮，16次为一个周期，从左至右一次点一次，循环起来，我们就能看见完整的图像了。

这里一共有16层，纵向一束的每根引脚都是要连在一起的，而横向一层的另一根引脚连在一起。每一层有256个灯，但是不像图2一样的平面点阵需要一个周期的扫描，那样会影响到亮度及效率，更影响成像的效果。因此，我们用256根PIN针分别连接到这些灯上，从而实现了一次性对256个灯的控制。ARM的引脚较少，所以采用74HC573进行扩展。

1.3 核心控制电路

核心控制板电路见图3。

核心电路采用STM32系列芯片，相对于51单片机性能提升了很多，性价比高、配置丰富灵活、低功耗[1]。将编译好的程序拷入芯片，通过驱动电路，使LED有序地亮灭。

1.4 驱动电路

驱动电路见图4。

由于每一层有256个LED，所以驱动电路共采用32个74HC573，数据通过并行的方式，打入每一个74HC573中，在控制器里储存这些数据，每层的通断由ULN2803进行控制，通过扫描驱动电路进行动态扫描方式[2]控制灯的亮灭，从而实现每一层256个灯同时的点亮。这样既节省了I/O接口，又使扫描速度得到了提升。

2 显示电路的搭建

2.1 LED的焊接

整个显示电路由4 096个LED组成，共16层，每一层有256个LED，通过特制的焊接模具，将进行过预处理的灯摆放好，然后进行手工焊接。每一层焊接完成之后需要用万用表进行必要的检测，更换击穿或者短路的LED。将16层LED焊接完成之后备用。

2.2 底板的焊接

底板焊接见图5。

将所有元件按照对应位置焊到底板的底面上，在底板的正面对应的256个小孔内焊接PIN针，用于固定灯脚。

2.3 灯阵和底板的拼装

将焊接好的灯按照每层的方式安装到底板上，灯的管脚要确保插入PIN针孔内，如图5所示。

为了确保整体的稳定性，在拼装的过程中，插入了6根0.2cm的铜线，在保证了稳定性的同时，也保证了每层电流的通路。将所有16层灯都拼装完成之后，所有灯的阳极都已经接通了。此时需要把灯的阴极也连接好，灯才能正常工作。

因为控制每层的是2803的管脚，所以事先在设计底板的时候考虑到层控制，已经将2803的管脚引至底板的正面，方便连接。取带有绝缘皮的导线，将第8层连接到1号脚，第7层连接到2号脚，依此类推，将16层都连接好。

此时系统的硬件部分搭建完毕。

灯架搭建见图6。

3 程序的编写

由于整个系统主体过于复杂，程序编写的难度也非常大，所以为了在简化程序编写的过程中，不降低动画的演示效果。我们采用上位机软件，通过上位机将想要演示的动画编写好，由上位机自动编译出程序。

整个上位机共分为5部分，包括动画组、资源列表、索引表、操作区域和效果预览区。通过在操作区域添加帧，将帧与需要显示的动画关联，便可以在效果预览区观察到演示的效果[3]。完成动画的编写之后，通过软件编译转化成程序，拷贝到主板中。整个演示系统就可以演示之前编好的动画。

4 结语

魔幻立体广告演示系统是通过一个16×16的灯阵组成的立体，通过上位机编译程序是灯阵演示动画。因其灯阵较为庞大，可以显示复杂的图案和文字，完全可以达到广告宣传单效果。可以运用于广告宣传，大型展会，体育场馆，企事业单位进行宣传需要等，未来用途广泛，有很大地开发应用潜力。

参考文献

[1]李群芳.单片微型计算机与接口技术[M].电子工业出版社，2012.

[2]余春暄.80×86/Pentium微机原理及接口技术[M].机械工业出版社，2008.

教学演示系统 第4篇

关键词：自动教学系统,主从结构,Zigbee无线网络

大学实验是高校教育的必修课, 而演示实验是对学生进行科学思维训练, 培养学生观察能力、实验能力和创新能力的一门实践性很强的课程。它是通过形象生动的演示实验, 调动学生所有的感知功能, 消除学生在学习中因知识抽象、枯燥而产生的畏难、厌烦心理, 激发学生学习物理学的兴趣, 对学过的知识加强理解和巩固、为将要学习的知识奠定实验基础, 最大限度地提高教学效果及学习效率。在演示教学过程中, 学生处于探索、发现的学习过程中, 思维得到激发, 可充分培养其创新意识, 开发创造力。然而演示实验室通常实验项目繁多, 教师需要讲解的内容很多, 受场地、教学效果的影响, 每次参加的学生数量有限, 演示实验几乎是千篇一律的讲解, 导致实验教学任务负担过重而枯燥, 影响教学质量。笔者针对某高校的大学演示实验室, 设计了演示实验自动教学系统, 减轻教学人员的教学负担, 提高教学质量, 并且可全天开放实验室, 提高实验设备的使用率。

1 系统设计

本系统由315MHz遥控器、教学播放器、从控制器组成。具有自动教学、暂停教学、手动控制教学等功能。实验教学人员持本系统专用315MHz无线射频遥控器对教学播放器进行控制, 教学播放器在收到遥控信号后对信号进行解码, 经过判断确定教学方式并播放对应教学音频。教学播放器通过Zigbee无线局域网将要讲解的演示设备号发给从控制器, 实现教学语音讲解和演示设备的同步。其结构框图如图1所示。

1.1 Zigbee无线局域网设计

Zigbee是一种低速短距离传输无线网络协议, 通常由三种节点构成:协调器 (Coordinator) , 路由器 (Router) 及终端节点 (End Device) [1]。鉴于本系统采用主从方式控制, 使用星型网数据通讯结构较为合理。Zigbee模块采用深圳市通九州网络技术有限公司基于TI CC2530F256芯片研制开发的TJZ-MZA系列SZ4模块。其自带PCB天线, 体积小, 通过UART串口通信。为了区分相邻网络, 使从节点正确连接中心节点, 采用Zigbee网络个域网标示PANID (PersonalArea Network ID) 加以区分[2]。其组网工作结构如图2所示。

1.1.1 教学播放器的设计

主控管理中心机采用ARM7处理器、315MHz无线射频遥控模块、VS1003 DSP音频处理器、LCD12864显示模块、SD卡读取模块、Zigbee无线通讯接口等设计。

ARM7处理器采用基于ARM7TDMI-S和LQFP48封装的LPC2103, 最高工作速度可达70 MHz, 32 KB的片内Flash程序存储器和8 KB的片内静态RAM, 具有片内boot装载程序以方便实现ISP/IAP编程。运行速度达70 MHz, 由于内置了宽范围的串行通信接口, 非常适合于RS485通信。

315MHz无线射频遥控采用PT2262/PT2272芯片, 具有531 441种地址编码, 可靠性高, 相邻系统互斥性好, 无方向性, 有效遥控距离可达100米, 方便实验教学人员的控制[3]。

L C D显示模块采用1 2 8 6 4带中文字库液晶显示屏, 能够直观方便地显示当前播放讲解的内容和所有设备的数据、状态。

VS1003 DSP音频处理器是一个多功能的从MP3和WMA解码芯片, 能解码MP3 (MPEG 1&2音频层III) (CBR+VBR+ABR) , WMA 4.0/4.1/7/8/9的所有配置文件 (5-384kbit/s的) , WAV (PCM+IMA ADPCM) ;MIDI/SP-MIDI文件, 使系统能播放任何格式的音频文件, 音质优美[4]。同时配备60 W功放, 声音洪亮。SD卡模块用来存储教学音频文件, 采用插拔式, 方便更改。其硬件原理图如图3所示。

1.1.2 教学播放器软件设计

教学播放器软件采用μC/OS-II实时操作系统进行管理, 移植FAT文件管理系统, 在方便地读取SD卡内文件的同时, 也让卡内文件可使用读卡器通过PC机方便地进行修改[5]。

μC/OS-II是一种基于优先级的可抢先的硬实时内核, 最多可以支持64个任务, 分别对应优先级0~63, 其中0为最高优先级。63为最低级, 系统保留了4个最高优先级的任务和4个最低优先级的任务, 所有用户可以使用的任务数有56个。μC/OS-II提供了任务管理的各种函数调用, 包括创建任务、删除任务、改变任务的优先级、任务挂起和恢复等。系统初始化时会自动产生两个任务:一个是空闲任务, 它的优先级最低, 该任务仅给一个整型变量做累加运算;另一个是系统任务, 它的优先级为次低, 该任务负责统计当前CPU的利用率。它同时包含任务调度、任务管理、时间管理、内存管理、任务间的通信和同步等基本功能, 具有良好的可扩展性[5]。

本教学播放器处理器运行主频为70 MHz, 任务调度时间设定为10 ms。系统上电后, 首先执行硬件初始化和μC/OS-II软件环境初始化, 创建空闲任务、无线解码任务、Zigbee网络发送/接收任务、无线解码任务、SD卡读取信息播放任务、液晶显示刷新任务等。其软件结构框图如图4所示。

1.2 从控制器设计

1.2.1从控制器设计

从机采用ATMEGA8A精简指令集RISC (Reduced Instruction Set CPU) 高速8位单片机作为控制核心, 内置增强型Flash, 其体积小、速度快, 8M主频, 在接收RS485网络数据后, 根据特定的协议解码判定演示设备的启动和关闭。其原理图如图5所示。

在图5中, 从控制器采用双向金闸管驱动设备, 晶闸管采用BTA16, 最大可带2 k W负载, 可以很好地满足系统的要求。而单片机驱动晶闸管采用了MOC3041光电隔离双向晶闸管专用驱动芯片, 使得系统在大功率交流设备开启或关闭时, 不会影响本控制器中单片机的运行, 保证了系统的稳定性。图5中PC0~PC5为从控制器编码。由于实验室设备太多, 可将设备分组, 用以区分不同组别, 最多可设定63组实验设备。

1.2.2 从机软件设计

从机采用单片机设计, 其软件采用简单的顺序结构, 其流程图如图6所示。

2 测试与总结

通过在某高校三个演示实验室的使用, 并对在此上课和学习的学生进行调查, 其测试结果如下。

2.1 教师测试

某实验教学教师某学期授课班级为8个班, 演示实验上课次数为40课时, 演示期间, 无需教师讲解。该教师对比上学期教学, 负担明显减轻。没有装配该设备前, 2个课时能演示设备数量30台套左右, 现能自动演示50台套以上, 提高了教学质量和效率, 并且学生学习积极性高。

2.2 学生测试

通过对本学期使用该系统和上学期未使用该系统的学生进行调查, 学生普遍反映演示实验讲解清晰明了, 学习积极性提高, 科技感更强, 对本课程的学习兴趣加深。而且避免了受环境影响或教师因连续上课身体疲惫等因素造成学生听不清教师讲解等问题的出现。

2.3 开放实验测试

通过1个月的开放实验统计, 在三个实验室无教学任务的情况下, 进行全天开放, 学生参与人数达到100人/天, 学生来自校内各个专业, 反映良好, 并且有部分学生会重复实验, 有效提高了实验室的利用率和学生参与率。

3 结束语

该系统可有效减轻教学人员的教学负担, 提高教学质量, 并且可全天开放实验室, 提高实验设备使用率。

参考文献

[1]李新.基于CC2530的Zigbee网络节点设计[J].可编程控制器与工厂自动化, 2011 (3) :97-99.

[2]杨利亚.基于ZigBee的无线传感器网络在智能家居系统中的应用[D].杭州:浙江工业大学, 2010.

[3]饶勇, 谢春华.PT2262软解码实现多路控制的方法[J].四川兵工学报, 2011 (4) :152-153, 155.

[4]丁建良, 吴强, 吴东兴.基于NIOSⅡ和VS1003的嵌入式MP3播放器[J].科技信息, 2010 (21) :81-82, 138.

[5]JeanJ.Labrosse.嵌入式实时操作系统uC/OS-II[M].邵贝贝, 译.第2版.北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

教学演示系统 第5篇

“数字房产-虚拟仿真楼盘演示系统”运用了先进的计算机三维互动模拟仿真（VR-Platform虚拟现实）技术，是房地产建设项目演示和营销管理的新型高科技平台。虚拟现实技术采集真实数据建立的数字模型，严格遵循工程项目设计的标准和要求建立起逼真的虚拟三维场景，将设计师的作品预先进行形象直观的展现。虚拟仿真楼盘演示系统可以提前让开发商的理念构思仿真成真实可见的建筑和环境，使设计的准确性和质量得到很大提高，因而在房地产项目的规划、设计、报批报建、营销、物业管理等方面都可发挥巨大的作用。

虚拟仿真楼盘演示系统在房地产营销中更具有广阔的应用前景。任何房地产商品，不论是电梯公寓、别墅洋房还是商业楼宇、宾馆酒店，都必须进入市场销售之后才能实现其价值。所以销售是房地产经营最重要的一环。尤其在目前情况下，房地产市场总体不够活跃，销售业绩对于开发商的盈利状况具有决定性意义。成功的房地产开发商，不仅要有优秀的房地产商品，还应具备出奇制胜的销售谋略。房地产行业传统的营销手段通常是提供户型平面图资料、展示沙盘模型、建造样板间及投放三维动画视频广告。由于沙盘要经过大比例缩小，因此只能获得整个项目的大致鸟瞰形象，无法以正常人的视角来感受整体的建筑空间，更无法获得人在其中走动的真正感觉。模型制作完成后的修改成本很高，有着很大的局限性。效果图只能提供静态局部的视觉体验，比较单调。三维动画在播放的过程当中，观众只能被动观看，接受一些固定的信息，并不能按照自己的意愿去观看、查阅、检索相关信息，不具备实时的交互性，而且制作成本十分高昂，通常每秒钟价格在一千元左右。

“数字房产-虚拟仿真楼盘演示系统”能够帮助政府部门、开发商（投资者）、购房者等非工程技术人士克服抽象的工程图纸的不直观，可以从任意角度、任意方向和任意位臵来体验感受形象直观的建筑设计效果，能更好地建立用户（开发商和购房者）与设计师之间的相互理解和沟通交流。真正做到想怎么看就怎么看；想看哪里就看哪里；想从哪个角度看就从哪个角度看；想看多久就看多久。可以独自在售楼部一个人看；也可以带回去全家一起看，这是平面设计图、效果图、沙盘、模型乃至三维动画等传统手段都无法做到的。对于房地产开发商来说，“数字房产-虚拟仿真楼盘演示系统”给了他们一个机会，使他们在项目尚未建成之前，甚至是未开工前，就可以向消费者展示建成后的实际场景，比起空白的说教和复杂的图纸，这套系统更具有好的广告宣传效果。据美国著名的不动产网站数据显示，有虚拟现实技术展示的房产，比没有虚拟现实技术展示的房产，访问率增加40％，购房效果增加28.5％。

此外，开发商还可以应用“虚拟仿真楼盘演示系统”制作各种三维动画视频广告和精美廉价的数字楼书，大大降低营销成本，在当前低迷楼市下尤其受到开发商的青睐。

2．功能亮点

●全景漫游 客户可以进入虚拟楼盘内，聆听着优雅的旋律自由的行走，观摩小区内建筑、绿化及所有景观，真正让客户身临其境的感受小区建筑特色和整体规化。客户可以到中心花园欣赏假山流水，也可以走进房内体验实况，比如客户A选择了第8栋1门8楼802房。那么她就可以从8栋1门进入，电梯选择8楼到达802房了。她可以走进房内查看房子的户型、通风和采光、欣赏房屋内装修、观看阳台景观、查看地下车库位臵等。亲身体验在沙盘里感受不到的视觉效果。（图1）

●体验生活

比如选择了802的客户A，她可以以自己为中心全身心体验周围生活的舒适与便利，如：电梯口的方位、地下车库车位、便利店的位臵、小区花园和周边交通、医疗、购物、休闲配套等。当客户站在这个角度考虑时，她就已经把自己融入这个小区环境中了。可以使她联想到和家人一起在小区里散步，小孩将来在这里的幼儿园上学，父母在花园里做晨练等情景。（图2）

●感受服务

客户进入小区内可以感受小区物业服务情况。比如保安人员的安全保障情况、安全监控设备配臵情况、安全消防设备配臵情况、保洁情况、物业管理人员办公地点等。好的物业服务能给客户带来好的归属感和安全感。（图3）

系统功能设计的思路就是为给客户展示一个高科技、高真实、高互动的楼盘实况。给她们带来身临其境的体验，从而达到提升消费者购买欲望，提高房地产公司销售业绩的目的。3．营销应用

多年以来，大多数房地产开发项目均把重点放在营销策划上，市场的热点也在营销策划上。营销策划在很大程度上已被视为是项目致胜的关键。本系统在房地产营销中主要有营销中心的普通体验方式和3D VR（双通道）体验方式，其次还有互联网下载体验和移动展示等。

●普通体验

普通体验也就是在营销中心设臵一个3D虚拟体验区。将软件安装于电脑内，配合投影机和音响等设备，将3D虚拟画面和声音展示在客户眼前。客户也可单独在电脑面前操作或观看由工作人员按照指定的路线进行的讲解。观看完后并制作供客户带回家观看的光碟。此方案适应于中小规模房地产营销推广。

●3D VR（双通道）体验

立体环幕投影室系统效果图

立体环幕投影室系统结构图

利用3D设计平台软件可将系统所有功能模块输出成双通道立体影片方式。通过立体环幕投影室实现立体效果的影像。客户看到的影像好像有的在幕后深处，有的脱框而出，似伸手可攀，给人以身临其境的逼真感，带给客户视觉上更大的冲击力。观看完后并制作供客户带回家观看的光碟。（此功能和在3D电影院看电影的效果相同）作为大规模或针对于高端客户我们推介用此方案。

●互联网下载体验

信息网络的飞快发展给我们信息发布和快速推广提供了级佳的机遇。客户坐在家中就可以通过下载我们的3D虚拟仿真楼盘演示系统了解楼盘实际情况。不但扩大了客户的推广面，也为客户了解楼盘提供了一个更便利的通道。

● 移动展示

移动展示主要是为在外地或房交会等情况下给推广员楼盘展示提供方便。推广人员可以带着系统随意的展示，是沙盘展示的一种有利补充。

本方案适用于各大、中、小房地产开发商、规划局等。系统构建地产楼盘真实3D环境，模拟真实小区的建筑、环境、绿化、景观小品等，让购房者在小区未建成就能看到未来小区真实居住环境，感受小区的人文气息。我公司在虚拟行业内拥有非常深厚的制作经验和技术积累。自公司成立以来主要以虚拟现实制作、环幕系统集成、教学仿真训练、虚拟数字城市、开发区规划等虚拟现实业务为核心。公司利用雄厚的虚拟现实制作实力，为国内各大城市、房地产、院校等行业提供了先进的可视化管理工具。是湖南唯一专业从事虚拟现实制作与服务的公司。

教学演示系统 第6篇

关键词：DIS系统；声学演示实验

一、DIS数字信息化实验室简介

朗威数字化信息系统实验室（Digital Information System Laboratory系统，以下简称DIS系统）是由上海市中小学数字化实验系统研发中心立足新课改的具体要求研究开发的。该系统是由“传感器+数据采集器+实验软件包（教材专用软件、通用扩展软件）+计算机”构成的新型实验系统。DIS系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合。

我校配置的DIS系统由传感器、数据采集器和专用软件构成。数据采集器与计算机以串行方式通信，与传感器采用并行输入方式，可一并接入最多4个传感器。它同时具备弹簧测力计、电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等多种仪器设备的功能，可以实现动态测量的高精度和数字化。它能够完成高初中阶段绝大部分定性、定量测量的物理实验，大幅提高实验精确度和实验效率。DIS系统不仅可以完成传统的物理实验，还可以完成一些传统实验很难完成的实验并且现象明显。

二、声现象演示实验

（一）实验装置

将数据采集器通过专用数据线连接到计算机，连接电源，将声传感器通过数据线连接到数据采集器，打开数据采集器开关，在计算机上启动DIS系统软件，选择“通用软件”即可开始实验。如图1。

（二）声音的产生

敲击音叉，可动态显示声音波形，振幅逐渐减小，用手触摸音叉，停止发声，波形变成一条细水平线，显示物体振动发声（如图2）。

（三）声音的特性

1.频率：音调。

①比较256HZ/512HZ音叉的音调和频率，学生可以通过大屏幕直观地看到不同音调的声音波形，音叉振动的频率不同（相同时间内，音调高的完整波形的个数多，也就是频率较高）如图3、4。

②比较63HZ、100HZ、315HZ、630HZ、1000HZ、2000HZ、4000HZ不同频率的声音波形可以由课件通过音箱播放声音，由系统测量（将声传感器对准音箱喇叭）并显示波形，让学生观察、比较（因采样频率最高10KHZ，所以高频信号的波形显示需要较高配置的计算机，采样频率选择10K，4000KZ以上频率的声音一般配置的计算机系统不能显示波形）也可以由教师事先整理成图片依次展示，如图5、6。

注意：软件中“采样频率”选最大的10K；该实验对计算机配置要求高，否则不能正常显示波形。

2.振幅：响度。

调整好系统，敲击音叉显示波形，调整“X缩放”可显示如图7、图8，振幅越大响度越大，也就是声音“大”，反之声音“小”。

3.音色。

不同乐器发出的声音波形不一样，有条件的学校可以现场演奏，或者播放乐器演奏的录音、音频文件，由DIS系统采集数据，调整后可以直接在大屏幕上展示。也可以由男生女生分别上讲台，对准声传感器发声，即时显示波形并分析。

（四）观察噪声的波形

注意：采集数据完点击停止后，要点击“X平移”才能显示刚才噪声的波形。教师可根据情况选取合适的频率、振幅都不规则的部分，引导学生仔细观察。也可以展示事先做实验的波形图像以节省时间。

三、利用DIS系统做演示实验与传统实验的优劣分析

（一）可视度高

传统实验使用教学示波器或大屏幕示波器，后排学生很难观察到波形的动态变化。而DIS系统通过投影仪将整个图形投影在大屏幕，大大提高可视度，使得全班学生都能非常清晰地观察到波形的动态和静态显示。发声结束后，波形依然显示在大屏幕上，学生可以继续观察，教师也可以对显示的波形仔细分析，非常方便。

（二）即时动态显示

无论敲击音叉还是通过计算机所带音箱发声，DIS系统都可以即时动态显示声音的波形，使学生能直观地观察实验现象，加深对声音的产生、声音的波形、声音的特性以及噪声的理解。

（三）装置组装容易，调整方便

系统组装非常容易，只需连接声传感器、电源、计算机数据线，即可开始实验，而传统教学示波器或大屏幕示波器在实验过程中需要仔细调整才能显示正常波形。另一方面，DIS系统通过专用软件可以很方便地通过鼠标点击分别调节波形X、Y轴的放大比例以达到最佳显示效果，并大大提高课堂效率。

（四）如有需要，可对各种声源做定量分析

DIS系统显示的波形X轴为时间，可以定量计算声音的频率；不改变Y轴比例，可以直观地定量比较不同响度的振幅。

（五）可利用系统开展多种课外兴趣小组活动

四、几点注意和反思

（一）DIS系统虽然有很多优点，但不能完全替代学生自主的动手探究。

（二）教师应有针对性地介绍波形图像所代表的物理意义，比如频率、振幅等。

（三）对配套使用的计算机要求配置高，否则波形显示不正常或无法显示。

（四）教师在课前应主动试做实验，熟悉DIS系统，提高课堂效率。

参考文献：

[1]朗威数字化信息系统实验室V5.0DISLab用户手册.

教学演示系统 第7篇

《模拟电子技术基础》是一门集理论与实践于一体的专业基础必修课，是一门较能整合新技术、新知识的重要的技术性综合课程，是一门培养学生创新能力和实施创新教育的重要课程，具有很强的理论性、工程性和实践性。但是，因课程内容较多、理论较深、概念性较强，在教学中还需要大量的电路图、波形图, 这给初学者带来很大的困难, 学生的接受效率较低, 所以继续推进课程教学手段的改革至关重要。

目前，在教学手段上，继承和发展了传统教学，提出了以多媒体CAI教学、EDA技术为主的现代化教学手段，教学效果显著。基于多媒体的现代化C A I教学在形象上、信息化上、直观上以及提高教学的感染力上有着突出的优点。它有助于学生更快地更好地掌握这些概念和知识，弥补了传统板书教学的不足。EDA技术 (虚拟仪器、EWB等技术) 的应用使得电子线路的设计、开发、制造过程更快更好。其中，EWB是应用较为广泛的电子线路仿真软件, 具有界面直观、操作方便等优点。但是, CAI教学最终只是一种辅助手段, 若片面地追求CAI教学, 使得任课老师按照制作好的课件按部就班地教学, 思路固化, 主动创新缺乏, 不能充分体现“教师的授课是劳动再创造的过程”。所以如何将多媒体现代化教学手段有机融入传统教学是值得商榷的。另外, 因一些高校的教学设施配套不完善, 不能充分满足新型教学手段所需的教学条件, 所以许多任课老师仍然采用传统板书教学, 结果老问题依然存在。

为了解决传统板书教学存在的课堂教学与实验教学、理论与实践严重脱节的老问题，在课堂教学中应用自主开发的嵌入式《模拟电子技术》教学演示系统。该系统充分借鉴了多媒体CAI、EDA技术为主的现代化教学手段的设计方法，其内容涵概课程所有的难点和疑点问题，是一套非常适合传统板书课堂教学现场即时演示的系统，同时也可作为多媒体CAI现代化教学的一种重要的补充。另外，该系统的研制可激发学生对新知识的兴趣。

二、嵌入式《模拟电子技术》演示系统的特点

自主开发的嵌入式《模拟电子技术》演示系统有机结合课程的理论知识、实验方法及实验步骤，集成了模拟电路设计、信号采集、EDA、嵌入式以及自动控制等技术，融入多媒体CAI、EDA技术为主的现代化教学手段的设计理念，能即时演示动画和电路分析过程。系统通过图形、动画、文本以及声音等方式演示难以理解的概念、规律等重点知识或不便板书的动态变化过程等等，动态演示典型实用电路的测试方法、测试过程，并且实测典型电路模块的信号，根据实测信号计算电路的参数以及液晶显示信号的波形和参数。系统的设计遵循“讲透基本原理，打好电路基础，面向集成电路”的宗旨，符合“工程性、技术性、实用性而非理论性”的特点，主要由模拟电路单元模块，信号采集模块和数据处理控制模块三部分组成，具有以下主要特征：

1. 功能完善系统包括以动画的形式演示一些用板书教学不能直观展示的动态变化过程以及难以理解的概念和规律，如PN结的形成过程，晶体三极管在放大偏置时内部载流子运动过程，图解法分析放大电路的失真原理，温度对放大电路静态工作点的影响，放大电路的频率特性等等；以文本、图形等形式演示典型模拟电路的分析方法和分析过程，如单级的共射放大电路，共集放大电路和共基放大电路的静态特性和交流小信号动态特性分析；差动放大器动态特性分析；负反馈原理及负反馈对放大器性能的影响；互补对称功率放大器原理及性能分析；集成运算放大器的应用电路原理分析；模拟信号源原理分析等等；以EDA，嵌入式等技术为基础实现这些典型电路测试点信号的采集、分析、计算、显示等功能。另外，还嵌入背景音乐效果和语音提示功能增添了系统的生动性、趣味性。从整体上看，系统充分融入了以多媒体CAI、EDA电子技术为主的现代化教学理念，涵概了课程所有的难点和疑点问题，生动而形象地展示枯燥无味、难以理解的规律和现象。

2. 操作简单根据液晶触摸屏上显示的模拟电路模块的原理图和参数测量示意图, 用户只需点击这些图上增加的测试点“热键”, 系统就自动控制相应电路的选通、连接、测试以及显示, 使得系统操作简单, 非常适合课堂现场即时演示。

3. 扩展功能强大系统扩展了串口、USB口、大容量存储器以及语音提示等接口，并开发了这些设备的驱动程序，建立了实时操作系统 (RTOS) 内核与外设之间的接口，开发应用程序只需调用相应的驱动程序即可控制这些物理设备。

三、嵌入式《模拟电子技术》演示系统在教学中的意义

1. 系统的动画等多媒体形式在教学中的意义

类似于多媒体CAI教学手段，系统将教学中遇到的难以理解的概念、规律等重点知识以及课程的难点和疑点，通过图形、动画、文本、声音等方式加以展示。授课老师边讲解边演示，将抽象问题形象化，复杂问题简单化，既缩短了教学时间，又使得教学过程生动有趣、易于理解。例如讲解BJT三极管放大偏置及其内部载流子传输引起的电流分配关系时，利用动画等形式动态演示内部载流子 (自由电子和空穴) 的扩散运动、复合运动、漂移运动过程以及这些运动引起的电流分配关系，这样把枯燥无味、难以理解的规律形象化，既激发学生的好奇心和求知欲，又增添学生的疑虑，使得课堂教学有张有弛，提高课堂教学效果。再如讲解场效应管JFET和MOSFET的工作原理时，老师在黑板上画出诸多关于栅源电压和漏源电压对导电沟道影响的变化过程示意图，结果费了很大功夫，学生仍然感觉比较抽象，难以理解。而通过动画等方式加以表现，学生就对该控制过程有了直观而清晰的认识，他们花费较少的时间即可加深FET控制过程、输入特性和输出特性的理解。

2. 系统的实用电路分析在教学中的意义

系统设计的实际电路涵盖了模拟电子技术课程所涉及所有实用电路。它不仅以文本、图形等形式演示这些典型模拟电路的分析方法和分析过程，而且实时显示实测到信号波形以及根据这些测量信号进行分析和计算得到的电路参数。与EWB等电路仿真软件相比，它更具有实践意义，更能体现课程的“工程性、技术性、实用性”的特点，让学生认识到电路的计算和分析是一种工程近似方法，电路结构和元件取值做到合理准确即可, 大大提高理论与实践相结合的能力。通过对系统的电路进行实测演示, 有助于学生加深对课程内容的理解, 帮助他们掌握常用仪器的使用方法和测量方法, 提高学习兴趣, 建立深刻的感性认识。另外, 通过电路实测得到电路的信号波形与数据, 使得抽象的理论形象化, 大大增强学生对电路理论的理解和对电路结构的认识, 培养学生的观察能力、思维能力和掌握科学的实验方法, 提高他们发现问题、分析问题和解决问题的能力。比如图所示的单级共射放大电路。

用图解法分析它的失真一直是学生学习的难点，教师们费很大劲讲解，学生感觉还是难以理解。若结合系统设计的实际电路的测试进行失真分析，问题即可迎刃而解。我们通过调整单级共射放大电路的基极偏置电阻Rp的值确定一静态工作点，然后在LCD上对比显示输入、输出交流波形；不断改变放大器输入交流小信号大小，直至输出波形发生畸变，即失真现象出现了。演示到这里，我们也可设立一些问题供学生思考，如要分析失真原因，确定失真类型，下一步还需怎样操作。这样既激发学生学习的兴趣，又提高他们分析问题和解决问题的能力，培养了他们的创新意识。

四、结束语

自主开发的嵌入式《模拟电子》教学演示系统现已成为我们课堂板书教学的一种重要辅助手段，在04、05级课堂教学中加以尝试，取得效果显著，学生普遍反映较好。在强调能力培养、重视素质教育的今天，着眼于教学条件的实际情况，有效地利用现有资源进行教学改革，显得尤为重要，我们一定要把这项工作持续下去，使自主开发的教学演示系统有机结合课堂教学内容，不断改进和完善系统的功能，不断提高演示系统的教学效率和水平。

参考文献

[1]唐莺, 翁飞兵.关于提高《电子技术基础》教学效果的几点思考[J].郑州航空工业管理学院学报 (社会科学版) , 2007, 3

[2]贾立新, 龙忠琪.电子技术课程建设探索与实践[J].电气电子教学学报, 2004, 26

[3]卢庆林.《模拟电子技术》CAI课件的研制与开发[J].现代教育技术, 2007, 5

[4]王卫东.模拟电子技术基础[M].陕西:西安电子科技大学出版社, 2003

[5]李文联.虚拟仪器在电子技术演示实验中的应用[J].实验室研究与探索, 2004, 1

算法演示系统研究与应用 第8篇

算法演示属于软件可视化[1]研究的一个分支,它将算法的运行过程及行为通过图形、动画、声音等方式进行展示,以辅助算法学习者理解算法,算法研究者也可通过算法演示对算法的运行效率进行评估,以进一步优化算法。

早期最有名的算法演示是R.Baecker在1981年给出的“Sorting Out Sorting”,他通过一段30分钟的影片演示了各种排序算法的比较和交换过程[2]。目前,大多数算法演示系统的思想都源自M.Brown等在80年代中期的BALSA系统,该系统首次提出感兴趣事件的概念,用于标识算法状态改变的关键点,只有对这种关键点进行可视化才更有意义[3]。在此之后,ZEUS是一个类似BALSA的面向对象的算法演示系统[4],而TANGO则基于一种路径转换的风格实现算法的演示[5]。此后,许许多多的算法演示系统被相继开发出来,如POLKA、ALADDIN、MOVIE、GAIGS等等。3D、可听化,以及丰富的色彩应用已成为近几年来所关注的焦点。

1 演示系统基本框架

为了对一个算法进行演示,首先必须知道需要演示什么,这一部分可以看成是算法的一个实例,它通常由演示系统的用户实现;其次,对于所要演示的算法,还需要决定如何显示,这就要求对显示的画面进行设计;最后,还需要说明这种可视化是如何连接和应用到算法上的,即在前两个部分之间建立一个映射关系。所以,现有的演示系统一般都具有三个部分:算法部分、动画部分和映射部分,如图1所示。

1.1 动画显示技术

随着图形显示设备的不断发展,动画的显示技术从早期BASA-I的黑白显示发展到具有3D图形显示及可听化等多媒体技术应用的多功能演示系统。每一种技术的提出,不但增强了动画效果,更为重要的是为算法的信息提供了更多的表现方式。

1.1.1 基本技术

在显示技术上,一个算法演示系统一般可以通过以下这些基本技术[6]来实现对更多算法信息的展示:

(1)多重显示

多重显示通过多个视图对算法的不同角度进行展示。例如对一个堆排序可以用一个树视图反映堆的结构,用数组视图表示当前数组的内容;

(2)状态提示

利用图形/颜色代表数据结构的特定状态,例如用红色表示已排好序的元素,绿色表示正在比较的元素;

(3)静态历史

在视图中显示算法执行的历史记录,这样可以帮助用户更好地理解算法的执行过程;

(4)连续/离散的演示过程

离散的演示系统通常采用“擦除-重画”技术,表现出来的是一些离散的画面;而连续的系统可以形成连续的动画效果;

(5)多算法演示

对于同一个问题通过多个算法的同时执行,便于对算法的效率进行比较;

(6)多色彩的使用

可以用来进行状态标识、高亮显示执行区域,也可以用来反映不同的执行时刻。

1.1.2 3D及可听化技术

近几年来, 3D及可听化技术相继得到更多的应用。在算法演示领域里,3D技术[7,8]主要不是用来增强画面的显示效果,而是在于通过第三个维度来表达更多算法的信息:

(1) 捕捉时间信息,即用来反映算法的执行过程,这种应用应该说是“静态历史”的另一种实现方式;

(2) 联结多视图,主要用来统一多重显示中不同视图里的同一个对象;

(3) 显示额外信息,可以使视图中的元素内容更为直观,例如第三个维度可以用来表示二维数组的值的大小。

在可视化领域,对于声音的利用带来了一种新的技术——可听化技术,在当前的许多演示系统中,它通常具有以下作用:

(1) 加强可视化的效果,例如对于排序算法,可通过声调的高低来反映一个元素的值的大小;

(2) 通过不同的乐器产生的音乐来代表不同的算法事件,例如,在一个交换排序算法中,用锣声来表示交换,用木琴的声音来表示一个元素到达其最终位置;

(3) 当产生异常情况时发出信号。

总的来说,在计算机软硬件发展的带动下,动画显示方面不断有新的技术出现,人们总可以根据自己的需要开发出具有相应功能的演示系统。因此,在整个算法演示系统研究中,动画显示方面已经不存在太多的难点。

1.2 说明技术

说明技术主要需要解决的是如何把算法的实现与动画显示联结起来的问题,当前主要有以下两种技术:

1.2.1 事件驱动

事件驱动[9]以BALSA、TANGO、ZEUS等算法演示系统为代表,它所关注的是感兴趣事件。通常,采用这种方式的系统要求用户做以下工作:

(1) 定义感兴趣事件,通常表现为在代码中对应的位置上加入注释,以标识该位置产生了一个事件的调用;

(2) 把定义的这些感兴趣事件与可视化的画面对应起来。

这种技术的优点是实现方式直观,且对于一般的可视化,都可以通过这种方法来生成。另外,感兴趣事件不仅可以是一些基本的操作,如比较、内存分配等,还可以是一些更为抽象的算法动作,如AVL树的一次平衡调整操作。它的缺点是其一需要改变源代码,实现比状态驱动的方法更为繁琐;其二代码的无关性低,负责可视化的人需要对源代码有较深入的了解。

1.2.2 状态驱动

状态驱动[9]以PAVANE、LEONARDO等算法演示系统为代表,主要通过监控感兴趣的数据结构来更新画面。

通常,用这种方式实现一个动画只需要在程序的开头进行声明,使算法中所用到的数据结构与动画中的图形对象之间建立起联系。

相对于事件驱动,它的主要优点是与源代码的无关性高,设计者仅需要对里面的感兴趣数据结构有所了解;但另一方面,由于它只关注数据的修改,使得表现方面不够自然,数据修改并不一定代表着一个算法行为,用户很难进行自定义事件控制。

2 事件驱动的算法演示示例

下面通过具有代表性的经典系统——TANGO[5]详细介绍事件驱动技术。

对应于算法演示系统的框架,用TANGO制作一个演示动画需要三步:(1)在算法实现部分指出感兴趣事件,TANGO中称为算法操作(ALGO_OP);(2)通过四种抽象数据类型image、location、path和transition制作动画场景;(3)把感兴趣事件与动画场景关联起来,这一步通过一个控制文件实现。

假定现在已经设计好两个动画场景AnimInit(初始化场景画面)和AnimEXCHANGE(用于显示对指定的两个元素进行交换的场景),下面仅需要指定算法操作,并编写控制文件,即可制作出相应的冒泡排序的动画。

2.1 算法部分

在算法部分中指定一个算法的算法操作,就是在所需要的位置上插入一个ALGO_OP的调用,它的参数首先是该算法操作的名称,其次是所用到的参数。以下是冒泡排序的实现代码:

void bsort(int a[],int n)

{

int temp;

ALGO_OP(″Init″,a ,n );

for(int i=0;i<n-1;i++){

for(int j=n-1;j>i;j--){

if (a[ j]<a[j-1]){

temp=a[j];

a[j]=a[j-1];

a[j-1]=temp;

ALGO_OP(″EXCHANGE″,a,j,j-1);

}

}

}

}

ALGO_OP(“Init”,a,n)就是一个算法操作的调用,提供对于演示窗口的初始化,其中a是要进行排序的数组,n是数组中元素的个数;而ALGO_OP(“EXCHANGE”,n,j,j-1)是对于数组a中的第j和第j-1个元素进行交换的操作。这些事件,都与动画显示部分中的动画场景相对应。

2.2 映射部分

在TANGO中定义映射,是通过一个控制文件来实现的。当系统启动时,TANGO首先会创建一个演示窗口,然后寻找带有.amin后缀的控制文件。控制文件分为五个部分:第一部分指明窗口的左上角和右下角的位置;第二部分指明动画场景所存放的文件;第三和第四部分分别指明所用到的算法操作和动画场景;最后一部分用来指定算法操作和动画场景的对应情况。

0.0 0.0 1.0 1.0 //″%%″用来分隔各部分

%%

myscene.o animlib.o

%%

Init %d,%d

EXCHANGE %d,%d

%%

AnimInit

AnimEXCHANGE

%%

Init->AnimInit

EXCHANGE->AnimEXCHANGE

其中,(0.0 0.0)和(1.0 1.0)分别对应于窗口的左上角和右下角位置;myscene.o是在演示过程中需要加载的动画场景的目标文件;第三个部分中,前部分对应的是事件的名称,后面是该事件所用到的参数,其中%d表示该参数为整数类型;第四个部分表明该算法动画中有两个场景AnimInit和AnimEXCHANGE,分别对应初始化和交换两个事件;最后一个部分将前面定义的算法操作与动画场景对应起来。

有了算法部分和映射部分,当程序执行到感兴趣的事件时,就会传递一个包含该操作相关信息的消息给TANGO中的消息处理例程,根据事件名称及参数形成对应的动画场景。由一系列这样的动画场景,便构成了整个关于该算法的演示动画。

3 算法演示研究的发展前景

通过对当前的各种算法演示系统的研究,发现目前主要存在两方面的问题:

首先,多数系统要对原算法实现作比较大的改变,也就是说它们是“侵略式”的,对源代码会有影响。像BALSA和ANIM是在感兴趣的事件处加入打印可视化命令的语句,这样一来就要直接在源代码上作修改;而TANGO是提供了一个专门的编辑器去添加注释,这样就避免了直接修改源代码,当然还可以使用一个预处理器自动地添加注释。但是这些都是侵略式的,它们会影响源代码。而非侵略式则不影响源代码,如Pavane,LogoMedia和 TPM提供某种可视化的执行环境(解释器或编译器),可视化者以一种声明方式附加非侵略“探头”到数据结构或代码上,实行监控显示,但实现起来就比较复杂。

近年来,面向方面的编程越来越受到人们关注,我们在算法演示的研究中也可以引入面向方面的思想,将感兴趣事件设置为切入点,把可视化这个“功能”看作方面,用户可以像平常一样编程实现算法,而不用去加入注释等,必要时也可自行设计演示动画。这样,就可以实现方面与算法更加分离开来的目的,为用户提供更多的自由度。

其次,当前算法演示系统都相对复杂,通常在制作一个动画时需要做比较多的工作,不仅要在算法的源代码中说明事件,还要自行设计这些事件发生后所运行的动画显示方面的工作,最后还需要进行连结。当然对于这一点这些系统也一直都在改善。最初的BALSA一个动画的每一帧都要自己设计,而TANGO提出了路径转换的方法,通过定义路径就可以自动生成两个场景的中间帧;到了ZEUS可以通过图形化的界面去设计演示时的画面,而不需要像BALSA那样所有的绘图部分都要通过编写代码来完成。而如果采用面向方面技术,动画部分可以在方面中实现,用户只需根据系统提供的规范直接编写算法的实现代码,而不用自己设计动画,这样可以为用户带来更多的便利。

然而,对于一个算法演示系统,理想的状态应该是用户只要告诉系统感兴趣的事件,系统就可以自动演示,但要做到这一步,还需要做更多研究工作。

4 结束语

纵观整个软件可视化的发展,算法演示成为其中越来越值得注目的一个分支,从早期的BALSA到后来的Pavane、LogoMedia…无论是显示方面还是说明方面,都不断有新的技术提出,为教育工作者带来了许多的便利。然而如前面所述,如何使演示方面和算法实现方面分离得更开,仍然是一个值得研究的问题,希望通过本文对于面向方面思想在该问题的引入,为算法演示方面的研究带来一些新的启示。

参考文献

[1]刘孟仁,刘海庆.软件可视化及其应用研究[J].计算机应用研究,2002,6:26-28.

[2]Baecker.R MSorting out Sorting(video).In Siggraph Video Review7,1981.

[3]Brown M H,Sedgewick.R A System for Algorithm Animation[C].ACMComputer Graphics,July 1984,18(3):177-186.

[4]Brown.M,H.ZEUS:A System for Algorithm Animation and Multi-View Editing[C].In:Proceedings of the 1991 IEEE Workshop onVisual Languages,October 1991:4-9.

[5]Stasko.J,T.TANGO:A Framework and System for Algorithm Anima-tion[J].Computer,1990,23(9):27-39.

[6]Marc H Brown,John Hershberger.Fundamental Techniques for Algo-rithm Animation Displays[Z].In:Software Visualization:Programmingas a Multimedia Experience,ed.John Stasko,John Domingue,Marc H.Brown,and Blaine A.Price,MITpress,1997.

[7]Andreas Kerren,John TStasko.AlgorithmAnimation-Introduction[C].In:S.Diehl Ed.Software Visualization,LNCS 2269,Springer-Verlag,2002:1-15.

[8]Marc HBrown,Marc A.Najork.Algorithm Animation Using Interactive3D Graphics[Z].In:Software Visualization:Programming as a Multi-media Experience,ed.John Stasko,John Domingue,Marc H.Brown,and Blaine A.Price,MITpress,1997.

教学演示系统 第9篇

《计算机操作系统》几乎是所有计算机相关专业的必修课程。由于计算机操作系统本身的透明性和抽象性使得本门课程偏重于理论教学, 其内容抽象难懂。在学习本门课程时, 大部分学生都反映抓不到关键点和重点, 无法将其中的理论知识与操作系统的具体工作原理结合起来, 因此教与学的效果不是很理想。即使学生在考试时可以取得很好的成绩, 但还是没有真正的掌握操作系统的内部工作状况, 在日后的工作中更不可能从事有关计算机操作系统的研究。

针对以上情况, 本文旨在以操作系统原理知识为基础, 通过图像化的、动态的演示来展现进程管理过程, 从而帮助学生加深对相关理论知识的掌握。

2 开发技术简介

本系统以VS2010为开发平台, 以C#为开发语言进行设计。VS2010能够用来创建微软平台下的Windows应用程序和网络应用程序, 也可以用来创建Office插件、网络服务和智能设备应用程序。VS2010支持C#、C++、VB, 而且它可以自定义开始页, 新功能主要包括C#4.0中的动态编程和动态类型、使用VS2010的特性支持TDD、多显示器支持以及支持Office等。

C#是微软推出的一种基于.NET框架的、面向对象的高级编程语言。C#由C语言和C++派生而来, 继承了其强大的性能, 同时又以.NET框架类库作为基础, 拥有类似Visual Basic的快速开发能力。C#4.0新增dynamic关键字, 提供动态编程 (dynamicprogramming) , , 把既有的静态对象标记为动态对象, 类似javascript, Python或Ruby。

3 设计思路

整个系统设计计划将作为计算机操作系统的五大核心功能之一的进程管理部分, 划分为进程的控制, 进程调度, 进程间的同步, 进程间的通信以及死锁的避免五个子模块, 并以不同的界面模块进行模拟, 在每个功能模块的模拟中, 学生可以通过直观的、动态的实例获得系统有关执行情况, 并且学生可以自己输入参数进行特定条件下的系统执行情况的模拟。。本系统的框架结构见图1所示。

4 系统实现

4.1 进程控制模块的设计

操作系统中最核心的概念是进程, 在使用多道程序设计的系统中, , 进程是独立运行和资源分配的基本单位。进程的控制是进程管理中的基本功能之一。它用于创建新的进程, 终止已经完成的进程, 或是终止因某事件的出现而导致其无法执行下去的进程, 还可以负责进程间状态的相互转换。

进程控制模块主要实现进程的创建与注销及进程基本的三态转换, , 以帮助学生对这部分内容建立起整体的概念。进程的三种状态及其转换关系见图2所示。

本模块实现了创建进程、阻塞进程、撤销进程和唤醒进程, 用户可以选择进程调度算法来控制进程运行的先后顺序。进程控制机制模块流程如图3所示。

进程运行时, 用户需要先进行初始化才能创建进程和模拟进程控制。设计界面如图4所示。

静止就绪激活进入活动就绪的相关代码:

4.2 进程同步模块的设计

进程同步是指并发执行的进程由于直接制约关系而需要相互等待、相互合作, 从而实现每个进程按照相互协调的步伐向前推进。

最典型的进程之间的同步问题之一是生产者和消费者问题。它描述了生产者线程向消费者线程提供产品, 两类线程共享一个由n个缓冲区组成的有界缓冲池, 生产者进程向空缓冲区中放入已经生产的产品, 消费者进程从放有数据的缓冲区中取得产品并消费掉。假定生产者线程和消费者线程是可以同时进行, 只要缓冲区没有满, 生产者线程就可以把产品发到缓冲区;只要缓冲池不为空, 消费者线程便可以从缓冲区中取出产品。但禁止生产者线程向已经装满的缓冲区中再存放产品, 也禁止消费者线程从空的缓冲区中取出产品。生产者与消费者模块流程如图5所示。

点击开始生产按钮生产者就开始生产, 等到缓冲池里装满产品生产者停止生产, 点击开始消费消费者开始消费, 等到缓冲池为空时消费者停止消费。设计界面如图6所示。

5 结论

本系统以VS2010为设计平台, 结合C#开发语言, 实现了可视化的进程管理模拟系统, 达到了较好的演示效果。本系统的开发可以在一定程度上提高操作系统的教学效果和教学质量, 也有助于学生理解操作系统中进程管理功能的实现原理和实现技术。

摘要：以进程管理原理知识为基础, 利用MicrosoftVisualStudio2010开发平台, 采用C#开发语言设计一款模拟演示系统, 包括进程管理模块、进程调度模块、进程同步模块、进程通信模块以及死锁的避免模块。该系统以图形界面方式实现了进程管理执行过程的直观可视化, 帮助学生加深对理论知识的理解与掌握。

关键词：进程管理,模拟演示系统,Micro soft Visual Studio2010,C#

参考文献

[1]汤小丹, 梁红兵, 哲凤屏, 汤子瀛.计算机操作系统[M].第3版.西安:西安电子科技大学出版社, 2007.

[2]斯托林斯.操作系统精髓与设计原理[M].北京:电子工业出版社, 2012.

[3]张琼声, 蒋玉新, 李春华, 刘童璇.进程管理演示系统的设计与实现[J].计算机教育, 2009:144-148.

线性表动态演示系统的设计 第10篇

关键词：线性表,存储结构,算法,绘图

数据结构是介于数学、计算机硬件、软件之间的一门核心课程, 其任务是讨论现实世界中数据的各种逻辑结构、在计算机中的存储结构以及各种操作的实现等问题。其中, 线性表是一种最简单、最基本, 也是最常用的数据结构, 是学习者最先接触到的一种数据结构, 但由于初学者对线性表在内存中是如何存储的, 数据在计算机中是如何处理的, 都不是很明确, 所以刚开始学习该课程就产生了畏惧心理。因此, 开发一个线性表的动态演示系统是有必要的。

线性表动态演示系统主要包括顺序表和单链表两种存储结构, 通过演示为学生提供了形象生动、内容丰富、直观具体的感性认识材料, 使学生不再凭空想象, 有利于调动学生的学习积极性, 有利于培养学生的思维能力及解决问题的能力。本系统在Windows平台上采用Visual C++可视化编程工具进行开发, 具体方法如下。

1 主菜单设计

线性表动态演示系统的主菜单包含三个菜单项, 分别是“文件”菜单, “目录”菜单和“帮助”菜单。“文件”菜单含有一个“退出”子菜单。“目录”菜单有三个子菜单, 分别是线性表定义子菜单、顺序表子菜单和单链表子菜单。“帮助”菜单含有一个“用户使用说明”子菜单。

2 线性表定义

功能:描述了线性表的定义和特点。

绘图算法:每输出一行文字, 输出位置的Y轴坐标移动固定的值, 可以将多行文字显示在客户区。

3 顺序表

1) 顺序表存储结构

功能:描述了线性表的顺序存储结构并显示了线性表的顺序存储结构示意图。

绘图算法:每输出一行文字, 输出位置的Y轴坐标移动固定的值。

2) 顺序表插入数据演示

功能:将用户输入的数据元素插入到某个用户给定数据串序列的固定位置上。

算法:

(1) 顺序表插入算法:顺序表的插入位置不能小于0或大于顺序表元素的个数, 若插入位置不在此区间, 弹出插入位置错误警告。当插入位置大于顺序表的存储空间在该程序中就是屏幕能显示矩形的个数, 弹出错误警告。当参数输入正确时, 顺序表的插入算法是:首先把存储单元长度 (size) -1 (因为顺序表的存储单元是从0开始编号) 至插入位置 (i) 中的存储单元的数据元素依次后移一个存储单元, 然后把数据元素x插入到存储单元i中, 最后顺序表数据元素的个数加1。

(2) 绘图算法

在绘图过程中, 需要画一个顺序表, 在程序中顺序表的存储结构是用矩形表示的。首先获取用户输入的串序列的数据个数 (length) , 然后计算每个存储单元的长度即矩形的长度 (table) , 最后画一个长度为100+table× (length+2) 的矩形, 并将其分割成length+2个等份, 表示顺序表的存储单元。

3) 顺序表删除数据演示

功能:将用户输入删除位置上的数据从顺序表中删除的过程。

算法:

(1) 顺序表的删除算法

删除位置参数应该满足大于等于0且小于等于顺序表的长度减1, 当参数不在此区间时, 弹出参数输入错误警告。当参数输入正确时, 删除步骤是:首先把删除位置对应的存储单元的数据元素存放到一个变量中, 然后把插入位置对应的存储单元的后一个存储单元至顺序表长度-1存储单元的数据元素依次前移, 最后把顺序表数据元素的个数-1。

(2) 绘图算法

该模块的绘图算法和顺序表的插入算法类似, 在此就不在獒述。

4 单链表

1) 单链表的存储结构

功能:描述单链表的存储结构, 单链表的表示方法, 单链表的存储结构示意图。

绘图算法:每输出一行文字, 输出位置的Y轴坐标移动固定的值。

2) 单链表插入操作演示

功能:动态演示在单链表中插入一个数据元素的全过程。

算法描述:

(1) 向链表中插入数据元素的算法:要在带头结点的单链表数据元素ai (i大于等于0且小于链表的数据元素的个数) 结点前插入一个存放数据元素x的结点, 首先要在单链表中寻找到存放数据元素ai-1的结点并由指针p指示, 然后动态申请一个结点存储空间并由指针q指示, 并把数据元素x的值赋予新结点的数据元素域, 最后修改新结点的指针域指向数据元素ai结点, 并修改数据元素ai-1结点的指针域指向新结点q。

(2) 绘图算法:在 (50, 160) 的位置画一个矩形作为头结点。以后每隔50个像素画一个矩形作为链表的元素结点, 直到矩形的个数等于链表数据元素的个数。待插结点的x轴坐标是以插入位置结点x轴坐标作为基准的, y轴坐标为260。

3) 单链表删除操作演示

功能:用户输入要删除的位置, 系统就会将要删除位置的结点从链表中去掉。

算法:

(1) 从链表中删除数据元素的算法:要在带头结点的单链表中删除数据元素ai所在结点, 首先需要在单链表中寻找到存放数据元素ai-1的结点并由指针p指示, 然后让指针s指向被删结点, 并把数据元素ai的值赋予x, 最后删除ai所在结点, 并动态释放该结点的存储空间。

(2) 绘图算法:从 (50, 160) 的位置每隔50个像素依次绘制一个矩形, 直到矩形个数等于链表元素个数加1, 链表绘制完成。动态演示删除过程时, 用红色笔画线将待删元素位置的前一个矩形和待删元素位置的后一个矩形连接起来, 再用白色笔画线将原来待删位置与前一矩形之间的连线和待删位置与后一矩形之间的连线用白色笔重绘。

基于VC的线性表动态演示系统易用、灵活, 具有良好的安全性。由于采用了面向对象编程, 所以易于扩充。该系统界面友好、功能完善, 生成的算法图直观、正确, 为教学提供了有益的参考。

参考文献

[1]朱站立.数据结构[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2003, 1:256.

根据教学难点设计演示实验 第11篇

关键词：设计演示实验突破难点

物理学是以实验为基础的科学。实验始终是研究物理学的重要方法。正如杨振宁所说的：“物理本身是现象而不是推演。”在中学物理教学过程中，实验是重要的教学方法，课堂演示实验是应用较多的方式。教学大纲和教材中规定的演示实验，大多数是结合概念的引出和规律的验证而进行设计的。依据以上两点设计演示实验是完全必要的，通过演示实验可以指导学生观察和分析物理现象，获得生动的感性认识，从而更好的理解和掌握物理概念和定律。

一、用对比性实验，突破教学难点

物理规律或结论是物理现象的本质，是从大量的物理事实中概括出来的。俗话说：“有比较才有鉴别。”运用对比性实验，通过改变实验条件，把所研究的物理现象各个方面的特征揭示出来，或通过不同的实验把两个事物进行比较，使学生看到现象的本质，从而达到对概念规律的正确认识。

在必修一中讲“超重”和“失重”现象时，往往举坐电梯的例子。学生对这例子有亲身体会能够理解。但讲到物体对支持物的压力或对悬挂物的拉力等于零的这种状态，叫做“完全失重”状态，学生不易理解，成为教学的难点。这时可用一个简单的对比性实验突破教学难点。用两块砖夹住两段纸条，静止在讲桌上，请两位同学上台来，要求他们在不搬动砖的条件下，分别将纸条从两砖间拉出来。结果，两人都将纸条拉断。分析：当人用力向外拉纸条时，纸条正压力的大小等于上面砖的重力，纸条有向里的静摩擦力。在人的拉力和静摩擦力对纸条的共同作用下，纸条被拉断。接下来，教师用左手托住砖头，右手拉住右边剩下的纸条头，在砖头向下做自由落体运动的同时，用右手将纸条轻松拉出。调换右手托住砖头，左手将左边的纸条拉出。再请刚刚拉断过纸条的两位同学重做教师的演示。通过两次实验对比，再对实验进行解释：当两块砖夹住纸条相向做自由落体运动时他们之间的正压力为零，处于完全失重状态，砖与纸条间的摩擦力为零，故纸条在人的拉力作用下被拉出，纸条不会被拉断。这样，学生很快就理解了完全失重现象。

二、用针对性实验，突破教学难点

对中学生来讲，来自于日常生活的经历以及对事物和现象的认识不够全面，难以达成对事物的理性认识。那么，有针对性的设计一些实验就非常有必要。做到有的放矢。

电阻率是导体的重要特性。高中物理教材指出：“各种材料的电阻率都随温度而变化。金属电阻率随温度升高而增大，因此金属导体的电阻也随温度升高而增大。”学生对此缺乏感性认识，针对这一论述，可以设计一个展示电阻率随温度变化的演示实验，材料选铁和钨，因为它们的电阻率温度系数较大(铁α=0.0062／度，钨α=0.0051／度，铜α=0.0043／度)。方法如下，用万用表测电阻，直接显示加热时电阻的变化。取一段直径为0.5毫米，长为0.5米左右的细铁丝，密绕成螺线管状，固定在一个绝缘支架上。用万用表档R*I测其阻值，约为0.5Ω，酒精灯加热铁丝可达1000℃，其阻值增加到原来的几倍，表针明显向左偏转，说明铁的电阻率随温度升高而增大。

也可用金属钨(白炽灯丝)等来做这个实验，效果会更好。取一只“220V，100W”的白炽灯泡，用玻璃刀的棱角在其根部敲一个小洞，充入空气后，在沿根部用玻璃刀划圈后取下玻璃泡。留下螺口、支架及完好的灯丝(注：若直接敲碎玻璃泡，则爆炸时的灯丝极易断裂)。将取下的灯丝连同螺口旋入准备好的灯座上，用万用表档R*10测其电阻阻值约为50Ω。用酒精灯加热灯丝至“白炽”状态，阻值约为125Ω。如此简单的针对性实验，使学生获得了感性认识，再结合理论知识，帮助学生全面的认识事物。

三、用矛盾性实验，突破教学难点

在教学中恰当的设计一些与学生头脑中前科学概念相矛盾的实验，对纠正错误观念，建立正确的物理概念起着重要的作用。在平日里，同学们总是认为：只要是同一物体在没有外力作用的时候，在任何地方对地面的压力都相等，却没有分析它的运动状态。那么，物体在做圆周运动时对地面的压力是什么样的呢?提出这个阃题后用自制的“凸凹桥演示仪”进行演示。当小球静止的放在凸点时，小球能掉下来，但让小球从最高点滚到此处却能顺利通过。这说明小球以一定的速度通过凸点时对凸点的压力比静止时小。当小球静止的放在凹点时，能够安然无恙，但让小球从最高点滚到此处却掉下来了。这说明小球以一定的速度通过凹点时对凹点的压力比静止时大。学生从看到的结果中得到了答案，但与自己的想法发生了矛盾，这时再结合课本中所讲的实例对其进行分析使学生清楚地认识到：物体的受力情况与它的运动状态有关。还可以根据演示仪给出一些参数，让学生根据所学的圆周运动的知识求出凸点和凹点的压力的大小。这样既解决了学生思想上的矛盾也巩固了曲线运动的规律。

摄像机漫游演示系统的设计 第12篇

虚拟现实技术是一项综合集成技术, 包括图像处理与识别模式、人工智能技术、智能接口技术、计算机图形学等。九十年代初期逐渐为各界所关注, 并且进一步的发展。虚拟环境是通过计算机图形构成的三维数字模型, 输入到计算机中产生逼真的“虚拟环境”, 使用户在视觉上产生一种沉浸于虚拟环境的感觉。

用户的输入主要指键盘、鼠标等输入设备的输入, 经解释后将变成控制命令, 进行几何模型的加载、场景数据的管理、物体光照、不透明度、材质属性、以及视点方向、位置的设置等。

二、虚拟世界的构建

1、构造天空

为了给虚拟世界的室外场景添加一些真实感, 可以构造蓝天和白云, 这样会给人一种非常真实的沉浸感。本文通过天空盒技术实现的天空构造, 通过无缝的纹理可以达到真实感画面的效果。由于此方法简单但是效果好, 它广泛应用于3D游戏场景中。如图1所示。

2、构造地形

地形 (terrain) 技术研究的是如何在计算机中表示和显示物理地形, 它一直以来都是计算机图形学研究的热点。本文假定地面具有固定的大小, 即地形上的网格节点数是固定的。

地形的绘制主要绘制三角形网格, 为了能够渲染出地形的高低信息, 还需要反映地形高度信息的数据。

本文为了增加地面的真实感和细腻感, 使用了纹理映射的技术, 将一幅地面纹理映射到地面上。

3、摄像机

在现实生活中, 我们都是通过眼睛来观察所有的东西, 当物体移动时眼睛也跟着移动, 从而使周围的事物反映到大脑中, 达到漫游的效果。

摄像机最基本的操作功能无外乎移动与旋转。其中通过移动可以实现上下、左右、前后方向的移动, 可以简单的表示为x轴, y轴和z轴的移动。

4、静止房屋的创建

天空和地形只算是世界的“背景”, 为此在漫游演示系统中加入了一个静止的房屋, 来完成虚拟空间内“实物”的创建, 虚拟世界的模型实质上是顶点集。

通过天空盒、地形和房屋的绘制整个漫游系统就已基本完成, 最终效果如图2所示。

三、总结

本文展示了在3D环境中漫游的真实效果。在摄像机方向转换和移动方面展示了3D漫游的实现原理。具体做了以下几个内容:

1、研究了3D虚拟世界中较为真实的天空实现方法, 并通过天空盒实现了天空的真实感绘制。

2、研究了真度较高的地形绘制方法, 并且通过读取高度图, 计算高度网格的方法实现了地形的绘制。

3、通过VS2008完成了3D漫游演示系统的设计实现。