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单片机远程云端硬件创新实验平台
一、概述：
STC是宏晶科技自主生产的一款单时钟/机器周期(1T)的单片机；是高速/低功耗/抗干扰的新一代增强型 8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快。本远程云端硬件板卡选用STC的8051系列的IAP15W4K58S4 的芯片，市场占有率最高，参考资料和使用人群众多，采用MCS-51指令集，其汇编指令有所精简，能够让初学者相对快速的了解运算处理器汇编指令的功能、结构与计算机体系结构之间的关系。
目前云端虚拟实验按实现功能可分为3类 ，第一类完全模拟运行，不能完全响应国家级虚拟示范实验内容中强调：能实不虚的要求；第二类有硬件数据共享，但存在不足：灵活性不够，单向的给予反馈；第三类虚实结合，且除了实验仪器实验数据的共享之外,还可实现客户端对实验设备的远程控制，远程云端硬件平台属于第三类，且做到不受时空限制，随时随地随心进行硬件描述语言的编程训练，而且解放实验管理人员，建议最好放到学校机房。
总之，学习和掌握采用STC单片机研发产品的思想、知识、经验和技能，这是硬件研发工程师的基本技能，也是学习32位和64位SOC芯片的基础。
二、主要组成
1、基于云端的硬件实验平台架构
图1基于云端的硬件实验平台架构
2、硬件组成
（1）远程接入设备
远程接入设备机箱如图2所示，远程监控系统界面如图3所示：
图2远程接入设备机箱
图3远程监控系统界面
采用标准的3U机箱设计、标准输入电源规格220V，50-60Hz；机箱配备1A保险保障安全；装配有12个插槽的底板、1块电源板卡（5V-10A）、风扇以及相关安全检测、控制模块等。具体功能如下：
1、温度监测：
2、功耗控制
3、板卡在线监测：
4、短路保护
（2）远程云端硬件设备单元
硬件设备单元采用板卡的形式（如图4所示），通过LAN接口连接到远程实验接入设备的服务器上。设备单元采用ARM+FPGA的核心硬件方案， 其中ARM解析服务器软件下发的命令，并负责下载FPGA程序、设置FPGA管脚输入状态以及采样输出管脚状态。
图4硬件设备单元
图5数据中心服务器
（3）数据中心
数据中心采用服务器实现（如图5所示），负责管理多个FPGA硬件设备单元并运行服务器软件，实现学生登陆管理、动态分配FPGA硬件设备、程序提交与下载、记录学生操作记录等。并将请求和操作以指令的形式发送到FPGA硬件设备单元。
3、软件组成
软件为B/S架构，分为学生入口和教师入口两部分。
（1）学生端软件
学生端登录界面如图6所示，运行界面如图7所示。
图6学生端登录界面
图7学生端运行界面
学生端软件主要功能如下：
（1）提供学生登陆入口
（2）信息公告、教学课件、实验列表、实验面板、作业上传；
（3）客服、信息提示、硬件设备连接提示、以及操作者的信息。
（4） 实验面板为主要操作区域，详细功能如下：
1）FPGA烧写
2）运行实验
3）清空面板
4）面板设置：面板高度、画布偏移、缩放系数等参数功能
5）导入实验
6）导出实验
7）分享实验：支持QQ、微博、微信
8）隐藏器件面板功能
9）器件面板：
①基础器件界面：包含位输入、脉冲输入、时钟输入、多位输入、位输出、多位输出、频率测量输出
②实物器件界面：包含LED灯、按键、拨码开关、蜂鸣器、数码管、4位数码管、8*8点阵、16*16点阵、1602液晶屏、12864液晶屏、步进电机、直流电机、扬声器、麦克风，实物器件如图8所示：
图8实物器件界面
③逻辑器件界面：包含基本管脚、多管脚、自定义管脚、内存探针、逻辑分析仪、串口调试助手、网络调试助手、内存调试助手，逻辑器件界面如图9所示。
图9逻辑器件界面
④其它界面：文字、图片、跳转框
利用跳转框功能，可以把复杂逻辑器件功能不断进行拆解，达到最小单元，其他运行界面如图10所示。
图10其他运行界面
图片文字添加：选择需要添加的内容类型，向左侧拖拽至实验面板，如图11所示。
图11图片添加运行界面
选择需要添加的图片，点击打开，即可在实验图纸中显示该图。选中图片右键单击可以更改图纸大小等，添加图片后的界面如图12所示。
图12图片添加运行界面
2、教师端软件
教师端登录界面如图13所示，运行界面如图14所示。
图13教师端登录界面
图14教师端运行界面
教师端软件提供了登录、学生信息监控、学生操作记录监控、实验管理、FPGA板卡连接状态监控、学生实时操作信息监控等功能。
三、功能特点
1）课堂示范教学
利用远程云端硬件平台很方便老师在讲解例程时，通过编写每行代码并且编译运行，远程可以把文件下载到真实的芯片中，并且运行后看到程序运行的实验结果。
改变以前只能满堂灌去讲解每段编写程序的作用，只能靠学生想象运行的现象。
2）不受时空的约束
无论老师还是学生，只要想登陆平台，随时随地都可以开展教学活动，学生随时可以验证自己编程实验的结果，老师随时都可以检查学生实验状况，做到即时反馈与指导。
3）应对突发事件
在我们教学过程中，偶尔会遇到一些突发事件，通过远程云端硬件实验平台可以给学生一个实验训练不间断的平台，不影响学生的正常教学活动。
4）面向多课程体系
C语言、单片机相关课程体系、接口技术等