數(shù)字電路設(shè)計·仿真·測試目錄

1 實驗基礎(chǔ)知識

1.1 數(shù)字集成電路簡介

1.1.1 概述

1.1.2 TTL集成電路

1.1.3 CMOS集成電路

1.2 數(shù)字集成電路型號命名規(guī)則

1.2.1 國內(nèi)TTL、CMOS集成電路型號命名規(guī)則

1.2.2 國際TTL、CMOS集成電路型號命名規(guī)則

1.3 數(shù)字集成電路主要性能參數(shù)

1.3.1 直流電源電壓

1.3.2 輸入/輸出邏輯電平

1.3.3 傳輸延時時間

1.3.4 輸入/輸出電流

1.3.5 功耗

1.4 數(shù)字集成電路使用注意事項

1.5 實驗報告的基本要求

2 Proteus仿真軟件快速入門

2.1 Proteus概述

2.2 電路原理圖編輯

2.2.1 ProteusISIS編輯環(huán)境

2.2.2 ProteusISIS原理圖輸人

2.2.3 電路原理圖編輯實例

2.3 ProteusISIS的庫元件

2.3.1 庫元件的分類

2.3.2 各子類介紹

2.4 Proteus中常用儀器簡介

2.4.1 激勵源

2.4.2 虛擬儀器

2.4.3 圖表仿真工具

2.5 Proteus電路仿真方法

2.5.1 ProteusISIS實時仿真

2.5.2 實時仿真中的電路測量

2.5.3 基于數(shù)字圖表的電路分析

3 數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗

3.1 常用集成門電路實驗

3.1.1 實驗?zāi)康?

3.1.2 實驗儀器及元器件

3.1.3 預(yù)習(xí)要求

3.1.4 實驗原理

3.1.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.1.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.1.7 思考題

3.2 組合邏輯電路實驗（一）

3.2.1 實驗?zāi)康?

3.2.2 實驗儀器及元器件

3.2.3 預(yù)習(xí)要求

3.2.4 實驗原理

3.2.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.2.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.2.7 思考題

3.3 組合邏輯電路實驗（二）

3.3.1 實驗?zāi)康?

3.3.2 實驗儀器及元器件

3.3.3 預(yù)習(xí)要求

3.3.4 實驗原理

3.3.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.3.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.3.7 思考題

3.4 時序邏輯電路實驗（一）

3.4.1 實驗?zāi)康?

3.4.2 實驗儀器及元器件

3.4.3 預(yù)習(xí)要求

3.4.4 實驗原理

3.4.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.4.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.4.7 思考題

3.5 時序邏輯電路實驗（二）

3.5.1 實驗?zāi)康?

3.5.2 實驗儀器及元器件

3.5.3 預(yù)習(xí)要求

3.5.4 實驗原理

3.5.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.5.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.5.7 思考題

3.6 555定時器實驗

3.6.1 實驗?zāi)康?

3.6.2 實驗儀器及元器件

3.6.3 預(yù)習(xí)要求

3.6.4 實驗原理

3.6.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.6.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.6.7 思考題

3.7 D/A轉(zhuǎn)換器實驗_

3.7.1 實驗?zāi)康?

3.7.2 實驗儀器及元器件

3.7.3 預(yù)習(xí)要求¨

3.7.4 實驗原理

3.7.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.7.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.7.7 思考題

3.8 A/D轉(zhuǎn)換器實驗

3.8.1 實驗?zāi)康?

3.8.2 實驗儀器及元器件

3.8.3 預(yù)習(xí)要求

3.8.4 實驗原理

3.8.5 基礎(chǔ)性實驗任務(wù)及要求

3.8.6 設(shè)計性實驗任務(wù)及要求

3.8.7 思考題

4 數(shù)字電路綜合設(shè)計實驗

4.1 數(shù)字密碼鎖設(shè)計

4.1.1 設(shè)計任務(wù)與要求

4.1.2 課題分析及設(shè)計思路

4.1.3 集成電路及元器件選擇

4.1.4 原理圖繪制與電路仿真

4.1.5 電路安裝與調(diào)試

4.1.6 設(shè)計、仿真及實驗問題研究

4.2 十進制數(shù)的動態(tài)顯示電路設(shè)計

4.2.1 設(shè)計任務(wù)與要求

4.2.2 課題分析及設(shè)計思路

4.2.3 集成電路及元器件選擇

4.2.4 原理圖繪制與電路仿真

4.2.5 電路安裝與調(diào)試

4.2.6 設(shè)計、仿真及實驗問題研究

4.3 模M的十進制加/減可逆計數(shù)器設(shè)計

4.3.1 設(shè)計任務(wù)與要求

4.3.2 課題分析及設(shè)計思路

4.3.3 集成電路及元器件選擇

4.3.4 原理圖繪制與電路仿真

4.3.5 電路安裝與調(diào)試

4.3.6 設(shè)計、仿真及實驗問題研究

4.4 多功能數(shù)字鐘設(shè)計

4.4.1 設(shè)計任務(wù)與要求

4.4.2 課題分析及設(shè)計思路

4.4.3 集成電路及元器件選擇

4.4.4 原理圖繪制與電路仿真

4.4.5 電路安裝與調(diào)試

4.4.6 設(shè)計、仿真及實驗問題研究

4.5 多路搶答器設(shè)計

4.5.1 設(shè)計任務(wù)與要求

4.5.2 課題分析及設(shè)計思路

……

5 VHDL語言基礎(chǔ)

6 數(shù)字電路的CPLD/FPGA實現(xiàn)

附錄

《數(shù)字電路設(shè)計·仿真·測試》是根據(jù)教育部高等學(xué)校電子信息科學(xué)與電氣信息類基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)分委員會制定的“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程教學(xué)基本要求編寫的。全書分為6章。按照學(xué)生的能力培養(yǎng)層次編排了8個基礎(chǔ)實驗項目和9個綜合設(shè)計性課題.并將電路的軟件仿真與可編程邏輯器件應(yīng)用到具體的實驗中。主要內(nèi)容包括第l章“實驗基礎(chǔ)知識”、第2章"Proteus仿真軟件快速入門”、第3章“數(shù)字電路基礎(chǔ)實驗”、第4章“數(shù)字電路綜合設(shè)計實驗”、第5章“VHDL語言基礎(chǔ)”、第6章“數(shù)字電路的CPLD/FPGA實現(xiàn)”。在教學(xué)過程中可按照基礎(chǔ)性實驗-設(shè)計性實驗-綜合設(shè)計性實驗-EDA實驗的教學(xué)模式.根據(jù)不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的實驗教學(xué)要求，選擇相關(guān)內(nèi)容組織教學(xué)。

《數(shù)字電路設(shè)計·仿真·測試》內(nèi)容豐富，編排體系結(jié)構(gòu)新穎，基礎(chǔ)實驗項目均含有基礎(chǔ)性實驗和設(shè)計性實驗；綜合設(shè)計性實驗以設(shè)計、仿真、測試為主線，保證了從基礎(chǔ)到應(yīng)用和綜合，再到設(shè)計與創(chuàng)新的全過程訓(xùn)練。

《數(shù)字電路設(shè)計·仿真·測試》可作為高等學(xué)校本、專科學(xué)生的實驗教材.適合不同專業(yè)、不同學(xué)時的數(shù)字電路實驗或課程設(shè)計，也可供從事電子技術(shù)工作的工程技術(shù)人員參考。

瑞利衰落產(chǎn)生失真

射頻信號在穿越大氣時因受到空氣和環(huán)境條件的損害 ( 包括多徑散射效應(yīng) ) 而產(chǎn)生失真。采用信道仿真的新型數(shù)字實現(xiàn)方案可以降低一些難度太大和成本超高的測試試驗的難度和成本。

在基站發(fā)射機和移動 ( 或固定 ) 接收機之間的通信質(zhì)量取決于多種因素，其中包括信號傳播信道的總體質(zhì)量。由于空氣吸收作用以及建筑物和樹木的反射作用，信號在傳播中的幅度和相位都將產(chǎn)生量值不定的波動。這種現(xiàn)象通常被稱為衰落 (fading)，有時稱為多徑衰落 ( 一種特殊類型的衰落 ) ，或者更一般地稱為信道損害 （impairment）。

瑞利衰落散射效應(yīng)

由于反射、衍射和局部散射效應(yīng)，從基站發(fā)出的信號可能經(jīng)不同的路徑到達接收機，因而產(chǎn)生了多徑衰落。不同的路徑具有不同的長度，這使得接收機將在不同的到達時間“看到”該信號幅度不一的多個副本。還有，當(dāng)被局部實體反射或散射的時候，這個信號會產(chǎn)生相位偏移。隨著接收機的天線在空間中移動，當(dāng)這些干涉小波在接收機端相互加強或減弱時，接收機將感受到信號強度的高峰和低谷。

瑞利衰落進行測試

無線設(shè)備設(shè)計人員必須在真實信道條件下對其設(shè)計進行測試。信道損害可以依靠模仿衰落信道響應(yīng)的數(shù)學(xué)模型模擬出來。這些模型使用統(tǒng)計方法來表達當(dāng)電磁波遇到物理障礙時將發(fā)生的變化，包括瑞利衰落、 Rician 衰落和鈴木衰落。瑞利衰落是一個用來描述信道傳播規(guī)律的數(shù)學(xué)分布，適用于在從發(fā)射機到接收機之間沒有強視距 （line-of-sight ） 路徑的情況。這個分布可以表達在一個繁忙的城市街道上看到的信道條件，這種情況下基站被隱藏在幾個街區(qū)之外的建筑物背后。在鄉(xiāng)村環(huán)境中，多徑衰落模型由幾個反射路徑與一個強視距路徑組合而成，其頻譜功率遵循 Rician分布。直接射束和多徑射束的能量之比被稱為 K 系數(shù)。如果在頻域觀察這個效應(yīng)，會看到一個功率毛刺，其幅度由K系數(shù)決定。鈴木衰落把來自多路徑的小幅度衰落疊加在反射和散射造成的大幅度衰落之上。大幅度衰落遵循對數(shù)正態(tài)分布，小幅度衰落遵循瑞利分布。雖然來自遮蔽和大幅度反射的平均路徑損失呈正態(tài) ( 高斯 ) 分布，信號衰減的典型值為 6-10 dB ，但在非視距小幅度衰落的最壞情況下，多徑各部分完全反相而發(fā)生最深度衰落，此時的信號衰減將達到 20-30dB 。

瑞利衰落衰落裕度

對于設(shè)備設(shè)計者而言，這意味著在鏈接預(yù)算中必須提供足夠的“衰落裕度”。為了能夠承受 40-50dB 以上的深度衰落，系統(tǒng)必須具有足夠高的信號發(fā)射功率或者足夠高的接收機靈敏度。

信道仿真方法是在射頻輸入、射頻輸出的基礎(chǔ)上或在模擬 I/Q 輸入、射頻輸出的基礎(chǔ)上運行的。在這個過程中，首先對將被衰落的信號進行下行轉(zhuǎn)換或數(shù)字化，或兩者都進行。然后把衰落仿真信號加入到數(shù)字信號中，再把其結(jié)果上行轉(zhuǎn)換回射頻信號。這樣，就加入了附帶噪聲的白色高斯噪聲 （AWGN）。由于 AWGN 獨立于任何一個多徑信道響應(yīng)，故噪聲必須同衰落仿真信號分開。

《測試技術(shù)與虛擬仿真實驗教程》是綜合傳感器與測試技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)等方面的基礎(chǔ)知識，結(jié)合虛擬儀器實驗教學(xué)平臺（NIELVIS）的實驗教學(xué)項目編寫而成的?！稖y試技術(shù)與虛擬仿真實驗教程》反映了虛擬儀器技術(shù)在測試技術(shù)類課程實驗教學(xué)上的應(yīng)用情況，介紹了實驗的基礎(chǔ)理論、傳感器的基本知識、實驗項目的基本原理和實驗步驟。

《測試技術(shù)與虛擬仿真實驗教程》可作為高等學(xué)校動力機械類專業(yè)測試技術(shù)、傳感器與測試技術(shù)課程的實驗教材或參考用書。