數(shù)字電路設(shè)計(jì)·仿真·測試內(nèi)容簡介

《數(shù)字電路設(shè)計(jì)·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(huì)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(gè)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和9個(gè)綜合設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中。主要內(nèi)容包括第l章“實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)”、第2章"Proteus仿真軟件快速入門”、第3章“數(shù)字電路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)”、第4章“數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”、第5章“VHDL語言基礎(chǔ)”、第6章“數(shù)字電路的CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)”。在教學(xué)過程中可按照基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)-設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)-綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)-EDA實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式.根據(jù)不同專業(yè)、不同層次學(xué)生的實(shí)驗(yàn)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(jì)·仿真·測試》內(nèi)容豐富，編排體系結(jié)構(gòu)新穎，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均含有基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)以設(shè)計(jì)、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(jì)與創(chuàng)新的全過程訓(xùn)練。

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

1 實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)

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(shí)時(shí)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(xiàng)

1.5 實(shí)驗(yàn)報(bào)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(shí)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(lì)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(shí)時(shí)仿真

2.5.2 實(shí)時(shí)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(shí)驗(yàn)

3.1 常用集成門電路實(shí)驗(yàn)

3.1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.1.3 預(yù)習(xí)要求

3.1.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.1.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.1.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.1.7 思考題

3.2 組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)（一）

3.2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.2.3 預(yù)習(xí)要求

3.2.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.2.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.2.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.2.7 思考題

3.3 組合邏輯電路實(shí)驗(yàn)（二）

3.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.3.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.3.3 預(yù)習(xí)要求

3.3.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.3.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.3.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.3.7 思考題

3.4 時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn)（一）

3.4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.4.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.4.3 預(yù)習(xí)要求

3.4.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.4.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.4.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.4.7 思考題

3.5 時(shí)序邏輯電路實(shí)驗(yàn)（二）

3.5.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.5.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.5.3 預(yù)習(xí)要求

3.5.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.5.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.5.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.5.7 思考題

3.6 555定時(shí)器實(shí)驗(yàn)

3.6.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.6.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.6.3 預(yù)習(xí)要求

3.6.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.6.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.6.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.6.7 思考題

3.7 D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)_

3.7.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.7.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.7.3 預(yù)習(xí)要求¨

3.7.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.7.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.7.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.7.7 思考題

3.8 A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)

3.8.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?

3.8.2 實(shí)驗(yàn)儀器及元器件

3.8.3 預(yù)習(xí)要求

3.8.4 實(shí)驗(yàn)原理

3.8.5 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.8.6 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求

3.8.7 思考題

4 數(shù)字電路綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

4.1 數(shù)字密碼鎖設(shè)計(jì)

4.1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

4.1.2 課題分析及設(shè)計(jì)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(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問題研究

4.2 十進(jìn)制數(shù)的動(dòng)態(tài)顯示電路設(shè)計(jì)

4.2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

4.2.2 課題分析及設(shè)計(jì)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(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問題研究

4.3 模M的十進(jìn)制加/減可逆計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)

4.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

4.3.2 課題分析及設(shè)計(jì)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(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問題研究

4.4 多功能數(shù)字鐘設(shè)計(jì)

4.4.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

4.4.2 課題分析及設(shè)計(jì)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(jì)、仿真及實(shí)驗(yàn)問題研究

4.5 多路搶答器設(shè)計(jì)

4.5.1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

4.5.2 課題分析及設(shè)計(jì)思路

……

5 VHDL語言基礎(chǔ)

6 數(shù)字電路的CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)

附錄

瑞利衰落產(chǎn)生失真

射頻信號在穿越大氣時(shí)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(shí)現(xiàn)方案可以降低一些難度太大和成本超高的測試試驗(yàn)的難度和成本。

在基站發(fā)射機(jī)和移動(dòng) ( 或固定 ) 接收機(jī)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(dòng)。這種現(xiàn)象通常被稱為衰落 (fading)，有時(shí)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(dá)接收機(jī)，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(jī)將在不同的到達(dá)時(shí)間“看到”該信號幅度不一的多個(gè)副本。還有，當(dāng)被局部實(shí)體反射或散射的時(shí)候，這個(gè)信號會(huì)產(chǎn)生相位偏移。隨著接收機(jī)的天線在空間中移動(dòng)，當(dāng)這些干涉小波在接收機(jī)端相互加強(qiáng)或減弱時(shí)，接收機(jī)將感受到信號強(qiáng)度的高峰和低谷。

瑞利衰落進(jìn)行測試

無線設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須在真實(shí)信道條件下對其設(shè)計(jì)進(jìn)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(jì)方法來表達(dá)當(dāng)電磁波遇到物理障礙時(shí)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(gè)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(jī)到接收機(jī)之間沒有強(qiáng)視距 （line-of-sight ） 路徑的情況。這個(gè)分布可以表達(dá)在一個(gè)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(gè)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(gè)反射路徑與一個(gè)強(qiáng)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(gè)效應(yīng)，會(huì)看到一個(gè)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(shí)的信號衰減將達(dá)到 20-30dB 。

瑞利衰落衰落裕度

對于設(shè)備設(shè)計(jì)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(jī)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(yùn)行的。在這個(gè)過程中，首先對將被衰落的信號進(jìn)行下行轉(zhuǎn)換或數(shù)字化，或兩者都進(jìn)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(dú)立于任何一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(shí)，結(jié)合虛擬儀器實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)（NIELVIS）的實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目編寫而成的?！稖y試技術(shù)與虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教程》反映了虛擬儀器技術(shù)在測試技術(shù)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)上的應(yīng)用情況，介紹了實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)理論、傳感器的基本知識(shí)、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基本原理和實(shí)驗(yàn)步驟。

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