数字电路设计·仿真·测试

1 实验基础知识

1.1 数字集成电路简介

1.1.1 概述

1.1.2 TTL集成电路

1.1.3 CMOS集成电路

1.2 数字集成电路型号命名规则

1.2.1 国内TTL、CMOS集成电路型号命名规则

1.2.2 国际TTL、CMOS集成电路型号命名规则

1.3 数字集成电路主要性能参数

1.3.1 直流电源电压

1.3.2 输入/输出逻辑电平

1.3.3 传输延时时间

1.3.4 输入/输出电流

1.3.5 功耗

1.4 数字集成电路使用注意事项

1.5 实验报告的基本要求

2 Proteus仿真软件快速入门

2.1 Proteus概述

2.2 电路原理图编辑

2.2.1 ProteusISIS编辑环境

2.2.2 ProteusISIS原理图输人

2.2.3 电路原理图编辑实例

2.3 ProteusISIS的库元件

2.3.1 库元件的分类

2.3.2 各子类介绍

2.4 Proteus中常用仪器简介

2.4.1 激励源

2.4.2 虚拟仪器

2.4.3 图表仿真工具

2.5 Proteus电路仿真方法

2.5.1 ProteusISIS实时仿真

2.5.2 实时仿真中的电路测量

2.5.3 基于数字图表的电路分析

3 数字电路基础实验

3.1 常用集成门电路实验

3.1.1 实验目的

3.1.2 实验仪器及元器件

3.1.3 预习要求

3.1.4 实验原理

3.1.5 基础性实验任务及要求

3.1.6 设计性实验任务及要求

3.1.7 思考题

3.2 组合逻辑电路实验（一）

3.2.1 实验目的

3.2.2 实验仪器及元器件

3.2.3 预习要求

3.2.4 实验原理

3.2.5 基础性实验任务及要求

3.2.6 设计性实验任务及要求

3.2.7 思考题

3.3 组合逻辑电路实验（二）

3.3.1 实验目的

3.3.2 实验仪器及元器件

3.3.3 预习要求

3.3.4 实验原理

3.3.5 基础性实验任务及要求

3.3.6 设计性实验任务及要求

3.3.7 思考题

3.4 时序逻辑电路实验（一）

3.4.1 实验目的

3.4.2 实验仪器及元器件

3.4.3 预习要求

3.4.4 实验原理

3.4.5 基础性实验任务及要求

3.4.6 设计性实验任务及要求

3.4.7 思考题

3.5 时序逻辑电路实验（二）

3.5.1 实验目的

3.5.2 实验仪器及元器件

3.5.3 预习要求

3.5.4 实验原理

3.5.5 基础性实验任务及要求

3.5.6 设计性实验任务及要求

3.5.7 思考题

3.6 555定时器实验

3.6.1 实验目的

3.6.2 实验仪器及元器件

3.6.3 预习要求

3.6.4 实验原理

3.6.5 基础性实验任务及要求

3.6.6 设计性实验任务及要求

3.6.7 思考题

3.7 D/A转换器实验_

3.7.1 实验目的

3.7.2 实验仪器及元器件

3.7.3 预习要求¨

3.7.4 实验原理

3.7.5 基础性实验任务及要求

3.7.6 设计性实验任务及要求

3.7.7 思考题

3.8 A/D转换器实验

3.8.1 实验目的

3.8.2 实验仪器及元器件

3.8.3 预习要求

3.8.4 实验原理

3.8.5 基础性实验任务及要求

3.8.6 设计性实验任务及要求

3.8.7 思考题

4 数字电路综合设计实验

4.1 数字密码锁设计

4.1.1 设计任务与要求

4.1.2 课题分析及设计思路

4.1.3 集成电路及元器件选择

4.1.4 原理图绘制与电路仿真

4.1.5 电路安装与调试

4.1.6 设计、仿真及实验问题研究

4.2 十进制数的动态显示电路设计

4.2.1 设计任务与要求

4.2.2 课题分析及设计思路

4.2.3 集成电路及元器件选择

4.2.4 原理图绘制与电路仿真

4.2.5 电路安装与调试

4.2.6 设计、仿真及实验问题研究

4.3 模M的十进制加/减可逆计数器设计

4.3.1 设计任务与要求

4.3.2 课题分析及设计思路

4.3.3 集成电路及元器件选择

4.3.4 原理图绘制与电路仿真

4.3.5 电路安装与调试

4.3.6 设计、仿真及实验问题研究

4.4 多功能数字钟设计

4.4.1 设计任务与要求

4.4.2 课题分析及设计思路

4.4.3 集成电路及元器件选择

4.4.4 原理图绘制与电路仿真

4.4.5 电路安装与调试

4.4.6 设计、仿真及实验问题研究

4.5 多路抢答器设计

4.5.1 设计任务与要求

4.5.2 课题分析及设计思路

……

5 VHDL语言基础

6 数字电路的CPLD/FPGA实现

附录

《数字电路设计·仿真·测试》是根据教育部高等学校电子信息科学与电气信息类基础课程教学指导分委员会制定的“数字电子技术基础”课程教学基本要求编写的。全书分为6章。按照学生的能力培养层次编排了8个基础实验项目和9个综合设计性课题.并将电路的软件仿真与可编程逻辑器件应用到具体的实验中。主要内容包括第l章“实验基础知识”、第2章"Proteus仿真软件快速入门”、第3章“数字电路基础实验”、第4章“数字电路综合设计实验”、第5章“VHDL语言基础”、第6章“数字电路的CPLD/FPGA实现”。在教学过程中可按照基础性实验-设计性实验-综合设计性实验-EDA实验的教学模式.根据不同专业、不同层次学生的实验教学要求，选择相关内容组织教学。

《数字电路设计·仿真·测试》内容丰富，编排体系结构新颖，基础实验项目均含有基础性实验和设计性实验；综合设计性实验以设计、仿真、测试为主线，保证了从基础到应用和综合，再到设计与创新的全过程训练。

《数字电路设计·仿真·测试》可作为高等学校本、专科学生的实验教材.适合不同专业、不同学时的数字电路实验或课程设计，也可供从事电子技术工作的工程技术人员参考。

瑞利衰落产生失真

射频信号在穿越大气时因受到空气和环境条件的损害 ( 包括多径散射效应 ) 而产生失真。采用信道仿真的新型数字实现方案可以降低一些难度太大和成本超高的测试试验的难度和成本。

在基站发射机和移动 ( 或固定 ) 接收机之间的通信质量取决于多种因素，其中包括信号传播信道的总体质量。由于空气吸收作用以及建筑物和树木的反射作用，信号在传播中的幅度和相位都将产生量值不定的波动。这种现象通常被称为衰落 (fading)，有时称为多径衰落 ( 一种特殊类型的衰落 ) ，或者更一般地称为信道损害 （impairment）。

瑞利衰落散射效应

由于反射、衍射和局部散射效应，从基站发出的信号可能经不同的路径到达接收机，因而产生了多径衰落。不同的路径具有不同的长度，这使得接收机将在不同的到达时间“看到”该信号幅度不一的多个副本。还有，当被局部实体反射或散射的时候，这个信号会产生相位偏移。随着接收机的天线在空间中移动，当这些干涉小波在接收机端相互加强或减弱时，接收机将感受到信号强度的高峰和低谷。

瑞利衰落进行测试

无线设备设计人员必须在真实信道条件下对其设计进行测试。信道损害可以依靠模仿衰落信道响应的数学模型模拟出来。这些模型使用统计方法来表达当电磁波遇到物理障碍时将发生的变化，包括瑞利衰落、 Rician 衰落和铃木衰落。瑞利衰落是一个用来描述信道传播规律的数学分布，适用于在从发射机到接收机之间没有强视距 （line-of-sight ） 路径的情况。这个分布可以表达在一个繁忙的城市街道上看到的信道条件，这种情况下基站被隐藏在几个街区之外的建筑物背后。在乡村环境中，多径衰落模型由几个反射路径与一个强视距路径组合而成，其频谱功率遵循 Rician分布。直接射束和多径射束的能量之比被称为 K 系数。如果在频域观察这个效应，会看到一个功率毛刺，其幅度由K系数决定。铃木衰落把来自多路径的小幅度衰落叠加在反射和散射造成的大幅度衰落之上。大幅度衰落遵循对数正态分布，小幅度衰落遵循瑞利分布。虽然来自遮蔽和大幅度反射的平均路径损失呈正态 ( 高斯 ) 分布，信号衰减的典型值为 6-10 dB ，但在非视距小幅度衰落的最坏情况下，多径各部分完全反相而发生最深度衰落，此时的信号衰减将达到 20-30dB 。

瑞利衰落衰落裕度

对于设备设计者而言，这意味着在链接预算中必须提供足够的“衰落裕度”。为了能够承受 40-50dB 以上的深度衰落，系统必须具有足够高的信号发射功率或者足够高的接收机灵敏度。

信道仿真方法是在射频输入、射频输出的基础上或在模拟 I/Q 输入、射频输出的基础上运行的。在这个过程中，首先对将被衰落的信号进行下行转换或数字化，或两者都进行。然后把衰落仿真信号加入到数字信号中，再把其结果上行转换回射频信号。这样，就加入了附带噪声的白色高斯噪声 （AWGN）。由于 AWGN 独立于任何一个多径信道响应，故噪声必须同衰落仿真信号分开。

《测试技术与虚拟仿真实验教程》是综合传感器与测试技术、虚拟仪器技术等方面的基础知识，结合虚拟仪器实验教学平台（NIELVIS）的实验教学项目编写而成的。《测试技术与虚拟仿真实验教程》反映了虚拟仪器技术在测试技术类课程实验教学上的应用情况，介绍了实验的基础理论、传感器的基本知识、实验项目的基本原理和实验步骤。

《测试技术与虚拟仿真实验教程》可作为高等学校动力机械类专业测试技术、传感器与测试技术课程的实验教材或参考用书。