【文章內(nèi)容簡介】 框圖。 圖 3 ( a) 是初始狀態(tài) 。 圖 3 ( b) 為第一個移位時鐘脈沖加入后各級的變化 狀態(tài) 。 圖 3 ( c) 、 ( d) 是第二、三個移位時鐘脈沖加入后各級移位寄存器狀態(tài)右移的情況。以后移位時鐘脈沖加入后 ,各級狀態(tài)以此右移 。 4 級移位寄存器 , 每 1 級輸出均有 15 個狀態(tài) , 到了第 16 個狀態(tài)便開始重復(fù)。推廣到 n級反饋式移位寄存器 ,在反饋線取得合適時 ,可得到最大長度信號。其長度 N 為 N = 2 n 1若移位時鐘脈沖周期為Δ t , 則偽隨機信號的周期 T 為 T = NΔ t 圖 2 n 級移位寄存器 表 1 模 2相加真值表 13 圖 1 偽隨機信號 x ( t) 與隨機二進制信號 y ( t) 圖 3 4 級偽隨機信號產(chǎn)生的邏輯框圖 按照圖 2 所示邏輯框圖 ,得到 N 較大的信號是很麻煩的。而用遞推法卻簡單得多 ,它是由給定的任意 n 個初始狀態(tài) ,以及反饋級數(shù) k 遞推出偽隨機信號的所有狀態(tài) ,遞推公式為 Qr = Qr k 221。 Qr n 式中 Qr 表示偽隨機信號的某一位狀態(tài) 。Qr k 表示從 Qr 1 開始 ,倒數(shù) k 位對 14 應(yīng)的狀態(tài) 。Qr n 表示從 Qr 1 開始 ,倒數(shù) n 位對應(yīng)的狀態(tài)。遞推前 ,給定 n 位初始狀態(tài) ,則第 n + 1 位初始狀態(tài) Qn+1 , 等于從 Qn 開始倒數(shù) k 位對應(yīng)的狀態(tài)Qn+1 k 與從 Qn 開始倒數(shù) n 位對應(yīng)的狀態(tài) Qn+1 n 模 2 相加。第 n + 2 位狀態(tài) Qn+2 ,等于從 Qn+1 開始倒數(shù) k 位對應(yīng)的狀態(tài) Qn+2 k 與從 Qn+1 開始倒數(shù) n 位對應(yīng)的狀態(tài) Qn+2 n 模 2 相加。以此類推 ,可得出整個周期的偽隨機信號。 用遞推公式產(chǎn)生的偽隨機信號 , 在數(shù)字計算機 上可以用軟件來實現(xiàn)。 m 序列碼發(fā)生器 m 序列碼也稱偽隨機序列碼，其主要特點是： （ 1）每個周期中，“ 1”碼出現(xiàn) 2n1 次，“ 0”碼出現(xiàn) 2n11 次，即 0、 1出現(xiàn)概率幾乎相等。（ 2）序列中連 1的數(shù)目是 n，連 0的數(shù)目是 n1。 （ 3）分布無規(guī)律，具有與白噪聲相似的偽隨機特性。 由于具有這些特點， m 序列碼在通信、雷達、系統(tǒng)可靠性測試等方面獲得了廣泛地應(yīng)用。 m序列碼發(fā)生器是一種反饋移位型結(jié)構(gòu)的電路，它由 n位移位寄存器加異或反饋網(wǎng)絡(luò)組成，其序列長度 M＝ 2n1，只有一個多余狀態(tài)即全 0狀態(tài)，所以稱為最大線性序列碼發(fā)生器。由于其結(jié)構(gòu)已定型，且反饋函數(shù)和連接形式都有一定的規(guī)律，因此利用查表的方式就可以設(shè)計出 m序列碼。列出部分 m序列碼的反饋函數(shù) F 和移存器位數(shù) n的對應(yīng)關(guān)系。如果給定一個序列信號長度 M，則根據(jù) M＝ 2n1求出 n，由 n查表便可以得到相應(yīng)的反饋函數(shù) F。 例如，要產(chǎn)生 M=7 的 m 序列碼，首先根據(jù) M=2n1，確定 n=3， 再查表可得反饋函數(shù) (即 74LS194 的 )。 但由于電路處于全 0 狀態(tài)時， F=0，故采用此方法設(shè)計的 m序列發(fā)生器不具有自啟動特性。為了使電路具有自啟動特性可以采取兩種方法： (1)在反饋方程中加全 0 校正項 Q1Q2Q3, F=Q1⊕ Q3+Q1Q2Q3=Q1⊕ Q2 +Q1+Q2+Q3，其邏輯電路如圖 (a)所示。 M序列反饋函 數(shù)表 n M=2n1 反饋函數(shù) F 15 1 1 1 2 3 1,2 3 7 1， 3或 2， 3 4 15 4， 3 5 31 5， 3 6 63 6， 5 7 127 7， 6 8 225 8， 6， 5， 4 9 511 9,5 10 10232 10,7 11 2047 11,9 12 4095 12,11,8,6 13 8191 13,12,10， 9 14 16383 14,13,11,9 15 32767 15,14 16 65535 16， 14,13,11 17 131071 17,14 18 262143 18,17,16,13, 19 52287 19,18,17,14 20 1048575 20,17 21 2097151 21,19 22 4194303 22,21 23 8388607 23,18 24 16777215 24,23,21,20 注：反饋函數(shù) F 可由本原多項式求得，每級 F 可有一種或多種。 16 Q 0 Q 1 Q 2 Q 3S 0S 1D 3D 1CP74 LS 194D 2D 0Q 1 Q 2 Q 3 Q 4Z1C rSR清 0Q 0 Q 1 Q 2 Q 3S 1S 0D 3D 1CP74 LS 194D 2D 0Q 1 Q 2 Q 3 Q 4C rS R清 0ZCP1（ a ） （ b ）1CP 1?Y1￡? 1?Y 11￡? 1?Y 1 圖 11 M=7的 m (a) 加全 0 校正項； (b) 利用全 0 狀態(tài)置數(shù) (2) 利用全 0 狀態(tài)重新置數(shù)，從而實現(xiàn)自啟動， 其邏輯電路如圖 (b)所示該電路輸出的 m 序列碼為 0011101。 m 序列的性質(zhì) 均衡特性 在 m 序列的一個周期中， 1 和 0 的數(shù)目基本相等。準確的說， 1 的個數(shù)比 0的個數(shù)多一個。 游程特性 把一個序列中取值相同的那些連在一起的元素合稱為一個“游程”。在一個游程中元素的個數(shù)稱為游程長度。例如產(chǎn)生的 m 序列的一個周期為 1000 1100 1110 1111 0111 1011 0101 1010 1101 0110 0011 1001 0100 0010 0001。在這一個周期中，共有 8 個游程，其中長度為 4 的游程有一個，即 1111；長度為 3 的有一個，即 000；長度為 2的有兩個，即 11 和 00；長度為 1的游程有 4 個，即單1和單 0。一般來說，在 m序列中，長度為 1的游程占游程總數(shù)的 1/2，長度為 2的游程占游程總數(shù)的 1/4，長度為 3 的游程占游程總數(shù)的 1/8??。長度為 k的游程數(shù)目占游程總數(shù)的 2?‐ k，其中 1≤ k≤ n1（ n 為寄存器數(shù)目）。 17 移位相加性 一個 m序列 M，與其經(jīng)任意次延時移位產(chǎn)生的另一個不同序列 M2模 2相加，得到的序列任 然是這 m 序列的某個移位序列。 相關(guān)特性 令 xi為某時刻的 m 序列，而 xx+j為該序列的 j次移位后的序列，則自相關(guān)值可以通過公式計算： R(j)= (AD)/n ① 其中， A是 xi和 xi+j模 2 加后為 0 的數(shù)目， D 是 xi和 xi+j模 2加后為 1的數(shù)目。由 m 序列的延時相加特性可知， xi和 xi+j模 2 加后仍是 m 序列的一個元素，所以上式①的分子就等于 m 序列一個周期中 0 的數(shù)目與 1的數(shù)目之差。又由 m序列均衡性可知， m 序列一周期中 0的數(shù)目比 1的數(shù)目少一 個，因此分子就為 ，很顯然相關(guān)函數(shù)為： 1， j=0 R（ j） ={ 1/m ， j=1,2? ， m1 偽隨機特性 由于 m序列的均衡特性、游程特性，而且自相關(guān)函數(shù)為一沖激函數(shù)，這都與白噪聲特性相似。 18 3 m 序列生成單元的電路設(shè)計 圖 12 改進型簡單線性碼序列發(fā)生器 系統(tǒng)組成 系統(tǒng)主要由兩部分組成：一部分是組成主電路的移位寄存器（由八個 D 觸發(fā)器串接而成）；另一部分反饋電路由異或門組成。系統(tǒng)正 常工作時，這兩部分共同產(chǎn)生 m 序列，并且將需要反饋的某級的輸出端，通過異或，將信號輸送到第一級的輸入端。每來一個時鐘信號，輸出數(shù)據(jù)向左移移移位。通過這些數(shù)據(jù)的位移，可以總結(jié)出規(guī)律性的變化。 m 序列發(fā)生器 根據(jù)移位寄存器的結(jié)構(gòu)可以知道，其由若干個 D 觸發(fā)器構(gòu)成。如果對每一個觸發(fā)器進行描述的話，那么程序就會冗長，對程序的運行速度有一定的影響， 特別是多級移位寄存器來說。因此，就必須事先在庫中建好，一遍隨時調(diào)用。所以，就采取用 COMPONENT 語句來描述，這樣就減短程序的長度。 例如： COMPONENT dff PORT(d,clk:IN STD_LOGIC。 q:OUT STD_LOGIC)。 END COMPONENT。 在構(gòu)造體的結(jié)構(gòu)描述中， COMPONENT 語句是基本的描述語句。該語句指 19 定了本構(gòu)造體中所調(diào)用的是哪一個現(xiàn)成的邏輯描述模塊。因此，只要用COMPONENT 語句調(diào)用就行了，無需在構(gòu)造體中再對這些門電路進行定義和描述。 對于多級移位寄存器來說，要產(chǎn)生多個相同的寄存器，如果用傳統(tǒng)方法，那么程序就會很長。因此可以采用 GENERATE 語句 來進行描述，這樣就可以使程序變得簡短。 例如： gl:FOR i IN 0 to 6 GENERATE dffx:dff PORT MAP(Z(i),clk,z(i+1))。 END GENERATE 。 GENERATE 語句用來產(chǎn)生多個相同的結(jié)構(gòu)，它有 FORGENERATE 和IFGENERATE 兩種形式，但常用的是 FORGENERATE。 在 FORGENERATE 結(jié)構(gòu)中所列舉的是并發(fā)處理語句。 COMPONENT_INSTANT 語句是結(jié)構(gòu)化描述中不可缺少的一個基本語句 。該語句將現(xiàn)成元件的端口信號映射成高層次設(shè)計電路中的信號。這里有兩種映射方法：位置映射和名稱映射。本程序采用的是名稱映射。 所謂名稱映射，就是將已經(jīng)存于庫中的現(xiàn)成模塊的各端口名稱賦予設(shè)計中模塊的信號名。 例如： dffx:dff PORT MAP(Z(i),clk,z(i+1)) 程序方框圖 設(shè)置初始值 20 N Y N Y N Y 4 設(shè)計中用的各模塊介紹 序列信號發(fā)生器原理 序列信號發(fā)生器是能夠循環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號的時序電路，它可以用寄存器或計數(shù)器構(gòu)成。序列信號的種類很多，按照序列循環(huán)長度 M和觸發(fā)器數(shù)目n的關(guān)系一般可分為三種： （ 1） 最大循環(huán)長度序列碼， M＝ 2n。 （ 2） 最大線性序列碼（ m序列碼）， M=2n－ 1。 （ 3） 任意循環(huán)長度序列碼， M＜ 2n。 序列信號發(fā)生器的設(shè)計 通常在許多情況下，要求按照給定的序列信號來設(shè)計序列信號發(fā)生器。序列信號發(fā)生器一般有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是反饋移位型，另一種是計數(shù)型。 是否上升沿 ? 時鐘檢測 Rest=1? Z=00000000？ 計算 Z(0)的值（模 2 加） Z（ 0） =‘ 1’ 寄存器移位輸出 m 序列的一位 21 反饋移位型序列信號發(fā)生器 反饋移位型序列碼發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖如圖所示，它由移位寄存器和組合反饋網(wǎng)絡(luò)組成，從移存器的某一輸出端可以得到周期性的序列碼。其設(shè)計按以下步驟進行： （ 1）根據(jù)給定序列信號的循環(huán)長度 M，確定移存器位數(shù) n， 2n1＜ M≤ 2n。 （ 2）確定移位寄存器的 M個獨立狀態(tài)。 將給定的序列碼按照移位規(guī)律 n 位一組，劃分位 M 個狀態(tài)。若 M個狀態(tài)中出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，則應(yīng)增加移存器位數(shù) 。用 n+1 位再重復(fù)上述過程，直到劃分為 M個獨立狀態(tài)為止。 組合反饋網(wǎng)絡(luò)Q 1 Q 2 Q nS R (S L ) n 位移位寄存器ZCP161。 圖 3 反饋移位型序列信號發(fā)生器框圖 （ 3）根據(jù) M 個不同狀態(tài)列出移存器的狀態(tài)表和反饋函數(shù)表，求出反饋函數(shù) F 的表式。（ 4）檢查自啟動性能（ 5）畫邏輯圖。 下面通過舉例說明反饋移位序列信號發(fā)生器的設(shè)計過程。 方法一： 比如要設(shè)計一個 00011101 序列發(fā)生器。具體可以這樣來解決： (1) 確定移存器的位數(shù) n。因 M=8，故 n≥ 3，選定為三位，用 74LS194 的三位。 (2) 確定移存器的八個獨立狀態(tài)。將序列碼 00011101 按照每三位一組，劃分為八個狀態(tài) ，其遷移關(guān)系如下所示： (3) 作出反饋函數(shù)表，如表所示，由遷移關(guān)系可看出移存器只進行左移操作，因 22 此 S1=1, S0=0。將 F(SL)的卡諾圖填入圖 (a)中，選用四選一實現(xiàn) F(SL)函數(shù)，其邏