序列信号发生器设计.

目录1题目一序列信号发生器（000111） (2)1.1课程设计的目的 (2)1.2设计的总框图: (2)1.3设计过程 (2)1.4设计的逻辑电路： (6)1.5实验仪器： (7)1.6实验结论： (7)1.7参考文献： (7)2题目二七进制异步减法计数器（001) (7)2.1课程设计的目的 (7)2.2设计的总框图： (7)2.3设计过程 (8)1.4设计的逻辑电路 (10)1.5实验仪器： (10)1.6实验结论： (11)1.7参考文献: (11)1题目一序列信号发生器（000111）1.1课程设计的目的1了解序列信号发生器的工作原理2学习序列信号发生器的各种功能和设计方法1.2设计的总框图:CP 输入计数脉冲 输出信号1.3设计过程1状态图：/01000110011100001001101110/0/1/1/−−←−−←−→−−→−/12选择触发器，求时钟方程。

选择触发器:由于JK 触发器功能齐全，使用灵活，故选 用4个时钟下降触发的边沿JK 触发器采用同步方案，故取：CP CP CP CP CP ====01233求输出方程 ：次态卡诺图：序列信号发生器n QnQ00 01 11 1032nn QQ100 xxxx 1000 0001 xxxx01 xxxx xxxx 0011 xxxx 11 1110 xxxx xxxx 0111 10 1100 xxxx xxxx xxxx输出卡诺图为：n QnQ00 01 11 1023nn QQ100 x 1 1 x01 x x 1 x11 0 x x 010 0 x x x输出方程为：n QY次态卡诺图的分解为：n QnQ00 01 11 1032nn QQ100 x 1 0 x01 x x 0 x11 1 x x 010 1 x x x13+n Q 的卡诺图n n Q Q 23 n n Q Q 0100 01 11 1000 x 0 0 x 01 x x 0 x 11 1 x x 1 101xxx12+n Q 的卡诺图 n n Q Q 23 n n Q Q 01 0001 11 1000 x 0 0 x 01 x x 1 x 11 1 x x 1 10xxx11+n Q 卡诺图n n Q Q 23 n n Q Q 0100 01 11 1000 x 0 1 x 01 x x 1 x 11 0 x x 1 10xxx1+n Q 的卡诺图根据各触发器次态卡诺图可得次态方程：nn n n n nn n n n n n n n n nn n n n Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q 010110212111232312131313+=+=+=+=++++4求驱动方程:JK 触发器的特征方程为：n n n Q K Q J Q +=+1直接对照现态系数，写出驱动：n n n n n nn n Q K Q K Q K Q K Q J Q J Q J Q J 1021321310213213,,,,,,========5检查电路能否自启动：将无效态0000,0010,0100,0101,0110,1101,1111，1001，1011,1010带入公式计算得:0000 1000(有效态），0010 0001（有效态） 0100 1010 0110 10110101 0101 1010 （无效态） （ 无效态） 1101 1110（有效态）， 1111 0111（有效态） 1001 1100（有效态）可见所设计的时序电路不能自启动。

课题十四波形及序列信号发生器设计学习目标：设计由555、移位寄存器、D/A转换器、PLD等器件构成的多路序列信号输出和阶梯波输出的发生器电路，重点学习555、D/A转换器及可编程逻辑器件的原理及应用方法。

用Proteus软件仿真；实验测试技术指标及功能、绘制信号波形。

一、任务与要求四相步进电机有四相八拍和四相四拍两种工作方式。

其状态转换图为：四相八拍四相四拍用555、74194、2817、DA8032等IC设计一个四相步进电机控制电路和对应阶梯波输出的发生器电路，要求：1．CP频率2Hz~2kHz连续可调。

2．有四相八拍和四相四拍两种工作方式，能控制步进电机正转和反转。

3．调试时用（共阴）七段数码管（注意加限流电阻）的上四段或下四段模拟步进电机。

*验收用的步进电机的相电压为5V，相电流为0.2A。

4．将多路序列信号通过D/A转换成阶梯波输出。

要求输出电压V o=（数字量/10）V，误差<+5%。

例如对应数字量1001，V o应为0.900V~0.905V。

5．*步数（或圈数）显示。

（选作）6．**步数（或圈数）控制。

（较难的选作）二、课题分析及设计思路多路序列信号发生器在数字电路设计中应用较多，如彩灯循环，步进电机驱动等。

其设计方案较多。

下面以三相步进电机控制为例讲述多路序列信号发生器的设计思路。

本来任务与要求中已列出主要IC的型号，但考虑这是数字电路的最后一个课题，故下面将介绍几种不同的方案，使大家对数字电子技术有更深入的了解。

步进电机广泛应用于各种自动控制和计算机系统（如数控机床、机器人、打印机、光驱）中。

三相步进电机原理见图14.1。

其中转子有较强的磁性。

三相步进电机有三相三拍和三相六拍两种工作方式。

其状态转换图为：001→011→010 001→010 011 →↑↓↑↓↑↓101←100←110 ← 100 101←110三相六拍三相三拍a 三相三拍b一般不用三相三拍b。

图14.1三相步进电机控制器原理框图见图14.2：时钟电路用555构成，用电位器实现频率连续可调。

澳 門 科 技 大 學MACAU UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGYAvenidaWai Long, Taipa, Macau Faculty of Information Technology数码电子学实验设计序列信号发生器报告人：XXX一．具体要求要求用D 触发器和门电路设计一个产生1101001序列（序列左边先输出）的序列发生器。

二．实验目的1.熟悉原理图输出法；2.了解可编程器件的实际应用。

三．实验准备1.详解D 触发器 ①电路组成为了避免同步RS 触发器同时出现R 和S 都为1的情况，可在R 和S 之间接入非门G1，如图1所示，这种单输入的触发器称为D 触发器。

图2为其逻辑符号。

D 为信号输入端。

G1 G2 G3图1：D 触发器逻辑图 图2：D 触发器逻辑符号②逻辑功能在CP=0时，G2，G3被封锁，都输出1，触发器保持原状态不变，不受D 端输入信号的控制。

在CP=1时，G2，G3解除封锁，可接收D 端输入的信号。

如1=D 时，0=D ，触发器翻到1状态，即Q n+1=1,如0=D 时，1=D ，触发器翻到0状态，即Q n+1=0，由此可列出表1所示同步D 触发器的特性表。

表1：同步D 触发器特性表由上述分析可知，同步D 触发器的逻辑功能如下：当CP 由0变为1后，触发器的状态翻到和D 的状态相同； 当CP 由1变为0后，触发器保持原状态不变。

③D 触发器的名词来源D 触发器不会发生RS 触发器不确定的情形（S=1,R=1），也不会发生JK 触发器的追跑情况（J=1,K=1),那么为什么成为D 触发器呢？因为输出Q 等于输入D ，但是要经过一个CLOCK 触发之后才产生，在时间上意味着有延迟时间的作用，所以称为D 型（Delay ）触发器。

2.确定移位寄存器的级数n （即需要用多少个寄存器来寄存状态）我们知道，一个D 触发器可以寄存“0”和“1”两种状态，若序列周期为P ，则信号发生器的级数n 应满足2≤P n 。

数码电子学实验设计序列信号发生器报告人：XXX一．具体要求要求用D触发器和门电路设计一个产生1101001序列（序列左边先输出）的序列发生器。

二．实验目的1.熟悉原理图输出法；2.了解可编程器件的实际应用。

三．实验准备1.详解D 触发器 ①电路组成为了避免同步RS 触发器同时出现R 和S 都为1的情况，可在R 和S 之间接入非门G1，如图1所示，这种单输入的触发器称为D 触发器。

图2为其逻辑符号。

D 为信号输入端。

图1：D 触发器逻辑图 图2：D 触发器逻辑符号②逻辑功能在CP=0时，G2，G3被封锁，都输出1，触发器保持原状态不变，不受D 端输入信号的控制。

在CP=1时，G2，G3解除封锁，可接收D 端输入的信号。

如1=D 时，0=D ，触发器翻到1状态，即Q n+1=1,如0=D 时，1=D ，触发器翻到0状态，即Q n+1=0，由此可列出表1所示同步D 触发器的特性表。

表1：同步D 触发器特性表D Q n Q n+1 说明0 0 0 输出状态和D 相同 0 1 0 输出状态和D 相同 1 0 1 输出状态和D 相同 111输出状态和D 相同由上述分析可知，同步D 触发器的逻辑功能如下：当CP 由0变为1后，触发器的状态翻到和D 的状态相同； 当CP 由1变为0后，触发器保持原状态不变。

③D 触发器的名词来源D 触发器不会发生RS 触发器不确定的情形（S=1,R=1），也不会发生JK 触发器的追跑情况（J=1,K=1),那么为什么成为D 触发器呢？因为输出Q 等于输入D ，但是要经过一个CLOCK触发之后才产生，在时间上意味着有延迟时间的作用，所以称为D 型（Delay ）触发器。

2.确定移位寄存器的级数n （即需要用多少个寄存器来寄存状态）我们知道，一个D 触发器可以寄存“0”和“1”两种状态，若序列周期为P ，则信号发生器的级数n 应满足2≤P n 。

在本例中，要产生1101001这个序列，3=n 。

基于FPGA的m序列信号发生器设计摘要：m序列是一种伪随机序列(PN码)，广泛用于数据白噪化、去白噪化、数据传输加密、解密等通信、控制领域。

基于FPGA与Verilog硬件描述语言设计井实现了一种数据率按步进可调、低数据误码率、反馈多项式为的m序列信号发生器。

系统时钟为20MHz，m序列信号发生器输出的数据率为20～100 kbps，通过2个按键实现20 kbps步进可调与系统复位，输出误码率小于1%。

m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由带线性反馈的移位寄存器产生的周期最长的一种伪随机序列。

是由移位寄存器、反馈抽头及模2加法器组成。

m序列一旦反馈多项式及移位寄存器初值给定，则就是可以预先确定并且可以重复实现的序列，该特点使得m序列在数据白噪化、去白噪化、数据传输加密、解密等通信、控制领域使用广泛。

因此，深入学习研究m序列具有重要的实际意义。

1 m序列信号发生器的组成基于FPGA的m序列信号发生器硬件结构极其简单，仅需两个独立按键(一个是复位按键与另一个控制数据率切换按键)、一个48 MHz 的用于提供系统时钟有源晶振、系统电源、一块配置芯片、几个简单的电阻与电容即可实现。

按键去抖动、按键复位、按键切换数据率、时钟分频等功能均在FPGA内部编程实现。

2 m序列信号发生器的关键设计本文中m序列信号发生器的反馈多项式为。

其反馈及移位寄存器的关系图如图2所示。

从本设计中的反馈及移位寄存器的关系图可以看出，一个时钟周期，移位寄存器右移一位，最高位输入为x0、x2、x3、x4及x8的异或(模2相加)。

m序列的输出是移位寄存器的最低位。

图2所示的关系是m序列呈现为随机性、周期性的根本原因。

为了满足信号发生器输出数据率20 kbps的步进通过按键可调，则生成按步进20 kbps可调的时钟是实现该功能的关键。

当按键发生，时钟的输出频率加20 kbps。

在实际电路中，按键会有很大抖动，对系统会造成很大的不稳定性，因此，必须想办法减小这样的不利影响。

实验三序列信号发生器与检测器设计一、实验目的1．学习一般有限状态机的设计；2．实现串行序列的设计。

二、设计要求1．先设计序列信号发生器；2．再设计一个序列信号检测器，若系统检测到串行序列11010则输出为“1”，否则输出为“0”，并对其进行仿真和硬件测试。

三、实验设备PC机，Quartu eⅱ软件，实验箱四、实验原理CLK 脉冲CNT加一。

2、序列信号检测器状态转移图：五、实验步骤1、信号发生器1）建立工作库文件夹，输入设计项目VHDL代码，如下：L I B R A R Y I E E E;U S E I E E E.S T D_L O G I C_1164.A L L;U S E I E E E.S T D_L O G I C_A R I T H.A L L;U S E I E E E.S T D_L O G I C_U N S I G N E D.A L L;E N T I T Y X L S I G N A L16_1I SP O R T(C L K,C L R N:I N S T D_L O G I C;Z O U T:O U T S T D_L O G I C);E N D X L S I G N A L16_1;A R C H I T E C T U R E o n e O F X L S I G N A L16_1I SS I G N A L C N T:S T D_L O G I C_V E C T O R(3D O W N T O0);S I G N A L Z R E G:S T D_L O G I C;B E G I NP R O C E S S(C L K,C L R N)B E G I NI F(C L R N='0')T H E N C N T<="0000";E L S EI F(C L K'E V E N T A N D C L K='1')T H E NC N T<=C N T+'1';E N D I F;E N D I F;E N D P R O C E S S;P R O C E S S(C N T)B E G I NC A S E C N T I SW H E N"0000"=>Z R E G<='1';W H E N"0001"=>Z R E G<='1';W H E N"0010"=>Z R E G<='1';W H E N"0011"=>Z R E G<='0';W H E N"0100"=>Z R E G<='0';W H E N"0101"=>Z R E G<='1';W H E N"0110"=>Z R E G<='0';W H E N"0111"=>Z R E G<='1';W H E N"1000"=>Z R E G<='0';W H E N"1001"=>Z R E G<='1';W H E N"1010"=>Z R E G<='0';W H E N"1011"=>Z R E G<='0';W H E N"1100"=>Z R E G<='1';W H E N"1101"=>Z R E G<='0';W H E N"1110"=>Z R E G<='1';W H E N"1111"=>Z R E G<='1';W H E N O T H E R S=>Z R E G<='0';E N D C A S E;E N D P R O C E S S;Z O U T<=Z R E G;E N D o n e；2）对其进行波形仿真，如下图：3）将其转换成可调用元件如图：2、信号检测器1）建立工作库文件夹，输入设计项目VHDL代码，如下：LIBRARY IEEE ;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY SCHK ISPORT(DIN, CLK, CLR : IN STD_LOGIC;ss : OUT STD_LOGIC_VECTOREND SCHK;ARCHITECTURE behav OF SCHK ISSIGNAL Q : INTEGER RANGE 0 TO 5 ;SIGNAL D : STD_LOGIC_VECTOR(5 DOWNTO 0);BEGIND <= "10010" ;PROCESS( CLK, CLR )BEGINIF CLR = '1' THEN Q <= 0 ;ELSIF CLK'EVENT AND CLK='1' THENCASE Q ISWHEN 0=> IF DIN = D(4) THEN Q <= 1 ; ELSE Q <= 0 ; END IF ;WHEN 1=> IF DIN = D(3) THEN Q <= 2 ; ELSE Q <= 1 ; END IF ;WHEN 2=> IF DIN = D(2) THEN Q <= 3 ; ELSE Q <= 1 ; END IF ;WHEN 3=> IF DIN = D(1) THEN Q <= 4 ; ELSE Q <= 0 ; END IF ;WHEN 4=> IF DIN = D(0) THEN Q <= 5 ; ELSE Q <= 1 ; END IF ;WHEN OTHERS => Q <= 0 ;END CASE ;END IF ;END PROCESS ;PROCESS( Q )BEGINIF Q = 5 THEN ss <= "1" ;ELSE ss <= "0" ;END IF ;END PROCESS ;END behav ;3）将其转换成可调用元件如图：3.序列信号检测器顶层文件1）调用序列信号发生器和序列信号检测器元件，建立工作库文件夹，输入设计项目原理图如下图：2）对总体进行波形仿真，如下图：4．管脚邦定六、实验心得1.首先用VHDL语言设计序列信号发生器和序列信号检测器模块。

1946.3.5 序列信号发生器的设计序列信号是把一组0、1数码按一定规则顺序排列的串行信号。

对于给定的序列信号，设计其发生器一般有两种结构形式：计数型序列信号发生器和移存型序列信号发生器。

计数型序列信号发生器的特点是，所产生的序列信号的长度等于计数器的模值，并可根据需要产生一个或多个序列信号。

先用计数器构成一个模P的计数器，然后辅以多路选择器、译码器或其他门的组合逻辑可以方便地构成各种序列发生器。

（1）选用多路选择器：把要产生的序列按规定的顺序加在多路选择器的输入端，把地址端与计数器的输出端适当地连接在一起，多路选择器的输出能得到所需的序列信号。

（2）选用译码器：把计数器的输出端和译码器的输入相连，将序列信号中为1的信号对应最小项用组合逻辑组合输出。

（3）选用其他门的组合逻辑：直接采用组合逻辑连接计数器的输出。

获得所需要的序列。

【例6.17】采用计数器74163和各种组合逻辑设计产生序列00010111。

解：序列为8位二进制代码，因此，首先构建模8的计数器。

对于同步置数的74163而言，当计数由0000计到0111，即Q A=1,Q B=1,Q C=1时，使用与非门反馈到置数端，使计数器模8计数。

（1）使用多路选择器输出。

如选用8选1多路选择器74151，则将需要产生的序列信号00010111分别接到输入端，将地址端与计数器的输出端低三位适当地连接在一起，如图6.63所示，随着时钟脉冲，多路选择器的输出Z即是所需的序列。

图6.63 使用多路选择器设计计数型序列信号发生器（2）使用译码器输出。

如选用低电平输出有效的译码器74138，则将8位序列00010111中为1的第3、5、6、7位通过与非门连接输出。

如图6.64所示。

图6.62 计数型序列信号发生器。

序列信号发生器的设计方法及应用实例在现代通信系统中，序列信号发生器是一个非常重要的设备，它能够产生各种类型的信号序列，如随机序列、伪随机序列、码片序列等。

这些信号序列在数字通信系统、脉冲调制系统以及其他通信系统中起着至关重要的作用。

在本文中，我将深入探讨序列信号发生器的设计方法及其应用实例，并共享一些个人观点和理解。

1. 序列信号发生器的基本原理序列信号发生器是一种能够产生特定类型的信号序列的设备。

其基本原理是利用特定的算法和逻辑电路来产生所需的信号序列。

在设计序列信号发生器时，首先需要确定所需的信号类型，如随机序列、伪随机序列或者其他类型的序列。

然后根据所选的信号类型，选择合适的算法和电路来实现信号的生成。

最常见的序列信号发生器包括线性反馈移位寄存器（LFSR）、差分方程序列发生器等。

2. 序列信号发生器的设计方法在设计序列信号发生器时，需要考虑信号的周期、自相关性、互相关性等性能指标。

一般来说，设计序列信号发生器的方法可以分为以下几个步骤：（1）确定信号类型：首先需要确定所需的信号类型，如随机序列、伪随机序列或者其他类型的序列。

（2）选择算法和电路：根据所选的信号类型，选择合适的算法和电路来实现信号的生成。

常用的算法包括线性反馈移位寄存器、差分方程序列发生器等。

（3）优化性能指标：优化信号的周期、自相关性、互相关性等性能指标，以确保生成的序列满足系统的要求。

（4）验证和测试：设计完成后，需要对信号发生器进行验证和测试，确保其生成的信号符合设计要求。

3. 序列信号发生器的应用实例序列信号发生器在数字通信系统、脉冲调制系统以及其他通信系统中有着广泛的应用。

以下是一些典型的应用实例：（1）伪随机噪声序列发生器：在数字通信系统中，伪随机噪声序列被广泛用于信道编码、扩频通信以及通信安全等领域。

（2）码片序列发生器：在脉冲调制系统中，码片序列被用于直序扩频通信系统中的扩频码生成。

（3）随机序列发生器：在通信加密领域，随机序列被用于数据加密和解密。