基于FPGA的混沌序列发生器的设计

王喜风，王可人，郭建蓬，周少琼　基于ＦＰＧＡ的混沌宽间隔ＦＨ序列的实现　电子信息对抗技术・第２６卷　２０１１年９月第５期　

中图分类号：ＴＮ９１４．４１　文献标志码：Ａ　文章编号：１６７４—２２３０（２０１１）０５—００２６—０７　

基于ＦＰＧＡ的混沌宽间隔ＦＨ序列的实现　

王喜风，王可人，郭建蓬，周少琼　

（电子工程学院，合肥２３００３７）　

摘要：为实时产生宽间隔跳频序列，提出了一种基于Ｔｅｎｔ映射的双向耦合映象格子的宽间隔　

跳频序列产生方法，采用了多比特量化、比特抽取法和改进的平移替代法。将该方法由浮点运　

算转换为定点运算后在ＦＰＧＡ上实现，所实现的宽间隔跳频序列产生器具有结构简单、运算复　杂度低、资源占用少且易于控制等优点。性能测试结果表明：宽间隔跳频序列产生器产生的跳　

频序列具有宽的跳频间隔、良好的平衡性和汉明相关性。　关键词：跳频；混沌；宽间隔；耦合映象格子；ＦＰＧＡ　

Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｈａｏｔｉｃ　Ｗｉｄｅ・Ｇａｐ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　

Ｈｏｐｐｉｎｇ　Ｓｅｒｉａｌｓ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

ＷＡＮＧ　Ｘｉ—ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｋｅ—ｔｅｎ，ＧＵＯ　Ｊｉａｎ—ｐｅｎｇ，ＺＨＯＵ　Ｓｈａｏ－ｑｉｏｎｇ　

（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ　２３００３７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｇｅｎｅｒａｔｅⅥｒｉｄｅ—ｇａｐ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｈｏｐｐｉｎｇ（ＦＨ）ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｉｎ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ，ａ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｂａｓｅｄ　

ｏｎ　Ｔｅｎｔ　ｄｏｕｂｌｅ—ｗａｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｍａｐ　ｌａｔｔｉｃｅ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｍｕｌｔｉ—ｂｉｔ　ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ，ｒｅｓｈａｐｉｎｇ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　

ａ　ｍｏｄｉｆｉｅｄ　ｓｈｉｆｔ　ｒｅｐｌａｃｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ａｒｅ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ．Ａ　ｄｅ—ｇａｐ　ＦＨ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　ａｆｔｅｒ　ｉｔ　ｉｓ　ｃｏｎｖｅｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｆｌｏａｔｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｆｉｘｅｄ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｈａｓ　

第２７卷　２０１５年　第３期　６月　黑龙江八一农垦大学学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｂａｙｉ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　２７（３）：８８～９１　Ｊｕｎ．２０１５　

ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１００２—２０９０．２０１５．０３．０２０　

基于ＦＰＧＡ的信号发生器设计　

刘英楠　。衣淑娟　，宫龙江　

（１．黑龙江八一农垦大学信息技术学院，大庆１６３３１９；２．东北石油大学党委宣传部）　

摘要：作为调试设备，数字信号发生器是数字信号处理中不可缺少的一部分，广泛的应用在生产生活当中。由于ＦＰＧＡ集密　度高，功耗低，体积小以及可靠性高等优点于一身，所以采用Ａｈｅｒａ公司生产的ＦＰＧＡ实现数字信号发生器的设计，该数字信　号发生器能够产生可调频率的正弦波、方波、三角波和锯齿波。通过硬件系统测试，结果表明：系统精度较高、带负载能力较　强、运行稳定。　

关键词：信号发生器；Ｄ／Ａ转换；ＦＰＧＡ　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—２０９０（２０１５）０３—００８８—０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　

Ｌｉｕ　Ｙｉｎｇｎａｎ１，Ｙｉ　Ｓｈｕｊｕａｎ１，Ｇｏｎｇ　Ｌｏｎｇｊｉａｎｇ２　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｂａｙｉ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ　１６３３１９；　２．Ｐｒｏｐａｇａｎｄａ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ　ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｗａｓ　ａｎ　ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｌｉｆｅ．Ｓｉｎｃｅ　ＦＰＧＡ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｄｅｎｓｉｔｙ，ｌｏｗ　ｐｏｗｅｒ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｓｍａｌｌ　ｖｏｌｕｍｅ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ＦＰＧＡ　ｏｆ　Ａｌｔｅｒａ　ｃｏｍｐａｎｙ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｓｉｇｎａｌ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｃｏｕｌｄ　ｇｅｎｅｒａｔｅ　ｓｉｎｅ　ｗａｖｅ，　ｓｑｕａｒｅ　ｗａｖｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ　ｗａｖｅ　ａｎｄ　ｓａｗｔｏｏｔｈ　ｗａｖｅ　ｏｆ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｔｅｓｔ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ｓｔｒｏｎｇ　ｌｏａｄ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　

编号

南京航空航天大学

毕业论文

题 目 基于混沌理论的伪随机序列产生器

学生姓名

学 号

学 院 信息科学与技术学院

专 业 信息工程

班 级 040620519

指导教师

二〇一〇年六月

南京航空航天大学

本科毕业设计（论文)诚信承诺书

本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文)（题目：基于混沌理论的伪随机序列产生器)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文)中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

作者签名： 2010年6月6日

（学号)：040620519 毕业设计（论文）报告纸

i

基于混沌理论的伪随机序列产生器

摘 要

混沌是确定性非线性系统中产生的一种伪随机行为，呈现初值敏感性。随着混沌理论在通信与雷达等工程领域得到日渐广泛地应用，构建实际的混沌系统，产生混沌信号成为近来研究领域的一个热点。混沌系统的实现为混沌理论应用奠定了重要的基础，并推动了混沌理论研究的进一步发展。

本文介绍了混沌的基本概念、经典混沌系统和经典随机序列的种类与实现，综合阐述了混沌系统的模拟实现方案和基于FPGA的数字实现方案。以可编程逻辑器件现场可编程门阵列（FPGA）作为硬件电路的主体，基于数字电路平台，实现了混沌系统。采用Simulink的DSP Builder工具箱对离散化的连续混沌系统进行建模，通过编译，将其转换为硬件描述语言VHDL。然后通过Altera公司的开发工具QuartusII对电路设计进行了综合与验证，证明了FPGA硬件电路实现混沌系统的正确性与可行性。

关键词：混沌、混沌系统、伪随机序列、模拟电路、现场可编辑门阵列（FPGA） 毕业设计（论文）报告纸

基于FPGA的

智能函数发生器的设计

学生姓名：X X

学生学号：2 0 XXXXXXXXX 一、设计要求

1.设计一个能产生递增、递减斜波，方波，三角波，正弦波，阶梯波智能函数发生器；

2.要求能自主选择输出波形，并能调整输出频率。

二、设计原理

递增、递减斜波是以一定常数递增、递减来产生的。三角波的产生是在输出波形的前半周期内从0累加到最大值255（8位），在后半周期从最大值递减到0来实现的。阶梯波阶梯波是以一定的常数递增的。正弦波的产生原理是基于奈奎斯特采样定律，先对模拟信号采集，经过量化后存入查表中，再由相位累加器产生地址，通过对查表寻址，得到离散化波形序列，最后经过D/A转换输出模拟波形。方波的产生是在输出波形的前半周期输出低电平，后半周期输出高电平，从而得到占空比为50%的方波信号。

通过所设计的智能函数发生器可以得到递增、递减斜波，方波，三角波，正弦波和阶梯波六种波形，这些波形的产生都是通过FPGA的核心芯片，各种运算都在FPGA中进行，直接输出选择的波形。

三、设计内容与步骤

设计的智能函数发生器就是为了得到得到递增、递减斜波，方波，三角波，正弦波和阶梯波六种波形，可以通过按钮来选择输出波形，并且具有复位的功能。

智能函数发生器总体框图如图1.1所示；图中输入CLK为时钟信号，用于调整输出波形的频率；输入RESET为复位信号；输入SEL[2..0]为选择信号，用于选择输出波形；输出Q接在D/A转换的数据端，就可以在D/A转换器的输出端得到各种不同的函数波形。

图1.1 智能函数发生器总体框图

1.递增斜波模块的设计：

递增斜波模块ZENG见图1.2。它是递增斜波产生模块。

图1.2 模块ZENG

递增斜波模块ZENG的VHDL程序设计：

LIBRARY IEEE;

USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;

USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;