m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1 引言</b></p><p>　　本文的主要內(nèi)容是移位寄存器74LS194的研究和m序列碼發(fā)生器的產(chǎn)生原理以及基于MAX+PLUS II、Protel 99SE軟件的實(shí)現(xiàn)。m序列碼發(fā)生器的產(chǎn)生原理和實(shí)現(xiàn)是CDMA通信中的核心，具有重要的理論價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。文中基于對(duì)74LS194移位寄存器的研究，對(duì)偽隨機(jī)序列的特性及對(duì)m序列發(fā)生器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，運(yùn)

2、用MAX+PLUS II的模擬仿真和Protel 99SE進(jìn)行印刷電路板設(shè)計(jì)，驗(yàn)證其正確性，最終產(chǎn)生m序列碼。</p><p>　　1.1 研究此課題的目的</p><p>　　偽隨機(jī)序列系列具有良好的隨機(jī)性和接近于白噪聲的相關(guān)函數(shù)，并且有預(yù)先的可確定性和可重復(fù)性。這些特性使得偽隨機(jī)序列得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.2 偽隨機(jī)序列的應(yīng)用和意義</

3、p><p>　　1.2.1在通信加密中的應(yīng)用 </p><p>　　m序列自相關(guān)性較好，容易產(chǎn)生和復(fù)制，而且具有偽隨機(jī)性，利用m序列加密數(shù)字信號(hào)使加密后的信號(hào)在攜帶原始信息的同時(shí)具有偽噪聲的特點(diǎn)，以達(dá)到在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中隱藏信息的目的；在信號(hào)接收端，再次利用m序列加以解密，恢復(fù)出原始信號(hào)[1]。</p><p>　　1.2.2 在雷達(dá)信號(hào)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 </p

4、><p>　　近年興起的擴(kuò)展頻譜雷達(dá)所采用的信號(hào)是已調(diào)制的具有類似噪聲性質(zhì)的偽隨機(jī)序列，它具有很高的距離分辨力和速度分辨力。這種雷達(dá)的接收機(jī)采用相關(guān)解調(diào)的方式工作，能夠在低信噪比的條件下工作，同時(shí)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。該型雷達(dá)實(shí)質(zhì)上是一種連續(xù)波雷達(dá)，具有低截獲概率性，是一種體制新、性能高、適應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)需要的雷達(dá)。采用偽隨機(jī)序列作為發(fā)射信號(hào)的雷達(dá)系統(tǒng)具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，它是一種連續(xù)波雷達(dá)，可以較好地利用發(fā)射

5、機(jī)的功率。其次，它在一定的信噪比時(shí)，能夠達(dá)到很好的測(cè)量精度，保證測(cè)量的單值性，比單脈沖雷達(dá)具有更高的距離分辨力和速度分辨力。最后，它具有較強(qiáng)的抗干擾能力，敵方要干擾這種寬帶雷達(dá)信號(hào)，將比干擾普通的雷達(dá)信號(hào)困難得多[2]。</p><p>　　1.2.3 在通信系統(tǒng)中的應(yīng)用</p><p>　　偽隨機(jī)序列是一種貌似隨機(jī)，實(shí)際上是有規(guī)律的周期性二進(jìn)制序列，具有類似噪聲序列的性質(zhì)，在CDMA中，

6、地址碼都是從偽隨機(jī)序列中選取的，在CDMA中使用一種最易實(shí)現(xiàn)的偽隨機(jī)序列：m序列，利用m序列不同相位來(lái)區(qū)分不同用戶；為了數(shù)據(jù)安全，在CDMA的尋呼信道和正向業(yè)務(wù)信道中使用了數(shù)據(jù)掩碼（即數(shù)據(jù)擾亂）技術(shù)，其方法是用長(zhǎng)度為2的42次方減1的m序列用于對(duì)業(yè)務(wù)信道進(jìn)行擾碼（注意不是擴(kuò)頻），它在分組交織器輸出的調(diào)制字符上進(jìn)行，通過(guò)交織器輸出字符與長(zhǎng)碼PN碼片的二進(jìn)制模工相加而完成。</p><p>　　1.3 偽隨機(jī)序列研究

7、現(xiàn)狀</p><p>　　迄今為止，人們獲得的偽隨機(jī)序列仍主要是PC（相控）序列，移位寄存器序列（m和M序列），Gold序列，GMW序列，級(jí)聯(lián)GMW序列，Kasami序列，Bent序列，No序列。</p><p>　　其中m序列是最有名和最簡(jiǎn)單的,也是研究的最透徹的序列。m序列還是研究其它序列的基礎(chǔ)。它序列平衡，有最好的自相關(guān)特性，但互相關(guān)滿足一定條件的族序列數(shù)很少(對(duì)于本原多項(xiàng)式的階數(shù)小

8、于等于13的m序列，互為優(yōu)選對(duì)的序列數(shù)不多于6)，且線性復(fù)雜度很小。</p><p><b>　　1.4 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　首先研究生成序列的反饋移位寄存器、反饋邏輯函數(shù)。主要研究它們的生成、隨機(jī)特性以及相關(guān)特性。最后在理論證明的基礎(chǔ)上應(yīng)用Quartus II仿真驗(yàn)證它們的正確性并仿真作出m序列相關(guān)特性圖形，用PROTEL 99SE繪制原理圖及PC

9、B圖。</p><p><b>　　2 移位寄存器</b></p><p>　　2.1 移位寄存器概述</p><p>　　移位寄存器是數(shù)字系統(tǒng)中的重要邏輯部件，具有移位和寄存的功能，簡(jiǎn)稱移存器。移存器從結(jié)構(gòu)上看，是將若干觸發(fā)器級(jí)聯(lián)起來(lái)。按數(shù)據(jù)輸入方式來(lái)分，有串行和并行兩種；而移位方向，則有左移和右移；按數(shù)據(jù)輸出也有串出和并出之分。商品化通用

10、寄存器可使數(shù)據(jù)串并出入，并可左右移位，應(yīng)用靈活方便。為了準(zhǔn)確分析移位，正確使用移存器，靈活運(yùn)用移存器，這一節(jié)將做進(jìn)一步的討論。</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，常常要將寄存器中的數(shù)碼按時(shí)鐘的節(jié)拍向左移或右移一位或多位，能實(shí)現(xiàn)這種移位功能的寄存就稱為移位寄存器。顧名思義，移位寄存器具有數(shù)碼的寄存和移位兩個(gè)功能。若在時(shí)鐘脈沖的作用下，寄存器的數(shù)碼向左移動(dòng)一位，則稱左移；若數(shù)碼依次向右移動(dòng)一位，成為右移。</p

11、><p>　　移位寄存器的每一位也是由觸發(fā)器組成的，但由于它需要有移位功能，所以每位觸發(fā)器的輸出端與下一位觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入端相連接，所有觸發(fā)器公用一個(gè)時(shí)鐘脈沖，使它們同步工作。但移位寄存器的次態(tài)受移位功能的限制，因?yàn)榧拇嫫髦械挠|發(fā)器只能存儲(chǔ)1位二進(jìn)制數(shù)，0或1，所以移位寄存器的次態(tài)只能有兩種情況。例如，原態(tài)為1011，當(dāng)它右移一位時(shí)，若移進(jìn)的為1，則次態(tài)為1101；若移進(jìn)的為0，次態(tài)則為0101[3]。</p&

12、gt;<p>　　2.2 移位寄存器原理</p><p>　　移位寄存器可分為單向移位寄存器（單向左移，單向右移）雙位移位存寄器寄存器。</p><p>　　2.2.1 4位右移寄存器</p><p>　　原理：?jiǎn)蜗蛞莆患拇嫫饔?個(gè)維持阻塞的D觸發(fā)器組成。4個(gè)D觸發(fā)器共用一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，因此為同步時(shí)序邏輯電路。數(shù)碼由最左邊的FF0的DI端串行輸入。&

13、lt;/p><p>　　由于D觸發(fā)器的驅(qū)動(dòng)方程為：Qn+1=D</p><p>　　故 D0=DI，D1=Qn0，D2=Qn1，D3=Qn2</p><p>　　時(shí)鐘方程：CP0=CP1=CP2=CP3=CP</p><p>　　每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其右邊觸發(fā)器的輸入，則對(duì)應(yīng)每一個(gè)CP上升沿，數(shù)據(jù)右移一位。</p><

14、p>　　圖2.1 移位寄存器的右移</p><p>　　圖 2.2 右移寄存器的時(shí)序圖</p><p>　　表2.1 4位右移寄存器的狀態(tài)表</p><p>　　2.2.2 4位左移寄存器</p><p>　　原理：數(shù)碼由最右邊的FF3的 端串行輸入。每一個(gè)觸發(fā)器的輸出→其左邊觸發(fā)器的輸入，則對(duì)應(yīng)每一個(gè)CP上升沿，數(shù)據(jù)左移一

15、位。</p><p>　　時(shí)鐘方程：CP0=CP1=CP2=CP3=CP</p><p>　　圖2.3 移位寄存器的左移</p><p>　　說(shuō)明：⑴ 移位寄存器（單項(xiàng)左移，右移）有相同的存儲(chǔ)單元組成（D觸發(fā)器）；</p><p>　?、?移位寄存器的位數(shù)由觸發(fā)器的個(gè)數(shù)決定；</p><p>　?、?各觸發(fā)器共用

16、一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，屬于同步時(shí)序電路[4]。</p><p>　　2.3 74LS194概述</p><p><b>　　2.3.1 概念</b></p><p>　　74LS194是一種典型的中規(guī)模集成移位寄存器。它有4個(gè)RS觸發(fā)器和一些門電路所構(gòu)成。圖2.4為它的管腳圖。</p><p>　　圖2.4 74LS194的管腳

17、圖</p><p>　　74LS194（4位雙向移位寄存器）是一種功能很強(qiáng)的通用寄存器，它的具體邏輯功能由管腳9和管腳10的S0，S1來(lái)確定。它具有并行輸入、并行輸出、左移和右移及保持等五個(gè)功能[5]。</p><p>　　2.3.2管腳及功能介紹</p><p>　　74LS194共有16個(gè)管腳，其中D0、D1、D2、D3為并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0、Q1、Q2、Q3為

18、4個(gè)觸發(fā)器輸出端；SR為右移串行輸入端；SL為左移串行輸入端；S0、S1為操作模式控制端；CR為直接無(wú)條件清零端；CP為時(shí)鐘脈沖輸入端。</p><p>　　當(dāng)S0S1=00，為狀態(tài)保持；S0S1=01為數(shù)據(jù)右移；S0S1=10為數(shù)據(jù)左移；S0S1=11為并行送數(shù)。此外， 清除功能共5個(gè)功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)是由邏輯圖中的門電路來(lái)保證的[6]。</p><p>　　表 2.2 74LS1

19、94 功能表</p><p>　　2.4 74LS194移位寄存器的應(yīng)用</p><p>　　移位寄存器應(yīng)用很廣，可構(gòu)成移位寄存器型計(jì)數(shù)器：順序脈沖發(fā)生器；可用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，即把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)，或把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)等[7]。</p><p>　　在數(shù)據(jù)傳送體系轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用。數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳送體系有兩種，包括串行傳送體系和并行傳送體系。</p>

20、<p>　　串行傳送體系：即每一節(jié)拍只傳送一位信息，N位數(shù)據(jù)需要N個(gè)節(jié)拍才能傳送出去；</p><p>　　并行傳送體系：一個(gè)節(jié)拍同時(shí)傳送N位數(shù)據(jù)</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，兩種傳送體系均存在，如計(jì)算機(jī)主機(jī)對(duì)信息的處理和加工</p><p>　　是并行傳送數(shù)據(jù)的，而信息的傳播是串行傳送數(shù)據(jù)的，因此存在兩種數(shù)據(jù)傳送體</p><

21、;p><b>　　系的轉(zhuǎn)換</b></p><p>　　串行∕并行轉(zhuǎn)換器 ：</p><p>　　在數(shù)字系統(tǒng)中，信息的傳播通常是串行的，而處理和加工往往是并行的，因此經(jīng)常要進(jìn)行輸入、輸出的串、并轉(zhuǎn)換。</p><p>　　串行∕并行轉(zhuǎn)換器是指串行輸入的數(shù)碼，經(jīng)轉(zhuǎn)換電路之后變換成并行輸出，用二片74LS194四位雙向移位句寄存器組成的七位串

22、行∕并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)換電路如圖2.5所示，其轉(zhuǎn)換過(guò)程的狀態(tài)變化如表2.3所示。</p><p>　　具體的轉(zhuǎn)換過(guò)程是：串行數(shù)據(jù)D6…D 0從SR端輸入（低位D0先入），并行數(shù)據(jù)從Q1~Q7輸出，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束的標(biāo)志碼0加在第一片的D0端，其他并行輸入端接1。清0啟動(dòng)后，Q8=0，因此S1S0=01，第一個(gè)CP是74LS194完成預(yù)置操作。</p><p>　　例如，并行輸入數(shù)據(jù)0111111送

23、入Q1~Q8，由于此時(shí)Q8=1，S1S0=01，故以后的CP均實(shí)現(xiàn)右移操作，經(jīng)過(guò)七次右移后，七位串行碼全部移入移存器。此時(shí)Q1~Q7 =D6~D 0，且轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志碼已到達(dá)Q8，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，此刻可讀出并行數(shù)據(jù)。由于Q8=0，S1S0再次等于11，因此第9個(gè)CP使移位寄存器再次預(yù)置數(shù)，并重復(fù)上述過(guò)程。</p><p>　　圖2.5 七位串入-并處轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　表2.3

24、七位串入-并處狀態(tài)表</p><p>　　七位并入—串出轉(zhuǎn)換電路 </p><p>　　圖2.6為它的轉(zhuǎn)換電路圖，其轉(zhuǎn)換過(guò)程的狀態(tài)變化如表2.4所示</p><p><b>　　具體的轉(zhuǎn)換過(guò)程是：</b></p><p>　　工作時(shí)ST = 0首先使啟動(dòng)信號(hào)，則兩片74LS194的S1S0=11，第一個(gè)CP來(lái)到后執(zhí)行送數(shù)

25、操作，Q1~Q7=0d1d2d3d4d5d6d7，且2門輸出位1。啟動(dòng)ST =1，1門輸出為0，S1S0=01，移存器執(zhí)行右移操作，經(jīng)過(guò)七次右移后Q0Q1Q2~Q7=11111110,七位并入代碼d1~d7全部從Q7串行輸出。此時(shí)由于Q1~Q6全為1，1門輸出為0（表示轉(zhuǎn)換結(jié)束），使S1S0=11，第九個(gè)CP后，移存器又重新置數(shù)，并重復(fù)上述過(guò)程。</p><p>　　圖2.6 七位并入-串出轉(zhuǎn)換電路</p&

26、gt;<p>　　表2.4 七位并入-串出狀態(tài)表</p><p><b>　　組成移位型計(jì)數(shù)器。</b></p><p>　　所謂移位型計(jì)數(shù)器，就是以移位寄存器為主體構(gòu)成的同步計(jì)數(shù)器，它的狀態(tài)遷移關(guān)系除第一級(jí)外必須具有移位功能，而第一即可根據(jù)需要移進(jìn)“0”</p><p>　　或者“1”。所以，這類計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)，只需對(duì)第一級(jí)進(jìn)行設(shè)

27、計(jì)，而其他各級(jí)維持移位功能。</p><p>　　3. m序列發(fā)生器</p><p><b>　　3.1 概述</b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，偽隨機(jī)碼越來(lái)越受到人們的重視,被廣泛應(yīng)用于導(dǎo)彈,衛(wèi)星,飛船軌道測(cè)量和跟蹤,雷達(dá),導(dǎo)航,移動(dòng)通信,保密通信和通信系統(tǒng)性能的測(cè)量以及數(shù)字信息處理系統(tǒng)中。m序列是偽隨機(jī)碼中，帶線性反饋

28、移位寄存器的周期最長(zhǎng)的一種最基本的序列[8]。</p><p>　　偽隨機(jī)碼，又稱偽隨機(jī)序列，是一種可以預(yù)先確定并可以重復(fù)地產(chǎn)生和復(fù)制,又具有隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性的二進(jìn)制碼序列。在現(xiàn)代工程實(shí)踐中，偽隨機(jī)信號(hào)在移動(dòng)通信，導(dǎo)航，雷達(dá)和保密通信，通信系統(tǒng)性能的測(cè)量等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。例如，在連續(xù)波雷達(dá)中可用作測(cè)距信號(hào)，在遙控系統(tǒng)中可用作遙控信號(hào)，在多址通信中可用作地址信號(hào)，在數(shù)字通信中可用作群同步信號(hào),還可用作噪聲源以及在

29、保密通信中的加密作用等。偽隨機(jī)發(fā)生器在測(cè)距，通信等領(lǐng)域的應(yīng)用日益受到人們重視[9]。</p><p>　　偽隨機(jī)信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)的區(qū)別在于：隨機(jī)信號(hào)是不可預(yù)測(cè)的，它在將來(lái)時(shí)刻的取值只能從統(tǒng)計(jì)意義上去描述；偽隨機(jī)序列實(shí)質(zhì)上不是隨機(jī)的，而是收發(fā)雙方都知道的確定性周期信號(hào)。之所以稱其為偽隨機(jī)序列,是因?yàn)樗憩F(xiàn)出白噪聲采樣序列的統(tǒng)計(jì)特性，在不知其生成方法的偵聽(tīng)者看來(lái)像真的隨機(jī)序列一樣。m序列作為一種基本的序列，具有很強(qiáng)的系

30、統(tǒng)性，規(guī)律性和相關(guān)性[10]。</p><p>　　m序列的理論發(fā)展比較成熟，實(shí)現(xiàn)比較方便，利用n級(jí)移位寄存器可以產(chǎn)生2n-1的m序列。目前，3G及beyond 3G仍是通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其基本特征之一，就是碼分多址，其中的碼就是PN碼，PN碼的選擇直接影響到CDMA系統(tǒng)的容量，抗干擾能力，接入和切換速度等性能。因此，PN碼技術(shù)作為3G及beyond 3G移動(dòng)通信系統(tǒng)的核心技術(shù)之一，以得到廣泛的關(guān)注，研究和應(yīng)用

31、。在目前的CDMA系統(tǒng)IS-95中，就是采用基本的PN序列——m序列座位地址碼，利用它的不同相位來(lái)區(qū)分不同的用戶[11]。</p><p>　　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(zhǎng)度M＝2n-1，只有一個(gè)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(jì)出m序列碼。</p&g

32、t;<p>　　通過(guò)拋硬幣的方法可以得到一個(gè)隨機(jī)序列，它具有兩個(gè)方面的特點(diǎn):一是預(yù)先不可確定、不可重復(fù)實(shí)現(xiàn)。即在實(shí)驗(yàn)前無(wú)法預(yù)知序列是怎樣的，而且在所有的序列中不可能有兩個(gè)是完全一致的。另一方面所有序列都具有某些共同的隨機(jī)特性，對(duì)二元序列Golomb總結(jié)了三條隨機(jī)性假設(shè):</p><p>　　R1 若序列的周期L為偶數(shù)，則0的個(gè)數(shù)與1的個(gè)數(shù)相等；若L為奇數(shù)，則0的個(gè)數(shù)比1的個(gè)數(shù)多1或少1。</p

33、><p>　　R2 長(zhǎng)為1的游程占1/2，且0游程和1游程的個(gè)數(shù)相等或至多差一個(gè)。</p><p>　　R3 序列的異相自相關(guān)函數(shù)為一個(gè)常數(shù)，即序列為二值自相關(guān)序列。</p><p>　　能否產(chǎn)生真正的隨機(jī)序列一直都處在激烈的爭(zhēng)論中，但可以肯定的是隨機(jī)序列的產(chǎn)生、復(fù)制和控制在實(shí)際中都是難以實(shí)現(xiàn)的。如果一個(gè)序列，一方面它的結(jié)構(gòu)是可以預(yù)先確定的，并且可以重復(fù)的產(chǎn)生和復(fù)制；另

34、一方面又具有某種隨機(jī)特性(R1--R3)，便稱這種序列為偽隨機(jī)序列.簡(jiǎn)單的講，偽隨機(jī)序列就是具有某種隨機(jī)特性的確定序列[12]。</p><p>　　3.2偽隨機(jī)序列理論的發(fā)展史</p><p>　　偽隨機(jī)序列的理論與應(yīng)用研究大體上可以分成三個(gè)階段:(1)純粹理論研究階段 (1948年以前)；(2)m序列研究的黃金階段(1948-1969)； (3)非線性生成器的研究階段 (1969-

35、)[13]。</p><p>　　1948年以前，學(xué)者們研究偽隨機(jī)序列的理論僅僅是因?yàn)槠鋬?yōu)美的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)。最早的研究可以追溯到1894年，作為一個(gè)組合問(wèn)題來(lái)研究所謂的De Bruijn序列；上世紀(jì)30年代，環(huán)上的線性遞歸序列則成為人們的研究重點(diǎn)[14]。 </p><p>　　1948年Shannon信息論誕生后，這種情況得到了改變。偽隨機(jī)序列己經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在通信以及密碼學(xué)等重要的技術(shù)領(lǐng)域

36、。Shannon證明了“一次一密”是無(wú)條件安全的，無(wú)條件保密的密碼體制要求進(jìn)行保密通信的密鑰量至少與明文量一樣大。因此在此后的一段時(shí)間內(nèi)，學(xué)者們一直致力于研究具有足夠長(zhǎng)周期的偽隨機(jī)序列。如何產(chǎn)生這樣的序列是20世紀(jì)50年代早期的研究熱點(diǎn)。線性反饋移位寄存器 (LFSR)序列是這個(gè)時(shí)期研究最多的，因?yàn)橐粋€(gè)n級(jí)LFSR可以產(chǎn)生周期為的最大長(zhǎng)度序列，而且具有滿足Golomb隨機(jī)性假設(shè)的隨機(jī)特性，通常稱為m序列。這段時(shí)期的研究奠定了LFSR序列

37、的基本理論和一些經(jīng)典結(jié)論[15]。</p><p>　　但是，在1969年Massey發(fā)表了“移位寄存器綜合與BCH譯碼”一文，引發(fā)了序列研究方向的根本性變革，從此偽隨機(jī)序列的研究進(jìn)入了構(gòu)造非線性序列生成器的階段。Berlekamp-Massey算法(簡(jiǎn)稱B-M算法)指出:如果序列的線性復(fù)雜度為n，則只需要2n個(gè)連續(xù)比特就可以恢復(fù)出全部的序列。從這個(gè)結(jié)論可以看出m序列是一種“極差”的序列，它的線性復(fù)雜度太小，因而

38、不能夠直接用來(lái)做流密碼系</p><p>　　統(tǒng)的密鑰流序列。從這里還可以看到僅僅靠Golomb的三個(gè)隨機(jī)性假設(shè)來(lái)評(píng)測(cè)序列是不夠的，還需要其它的一些指標(biāo)。此后直到今天，密碼學(xué)界的學(xué)者們一直在努力尋找構(gòu)造“好”的偽隨機(jī)序列的方法[16]。</p><p>　　3.3 偽隨機(jī)序列的構(gòu)造方法</p><p>　　就現(xiàn)有的文獻(xiàn)，可以把構(gòu)造偽隨機(jī)序列的方法分成兩大類:一類是基

39、于數(shù)學(xué)的理論構(gòu)造偽隨機(jī)序列；另一類是基于LFSR構(gòu)造偽隨機(jī)序列。兩種構(gòu)造方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者在理論上容易分析序列的隨機(jī)性質(zhì)，但往往不容易實(shí)現(xiàn)或者實(shí)現(xiàn)的代價(jià)比較高；而后者則恰恰相反，在工程上很容易實(shí)現(xiàn)，成本較低，但有的情況下不容易分析其隨機(jī)性質(zhì)。</p><p>　　基于數(shù)學(xué)理論構(gòu)造偽隨機(jī)序列又可以分為兩類:基于數(shù)論的構(gòu)造和基于有限域的構(gòu)造。前者利用的數(shù)學(xué)工具主要是二次剩余理論和割圓理論，像Legendre序列、J

40、acobi序列、m序列、差集序列和割圓序列等就屬于此類構(gòu)造；后者利用的數(shù)學(xué)工具主要是跡函數(shù)，像Bent序列、GMW序列和橢圓曲線序列等為該類構(gòu)造的代表[17]。</p><p>　　基于 LFSR的偽隨機(jī)序列生成器有很多，總體上可以分為兩大類:一類是用一個(gè)n元布爾函數(shù)作用于n個(gè)輸入比特，布爾函數(shù)的輸出作為密鑰流序列；另一類是用一個(gè)LFSR控制另一個(gè)LFSR。前者包含兩種生成器，即熟知的非線性組合生成器和非線性濾波

41、生成器。由于m序列的線性復(fù)雜度太小，不能直接用作密鑰流序列，因此通常采用將m序列作驅(qū)動(dòng)序列，然后用一個(gè)布爾函數(shù)作用于這些驅(qū)動(dòng)序列的方法來(lái)提高序列的線性復(fù)雜度。非線性組合生成器由n個(gè)LFSR和一個(gè)非線性組合器組成；非線性濾波生成器由一個(gè)LFSR和一個(gè)前饋邏輯組成。第二類生成器也包含兩種控制模型，鐘控生成器和縮減生成器。這兩種生成器的原理都是用一個(gè)控制序列對(duì)另一個(gè)基序列做不規(guī)則采樣。鐘控生成器是在基序列中插入新的符號(hào)，其輸出序列指數(shù)冪的依賴

42、于產(chǎn)生它的生成器的輸入?yún)?shù)；而縮減生成器包括自縮減生成器則是在基序列中刪除符號(hào)，這種構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于用硬件實(shí)現(xiàn)[18]。</p><p>　　3.4 m序列信號(hào)發(fā)生器原理</p><p>　　序列信號(hào)發(fā)生器是能夠循環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號(hào)的時(shí)序電路，它可以用以為寄存器或計(jì)數(shù)器構(gòu)成。序列信號(hào)的種類很多，按照序列循環(huán)長(zhǎng)度M和觸發(fā)器數(shù)目n的關(guān)系一般可分為三種：</p><p&

43、gt;　　最大循環(huán)長(zhǎng)度序列碼，M＝2n。</p><p>　　最大線性序列碼（m序列碼），M=2n－1。</p><p>　　任意循環(huán)長(zhǎng)度序列碼，M＜2n[19]。</p><p>　　3.5 m序列的基本特性</p><p>　　歸納起來(lái)，m序列的基本特性有：</p><p>　　由n級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期

44、為N=2n-1；</p><p>　　在每個(gè)周期中，“1”碼出現(xiàn)2n-1次，“0”碼出現(xiàn)2n-1-1次，即0,1出現(xiàn)的概率幾乎相等。</p><p>　　m序列和其移位后的序列逐位模二相加，所得的序列還是m序列，只是相移不同而已。例如1110100與向右移三位的1001110，模二相加后的結(jié)果是0111010，相當(dāng)于原序列向右移一位后的序列，仍是m序列。</p><p&

45、gt;　　m序列發(fā)生器中移位寄存器的各種狀態(tài)，除全0狀態(tài)外，其它狀態(tài)只在序列中出現(xiàn)一次。如7位m序列中順序出現(xiàn)的狀態(tài)為：111，110，101，010，100，001和011，然后再回到初始狀態(tài)。</p><p>　　分布無(wú)規(guī)律，具有與白噪聲相似的偽隨機(jī)性[20]。</p><p>　　3.6 m序列結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　m序列是由多級(jí)移位寄存器的基礎(chǔ)上，加上

46、異或反饋電路構(gòu)成的。在二進(jìn)制移位寄存器發(fā)生器中，若為n級(jí)，則能產(chǎn)生的最大長(zhǎng)度的碼序列為2n-1位?，F(xiàn)在來(lái)看看如何由多級(jí)移位寄存器經(jīng)線性反饋產(chǎn)生周期性的m序列的。如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 簡(jiǎn)單最長(zhǎng)線性序列信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　這是一個(gè)簡(jiǎn)單最長(zhǎng)線性序列信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖，D1，D2，D3為三級(jí)移位寄存器。</p><p>　　3.7

47、 m序列產(chǎn)生的基本原理</p><p>　　移位寄存器的作用為在時(shí)鐘脈沖驅(qū)動(dòng)下，能將暫存的“0”或“ 1”逐級(jí)向右。模二加法器的作用為圖3-2所示，即0+0=0,0+1=1,1+0=1，1+1=0。圖3.1中D2，D3輸出的模二和反饋為D1的輸入。在圖3.3中示出，在時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，三級(jí)移位存儲(chǔ)器的暫存數(shù)據(jù)按列改變。D3的變化即輸出序列。如移位寄存器各級(jí)的初始狀態(tài)為111時(shí)，輸出的序列為1110010。在輸出周

48、期為23-1=7時(shí)，D1，D2，D3又回到111狀態(tài)。在時(shí)鐘脈沖的驅(qū)動(dòng)下，輸出序列作周期性的重復(fù)。因7位為其所能產(chǎn)生的最長(zhǎng)碼序列，1110010則為m序列。</p><p>　　這一個(gè)簡(jiǎn)單的例子說(shuō)明：m序列的最大長(zhǎng)度取決于移位寄存器的級(jí)數(shù)，而碼的結(jié)構(gòu)取決于反饋抽頭的位置和數(shù)量。不同抽頭組合可以產(chǎn)生不同長(zhǎng)度和不同結(jié)構(gòu)的碼序列，有的抽頭組合并不能產(chǎn)生最長(zhǎng)周期的序列。對(duì)于何種抽頭能產(chǎn)生何種長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)的碼序列，已經(jīng)進(jìn)行了

49、大量的研究工作?，F(xiàn)在已經(jīng)得到3—100級(jí)m序列發(fā)生器的連接圖和所產(chǎn)生的m序列結(jié)構(gòu)，如表3.1所示，例如，4級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的15位m序列為111101011001000。同理，我們不難根據(jù)m序列反饋函數(shù)表得到31，63，127，255，511，1023…位的m序列。</p><p><b>　　圖3.2 模二加法</b></p><p>　　表3.1 m序列反饋函數(shù)表

50、</p><p>　　由上面的簡(jiǎn)單7位m序列發(fā)生器的例子，我們可以得出n級(jí)m序列發(fā)生器的示意圖及反饋函數(shù)是如何產(chǎn)生的.如圖3.4所示:</p><p>　　圖3.3線性反饋移位寄存器序列的產(chǎn)生示意圖</p><p>　　這個(gè)線性序列信號(hào)發(fā)生器是由n級(jí)移位寄存器，加上異或反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。其中C0，C1…Cn為反饋系數(shù)，這些特征系數(shù)的取值為“0”或“1”，由異或網(wǎng)絡(luò)組合

51、邏輯產(chǎn)生的輸出an，如圖3.5所示：</p><p><b>　　圖3.5</b></p><p>　　上式可根據(jù)已得出的m序列反饋函數(shù)表得出。</p><p>　　值得注意的是，與m序列碼相似的是M序列碼。</p><p>　　如果反饋邏輯中的運(yùn)算含有乘法運(yùn)算或其它邏輯運(yùn)算，則成為非線性反饋邏輯。由非線性反饋邏輯和移位

52、寄存器構(gòu)成的序列發(fā)生器所能產(chǎn)生最大長(zhǎng)度序列就叫做最大長(zhǎng)度非線性移位寄存器序列，或叫做M序列，M序列的最大長(zhǎng)度為2n。</p><p>　　在實(shí)際工程應(yīng)用中，m序列比較成熟，但M序列與m序列相比較，最大的優(yōu)點(diǎn)就是數(shù)量大，即同樣級(jí)數(shù)N的移位寄存器能夠產(chǎn)生平移不等價(jià)M序列的總數(shù)比m序列大的多，且隨N的增大而迅速增加。 </p><p>　　3.8 m序列的產(chǎn)生</p><p

53、>　　對(duì)前面兩節(jié)內(nèi)容的介紹，我們已經(jīng)對(duì)m序列的基本特性和相關(guān)原理有了初步的了解，本節(jié)主要闡述m序列是怎么產(chǎn)生的。</p><p>　　m序列是數(shù)字電路在通信中比較常用的一種形式。m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法很多，既可以用硬件（反饋移位寄存器）通過(guò)加法器產(chǎn)生，也可以有軟件產(chǎn)生。鑒于本文是對(duì)m序列的初步研究，所以接下來(lái)只討論用硬件方法實(shí)現(xiàn)7位m序列碼發(fā)生器。</p><p>　　m序列碼

54、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(zhǎng)度為M=2n-1，只有一個(gè)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，因此可以根據(jù)查表的方式（表3-1）反饋函數(shù)F和移存器位數(shù)n的對(duì)應(yīng)關(guān)系。</p><p>　　本文研究M=1023的m序列碼，首先根據(jù)M=2n-1，確定n=10，再查表可得反饋函數(shù)F。從而得出電路設(shè)計(jì)方法、邏

55、輯電路圖。</p><p>　　4. 設(shè)計(jì)涉及軟件介紹</p><p>　　4.1 Protel的簡(jiǎn)要介紹</p><p>　　Protel是Protel公司在80年代末推出的一款功能強(qiáng)大的電路CAD軟件。</p><p>　　其所設(shè)計(jì)的電子電路的產(chǎn)品，涵蓋了從小型的電子產(chǎn)品，一直到復(fù)雜的電子計(jì)算機(jī)是目前國(guó)內(nèi)電子行業(yè)使用最為廣泛的電路設(shè)計(jì)

56、軟件。我所應(yīng)用的PROTEL 99SE是Protel公司推出的最新版本應(yīng)用于電路原理圖設(shè)計(jì)，電路板設(shè)計(jì)等，是EDA行業(yè)的主流產(chǎn)品。它不僅在繪制原理圖，PCB版布局布線等方面功能更加完善，而且為用戶提供了功能強(qiáng)大，使用方便的仿真器，它可以對(duì)所畫的電路原理圖進(jìn)行即時(shí)仿真，因此在電路的整個(gè)設(shè)計(jì)周期都可以仿真查看和分析其性能指標(biāo)，以及便時(shí)的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題并加以修正，從而更好的完成電路設(shè)計(jì)。Protel基于Windows環(huán)境，功能強(qiáng)大，人機(jī)

57、界面友好，能讓人們?cè)诰哂性谕暾墓δ墉h(huán)境下，提升設(shè)計(jì)上的品質(zhì)和效率[21]。</p><p>　　4.2 PROTEL 99SE軟件的組成和特點(diǎn)</p><p>　　4.2.1 PROTEL 99SE軟件的組成</p><p>　　Protel 99se由五大系統(tǒng)構(gòu)成：</p><p>　　1.原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)---原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)是用于原理圖

58、設(shè)計(jì)的Advanced Schematic系統(tǒng)。這部分包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器Sch以及用于修改生成零件的零件庫(kù)編輯器SCHLib。</p><p>　　2.印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)---印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用于電路板設(shè)計(jì)的Advanced PCB。這部分包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器PCB以及用于修改，生成零件封裝的零件封裝編輯器PCBLib。</p><p>　　3.信號(hào)模擬仿真系

59、統(tǒng)---信號(hào)模擬仿真系統(tǒng)是用于原理圖上進(jìn)行信號(hào)模擬仿真的SPICE 3f5系統(tǒng)。</p><p>　　4.可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)---可編程邏輯設(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于CUPL的集成于原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的PLD設(shè)計(jì)系統(tǒng)。</p><p>　　5.Protel 99se內(nèi)置編輯器---這部分包括用于顯示，編輯文本的文本編輯器Text和用于顯示，編輯電子表格的電子表格編輯器Spread。</p>

60、<p>　　4.2.2 PROTEL 99SE軟件的主要特點(diǎn)</p><p>　　1. PROTEL 99SE系統(tǒng)針對(duì)WindowsNT4/9X作了純32位代碼優(yōu)化，使得PROTEL 99SE設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定而高效。</p><p>　　2.SmartTool(智能工具)技術(shù)將所有的設(shè)計(jì)工具集成在單一的設(shè)計(jì)環(huán)境中：SmartDoc(智能文檔)技術(shù)將所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在單一的設(shè)

61、計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中，有設(shè)計(jì)管理器來(lái)統(tǒng)一管理；SmartTeam（智能工作組）技術(shù)能讓通過(guò)網(wǎng)絡(luò)安全地對(duì)同一設(shè)計(jì)進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，再通過(guò)工作組管理功能將各個(gè)部分集成到設(shè)計(jì)管理器中。</p><p>　　3.對(duì)電路印刷版設(shè)計(jì)時(shí)的自動(dòng)布局采用不同的兩種布局方式，即組群式和基于統(tǒng)計(jì)方式，新增加了自動(dòng)布局規(guī)則設(shè)計(jì)功能；增強(qiáng)的交互式布局和布線模式。</p><p>　　4.電路板信號(hào)完整性規(guī)則設(shè)計(jì)和檢查功能可以檢測(cè)

62、出潛在的阻抗匹配，信號(hào)傳播延時(shí)和信號(hào)過(guò)載等問(wèn)題：廣泛的集成向?qū)Чδ芤龑?dǎo)設(shè)計(jì)人員完成復(fù)雜的工作。</p><p>　　5.原理圖到印刷電路板的更新功能加強(qiáng)了Sch和PCB之間的聯(lián)系；可以用標(biāo)準(zhǔn)或用戶自定義模板來(lái)生成新的原理圖文件；集成的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)收集了超過(guò)6000個(gè)元器件。</p><p>　　6.通過(guò)完整的SPICE 3f5仿真系統(tǒng)可以在原理圖中直接進(jìn)行信號(hào)仿真；可以選擇超過(guò)60種工業(yè)

63、標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)電路板布線模塊，或者用戶可以自己生成一個(gè)電路板模塊。</p><p>　　PROTEL 99SE軟件在仿真方面的特點(diǎn)：</p><p>　　PROTEL 99SE提供了高級(jí)數(shù)模器件混合仿真器，它可以精確地仿真各種器件構(gòu)成的電路，在仿真方面的特點(diǎn)有：</p><p><b>　　1.強(qiáng)大的分析功能</b></p><

64、p>　　用戶可以根據(jù)PROTEL 99SE電路仿真器提供的功能，分析設(shè)計(jì)電路的各個(gè)方面的性能，如電路的交直流特性，溫度漂移，噪聲，失真，容差，最壞情況等特性。</p><p><b>　　2.豐富的信號(hào)源</b></p><p>　　其中包括基本的信號(hào)源:直流源，正旋源，脈沖源，指數(shù)源，單頻調(diào)頻源，分段線性源，同時(shí)還提供了豐富的線性和非線性源。</p>

65、;<p>　　3.充分的模型仿真庫(kù)</p><p>　　PROTEL 99SE提供了20多個(gè)數(shù)字和模擬仿真元件庫(kù)，共包含6000多個(gè)常用元器件。這組庫(kù)中包括常用的二極管，三極管，單結(jié)晶體管，變壓器，晶閘管，雙向雙晶閘管等分立組件，還有大量的數(shù)字器件和其它電路器件。</p><p><b>　　4.友好的操作界面</b></p><p&

66、gt;　?。?）無(wú)需手工編寫電路網(wǎng)表文件。系統(tǒng)將根據(jù)所畫的電路圖自動(dòng)生成網(wǎng)表文件并進(jìn)行仿真。</p><p>　?。?）通過(guò)對(duì)話框完成電路分析各參數(shù)設(shè)置。</p><p>　?。?）方便的觀察波形信號(hào)?？赏瑫r(shí)顯示多個(gè)波形，也可單獨(dú)顯示某個(gè)波形；對(duì)波形進(jìn)行多次局部放大，也可將兩個(gè)波形放置與同一個(gè)單元格內(nèi)進(jìn)行顯示并分析比較兩者的差別。</p><p>　?。?）強(qiáng)大的波

67、形信號(hào)后處理，可利用各數(shù)字函數(shù)對(duì)波形進(jìn)行各種分析運(yùn)算并創(chuàng)建一個(gè)新的波形。</p><p>　?。?）方便的測(cè)量輸出波形。PROTEL 99SE提供了兩個(gè)測(cè)量光標(biāo)，打開(kāi)它們可測(cè)量波形數(shù)據(jù)。</p><p>　　4.3 用PROTEL 99SE軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基本步驟</p><p>　　用PROTEL 99SE軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的基本步驟是：</p>&

68、lt;p><b>　　1.設(shè)計(jì)電路原理圖</b></p><p>　　電路原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此電路原理圖要設(shè)計(jì)好，以免影響后面的設(shè)計(jì)工作。電路原理圖的的設(shè)計(jì)一般有以下幾個(gè)步驟：</p><p>　?。?）設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境；</p><p><b>　?。?）放置元件；</b></p>

69、<p><b>　?。?）原理圖布線；</b></p><p><b>　?。?）編輯和整理；</b></p><p><b>　?。?）檢查原理圖</b></p><p><b>　?。?）生成網(wǎng)絡(luò)表。</b></p><p><b&g

70、t;　　2.設(shè)計(jì)印刷電路板</b></p><p><b>　?。?）規(guī)劃電路板；</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計(jì)參數(shù)；</b></p><p><b>　?。?）裝入網(wǎng)絡(luò)表；</b></p><p><b>　?。?）元器件布局；<

71、/b></p><p><b>　?。?）自動(dòng)布線；</b></p><p><b>　　（6）手工調(diào)整。</b></p><p>　　4.4 10級(jí)m序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)</p><p>　　下面以7位m序列碼發(fā)生器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)明PROTEL 99SE在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。</p>

72、<p><b>　　1.設(shè)計(jì)電路原理圖</b></p><p>　　原理圖最基本的要求是正確性，其次是布局合理，最后是在正確性和布局合理的前提下要求美觀。根據(jù)以上的電路圖設(shè)計(jì)步驟，7位m序列發(fā)生器的</p><p><b>　　設(shè)計(jì)過(guò)程如下：</b></p><p>　　(1)啟動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)服務(wù)器</p&g

73、t;<p>　　進(jìn)入PROTEL 99SE，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，執(zhí)行File/New命令，從框圖則服務(wù)器（Schematic Document）圖標(biāo),雙擊該圖標(biāo)，建立原理圖設(shè)計(jì)文檔。雙擊圖標(biāo)，進(jìn)入原理圖設(shè)計(jì)服務(wù)器。如圖4.1所示：</p><p>　　圖4.1 建立文檔截圖</p><p>　　(2)設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境</p><p>　　執(zhí)行Design

74、/Options和Tool/Preferences，設(shè)置圖紙大小，捕捉柵格，電器柵格等。</p><p>　　(3)裝入所需的元件庫(kù)</p><p>　　在設(shè)計(jì)管理器中選擇Browse SCH頁(yè)面，在Browse區(qū)域中的下拉菜單框中選擇Library，單擊Add/Remove按鈕，在彈出的子窗口中尋找PROTEL 99SE子目錄，在該目錄中選擇Library/SCH路徑，在元件庫(kù)列表中選擇

75、所需的元件庫(kù)，單擊Add按鈕，即可把元件庫(kù)添加到元件庫(kù)管理器中。如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2 元件庫(kù)截圖</p><p><b>　　(4)放置元件</b></p><p>　　根據(jù)電路的需要，在元件庫(kù)中找出所需的元件，然后用元件管理器的Place按鈕將元件放在工作上，再根據(jù)元件之間的走線把元件調(diào)整好。</p>

76、<p><b>　　(5)原理圖布線</b></p><p>　　利用PROTEL 99SE提供的各種工具，指令進(jìn)行布線，將工作平面上的器件用電器意義的導(dǎo)線，符號(hào)連接起來(lái)，再根據(jù)元件之間的走線吧元件調(diào)整好。</p><p><b>　　(6)編輯和調(diào)整</b></p><p>　　利用PROTEL 99SE所提供

77、的各種強(qiáng)大功能對(duì)原理圖進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和修改，以保證原理圖的正確和美觀。同時(shí)對(duì)元件編號(hào)，封裝進(jìn)行定義和設(shè)定。</p><p><b>　　(7)檢查原理圖</b></p><p>　　使用PROTEL 99SE的電氣規(guī)則，即執(zhí)行菜單命令Tool/REC對(duì)畫好的電路圖進(jìn)行電氣規(guī)則的檢查。若有錯(cuò)誤進(jìn)行改正。</p><p><b>　?。?/p>

78、8）生成網(wǎng)絡(luò)表</b></p><p>　　網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖設(shè)計(jì)和印刷電路板之間的橋梁，執(zhí)行菜單命令Design/Creat Netlist可以生成具有文件名，元件封裝，參數(shù)及元件之間連接關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)表。</p><p>　　經(jīng)過(guò)以上步驟，完成了對(duì)10級(jí)m序列碼發(fā)生器的電路原理圖的設(shè)計(jì)。如</p><p><b>　　圖4.3所示：</b

79、></p><p>　　圖4.3 10級(jí)m序列發(fā)生器電路原理設(shè)計(jì)圖</p><p><b>　　印刷電路板的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　電路設(shè)計(jì)的最終目的是為了出設(shè)計(jì)電子產(chǎn)品，而電子產(chǎn)品的物理結(jié)構(gòu)</p><p>　　是通過(guò)印刷電路板實(shí)現(xiàn)的。PROTEL 99SE為設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)完整的電路板設(shè)計(jì)環(huán)境，使電路

80、設(shè)計(jì)更加方便有效。應(yīng)用PROTEL 99SE設(shè)計(jì)印刷電路板的過(guò)程如下：</p><p>　　啟動(dòng)印刷電路板設(shè)計(jì)服務(wù)器</p><p>　　執(zhí)行菜單File/New命令，從框中選擇PCB設(shè)計(jì)服務(wù)器（PCB Document）</p><p>　　圖標(biāo)，建立PCB設(shè)計(jì)文檔。雙擊文檔圖標(biāo)，進(jìn)入PCB設(shè)計(jì)服務(wù)器界面。如圖4.4所示：</p><p>

81、　　圖４.４ 建立PCB文檔</p><p><b>　　（2）規(guī)劃電路板</b></p><p>　　根據(jù)要設(shè)計(jì)的電路確定電路板大小。選取Keep Out Layer復(fù)選框，執(zhí)行菜單命令Place/Keepout/Track，繪制電路班的邊框。執(zhí)行菜單Design/Options，在“Singal Lager”中選擇Bottom Lager，把電路板定義為單面板。&

82、lt;/p><p><b>　?。?）設(shè)置參數(shù)</b></p><p>　　參數(shù)設(shè)置是電路板設(shè)計(jì)非常重要的步驟，執(zhí)行菜單命令Design/Rules，左鍵單擊Routing按鈕，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在規(guī)則類中（Rules Class）設(shè)計(jì)參數(shù)。</p><p>　?。?）裝入元件封裝庫(kù) </p><p>　　執(zhí)行菜單命令Desig

83、n/Add/Remove library，在“添加/刪除元件庫(kù)”對(duì)話框中，選取所有元件對(duì)應(yīng)的元件封裝庫(kù)。</p><p><b>　?。?）狀如網(wǎng)絡(luò)表</b></p><p>　　執(zhí)行菜單Design/Load Nets命令，然后在彈出的窗口單擊Browse按鈕，再在彈出的窗口中選擇電路原理圖設(shè)計(jì)生成的網(wǎng)絡(luò)表文件（擴(kuò)展名為NET），如果沒(méi)有錯(cuò)誤，單擊Execute。若

84、出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須更改錯(cuò)誤。</p><p><b>　?。?）元器件布局</b></p><p>　　PROTEL 99SE既可以進(jìn)行自動(dòng)布局，也可以進(jìn)行手動(dòng)布局，執(zhí)行菜單Tool/Auto Placement/Auto Placer可以自動(dòng)布局。布局是布線關(guān)鍵性的一步，為了布局更加合理，做好采用手工布局方式。</p><p><b>

85、　?。?）自動(dòng)布線</b></p><p>　　PROTEL 99SE采用世界最先進(jìn)的無(wú)網(wǎng)絡(luò)，基于形狀的對(duì)角線自動(dòng)布線 </p><p>　　技術(shù)。執(zhí)行菜單命令A(yù)uto Routing/All，并在彈出的窗口中單擊Route </p><p>　　All按鈕，程序即對(duì)電路印刷板進(jìn)行自動(dòng)布線。只要設(shè)置有關(guān)參數(shù)，</p><p>　　

86、元件布局合理，自動(dòng)布線的成功率是100%的。</p><p>　?。?）手工調(diào)成自動(dòng)布線結(jié)束后可能存在一些令人不滿意的地方，可以手工調(diào)整，把電路板設(shè)計(jì)的盡善盡美。</p><p>　?。?）打印輸出電路印刷板圖執(zhí)行菜單File/Print/Preview，形成擴(kuò)展名為PPC的文件，在執(zhí)行菜單命令File/Print job就可以打印輸出印刷板電路圖。如圖4.5所示：</p>

87、<p>　　圖4.5 10級(jí)m序列發(fā)生器PCB印刷電路圖</p><p>　　4.5 MAX+PLUS II簡(jiǎn)介</p><p>　　Max+plusⅡ是Altera公司上一代的PLD開(kāi)發(fā)軟件，提供的FPGA/CPLD開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，Altera是世界上最大可編程邏輯器件的供應(yīng)商之一。Max+plusⅡ界面友好，使用便捷，被譽(yù)為業(yè)界最易用易學(xué)的EDA軟件。在Max+plusⅡ上可以

88、完成設(shè)計(jì)輸入、元件適配、時(shí)序仿真和功能仿真、編程下載整個(gè)流程，它提供了一種與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的設(shè)計(jì)環(huán)境，使設(shè)計(jì)者能方便地進(jìn)行設(shè)計(jì)輸入、快速處理和器件編程。目前Altera已經(jīng)停止開(kāi)發(fā)MaxplusII，而轉(zhuǎn)向QuartusII軟件平臺(tái)。</p><p>　　4.6 MAX+PLUS II軟件特點(diǎn)</p><p><b>　　1、開(kāi)放的界面</b></p><

89、;p>　　Max+plusⅡ支持與Cadence，Exemplarlogic，Mentor Graphics，Synplicty，Viewlogic和其它公司所提供的EDA工具接口。</p><p><b>　　2、與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)</b></p><p>　　Max+plusⅡ系統(tǒng)的核心Complier支持Altera公司的FLEX10K、FLEX8000、FLEX

90、6000、MAX9000、MAX7000、MAX5000和Classic可編程邏輯器件，提供了世界上唯一真正與結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的可編程邏輯設(shè)計(jì)環(huán)境。</p><p><b>　　3、完全集成化</b></p><p>　　Max+plusⅡ的設(shè)計(jì)輸入、處理與較驗(yàn)功能全部集成在統(tǒng)一的開(kāi)發(fā)環(huán)境下，這樣可以加快動(dòng)態(tài)調(diào)試、縮短開(kāi)發(fā)周期。</p><p><

91、;b>　　4、豐富的設(shè)計(jì)庫(kù)</b></p><p>　　Max+plusⅡ提供豐富的庫(kù)單元供設(shè)計(jì)者調(diào)用，其中包括74系列的全部器件和多種特殊的邏輯功能（Macro-Function）以及新型的參數(shù)化的兆功能（Mage-Function）。</p><p><b>　　5、模塊化工具</b></p><p>　　設(shè)計(jì)人員可以從各

92、種設(shè)計(jì)輸入、處理和較驗(yàn)選項(xiàng)中進(jìn)行選擇從而使設(shè)計(jì)環(huán)境用戶化。</p><p>　　6、硬件描述語(yǔ)言（HDL）</p><p>　　Max+plusⅡ軟件支持各種HDL設(shè)計(jì)輸入選項(xiàng)，包括VHDL、Verilog HDL和Altera自己的硬件描述語(yǔ)言AHDL。</p><p>　　7、Opencore特征</p><p>　　Max+plusⅡ軟

93、件具有開(kāi)放核的特點(diǎn)，允許設(shè)計(jì)人員添加自己認(rèn)為有價(jià)值的宏函數(shù)。</p><p>　　4.7 VHDL語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)</p><p>　　10級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生的程序</p><p>　　LIBRARY IEEE;</p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; </p><p>　　USE IE

94、EE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; </p><p>　　USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; 調(diào)用庫(kù)及函數(shù)</p><p>　　ENTITY LP IS 定義實(shí)體</p><p>　　PORT(clk:IN STD_LOGIC;</p&

95、gt;<p>　　Reset :IN STD_LOGIC;</p><p>　　b:OUT STD_LOGIC); 定義端口管腳</p><p>　　END LP; 結(jié)構(gòu)名</p><p>　　ARCHITECTURE sample OF LP IS</p&g

96、t;<p>　　COMPONENT dff</p><p>　　PORT(d,clk:IN STD_LOGIC;</p><p>　　q:OUT STD_LOGIC); </p><p>　　END COMPONENT;</p><p>　　SIGNAL z:STD_LOGIC_VECTOR(9 DOWNTO 0)

97、:="0000000000";</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　gl:FOR i IN 0 to 8 GENERATE</p><p>　　dffx:dff PORT MAP(Z(i),clk,z(i+1));</p><p>　　END GENERATE ;<

98、;/p><p>　　PROCESS(clk)IS</p><p><b>　　BEGIN</b></p><p>　　IF (rising_edge(clk))THEN</p><p>　　IF (z="0000000000")THEN</p><p>　　z(0)<=

99、9;1';</p><p><b>　　ELSE</b></p><p>　　Z(0)<=z(6)XOR Z(9) </p><p><b>　　END IF;</b></p><p><b>　　END IF;</b>

100、</p><p>　　END PROCESS;</p><p><b>　　b<=z(9);</b></p><p>　　END ARCHITECTURE sample;</p><p>　　4.8 仿真數(shù)據(jù)及結(jié)果</p><p>　　10級(jí)偽隨機(jī)信號(hào)產(chǎn)生的仿真圖</p>&l

101、t;p><b>　　5. 結(jié)論</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我了解了CPLD的特點(diǎn)以及其設(shè)計(jì)方法，基本掌握了MAX+PLUS II的使用方法和VHDL語(yǔ)言的編寫特點(diǎn)，PROTEL 99SE軟件的基本特點(diǎn)及繪制原理圖、PCB圖的方法。雖然在整個(gè)設(shè)計(jì)中不乏很多遺憾的地方，但是學(xué)到了工程設(shè)計(jì)的基本流程和方法，同時(shí)在面對(duì)困難時(shí)，我也感受到應(yīng)具

102、備堅(jiān)忍不拔，迎難而上的精神。</p><p>　　2013年3月，我開(kāi)始了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，5月我開(kāi)始論文工作，時(shí)至今日，論文基本完成。從最初的茫然，到慢慢的進(jìn)入狀態(tài)，再到對(duì)思路逐漸的清晰，整個(gè)寫作過(guò)程難以用語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。歷經(jīng)了幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，緊張而又充實(shí)的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于落下了帷幕?；叵脒@段日子的經(jīng)歷和感受，我感慨萬(wàn)千，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我擁有了無(wú)數(shù)難忘的回憶和收獲。 </p><p>　

103、　3月，在與導(dǎo)師的交流討論中我的題目定了下來(lái)，是：m序列發(fā)生器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。當(dāng)選題定下來(lái)的時(shí)候，我當(dāng)時(shí)便立刻著手資料的收集工作中，當(dāng)時(shí)面對(duì)浩瀚的書海真是有些茫然，不知如何下手。而且實(shí)現(xiàn)m序列有單片機(jī)和春硬件電路兩種方法，這是我更加迷茫。我將這一困難告訴了導(dǎo)師，在導(dǎo)師細(xì)心的指導(dǎo)下，終于使我對(duì)自己現(xiàn)在的工作方向和方法有了掌握。 </p><p>　　在搜集資料的過(guò)程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本。我在學(xué)校圖書館搜集資料，

104、還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上或下載，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時(shí)和同組同學(xué)進(jìn)行溝通。 </p><p>　　4月初，資料已經(jīng)查找完畢了，我開(kāi)始著手程序編寫、電路設(shè)計(jì)。在編寫過(guò)程中遇到困難我就及時(shí)和導(dǎo)師聯(lián)系，并和同學(xué)互相交流，請(qǐng)教專業(yè)課老師。在大家的幫助下，困難一個(gè)一個(gè)解決掉，程序逐漸完善。 </p><

105、;p>　　5月初，程序已經(jīng)完成。5月開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)論文寫作。當(dāng)我終于完成了所有設(shè)計(jì)、編程、調(diào)試、仿真、論文排版、校對(duì)的任務(wù)后整個(gè)人都很累，但同時(shí)看著電腦熒屏上的畢業(yè)設(shè)計(jì)稿件我的心里是甜的，我覺(jué)得這一切都值了。這次畢業(yè)論文的制作過(guò)程是我的一次再學(xué)習(xí)，再提高的過(guò)程。在論文中我充分地運(yùn)用了大學(xué)期間所學(xué)到的知識(shí)。 </p><p>　　我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資

106、料的日子里，面對(duì)無(wú)數(shù)書本的羅列，最難忘的是每次找到資料時(shí)的激動(dòng)和興奮；親手編寫程序的時(shí)間里，調(diào)試好沒(méi)一條程序?qū)崿F(xiàn)時(shí)那幸福的心情；為了論文我曾趕稿到深夜，但看著親手打出的一字一句，心里滿滿的只有喜悅毫無(wú)疲憊。這段旅程看似荊棘密布，實(shí)則蘊(yùn)藏著無(wú)盡的寶藏。我從資料的收集中，掌握了很多EDA技術(shù)，偽隨機(jī)信號(hào)的知識(shí)，讓我對(duì)我所學(xué)過(guò)的知識(shí)有所鞏固和提高，并且讓我對(duì)當(dāng)今偽隨機(jī)信號(hào)的最新發(fā)展技術(shù)有所了解。在整個(gè)過(guò)程中，我學(xué)到了新知識(shí)，增長(zhǎng)了見(jiàn)識(shí)。在今后

107、的日子里，我仍然要不斷地充實(shí)自己，爭(zhēng)取在所學(xué)領(lǐng)域有所作為。 </p><p>　　腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)我實(shí)際能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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