M序列发生器设计及仿真
基于VHDL可编程m序列发生器的设计及应用
ｍ 序列 广泛应 用 于数字基 带信 号进行 加扰 ， 改 善 数字 序列 的位 定 时质 量 与 帧 同步 和 自适 应 时 域 均 衡性 能 ， 同时 也是 构 造 平衡 Ｇ Ｌ Ｏ Ｄ码 的基 础 ． 目 前 ， 序 列产 生 电路 的实 现方 法主要 有 ３种 ： ｉ ｎ １ ）门电路实 现 ． 方法设 计简 单 ， 随移位 寄 该 但 存 器级 数 的增长 ， 电路 装 调 困难 ， 占用 的 印制 板 且
计输 入 、 速处 理和器 件编 程 引． 快
线 性反 馈移 位寄存 器 的特征 多项 式 ：
摘要 ： 介绍 了在 实 际教 学 中应 用 Ｖ Ｌ设计 出一 种能产 生 １ 序 列数 字信 号 的发 生 器． ＨＤ Ｔ Ｉ 该序 列发 生 器具 有序 列长 度 和反 馈 连 接 设 置 ， 能产 生 多种 ｉ 列 波形 的 特 点． 软 件 上 采 用 Ａｔａ公 司 的 ｎ序 在 ｌｒ ｅ
种 序列 ． 在今 天 的数 字 信 号 的传 输 中 ， 发送 机往
往要 加扰码 器 ， 对应 的接 收 端要 加 解 扰器 ， ｎ 相 而 ｌ
序列 属 于伪 噪声 序列 和 伪 随 机序 列 ， 容 易产 生 、 它
规律 性强 、 很 好 的 自相 关 性 和 较 好 的互 相 关 特 有
一
２ Ｓ 程实现 ． ）Ｄ Ｐ编 该方 法专 业性 过强 ， 适合 不
实际教 学 中应 用． ３ Ｈ Ｌ与 Ｃ Ｌ ）Ｖ Ｄ Ｐ Ｄ实现 ． 由于 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ的高 集成
度， 而且 Ｖ Ｌ语 言 编程 较 为 方便 ， 可 以大 大减 ＨＤ 故
少 电路 的装调 的 困难．
Ｖ Ｄ Ｈ Ｌ已成 为 电子工 程 领 域 事实 上 的 通 用硬
基于VHDL的m序列伪随机信号发生器设计 精品
成都电子机械高等专科学校毕业设计论文作者姚世刚学号2009111733系部电子与电气工程系专业电子测量技术与仪器题目基于VHDL的m序列伪随机信号发生器的设计指导教师赵茂林评阅教师完成时间：2012年4 月30日毕业设计(论文)中文摘要题目：基于VHDL的m序列发生器的设计摘要：VHDL/CPLD即复杂可编程逻辑器件作为一种大规模集成电路，可根据用户的需要自行构造逻辑功能，可实现较大规模的电路设计，因此被广泛应用于产品的原型设计和产品生产之中。
几乎所有应用中小规模通用数字集成电路的场合均可应用CPLD器件。
本文介绍了基于CPLD的m序列发生器的设计方法。
关键词：CPLD；MAX+PLUS II；伪随机码；ｍ序列发生器毕业设计(论文)外文摘要Title : M—sequence Generator Based CPLDAbstract: VHDL/CPLD Complex Programmable Logic Device that is, as a large scale integrated circuits can be constructed according to the needs of users on their own logic, enabling large-scale circuit design, it is widely used in product design and prototype production into. Almost all applications of small and medium general-purpose digital integrated circuits may be applied CPLD devices occasions. This article describes the m-sequence generator based on CPLD design method.Key words: CPLD；MAX+PLUS II；Pseudorandom Code；m sequence code Generator目录前言 (6)1课题介绍 (7)1.1为什么研究此课题 (7)1.2伪随机序列的应用与意义 (7)1.3伪随机序列的研究现状 (8)1.4研究内容 (8)2设计中使用芯片及VHDL语言介绍 (9)2.1 CPLD芯片介绍 (9)2.1.1概述 (9)2.1.2 MAX7000特点 (9)2.1.3 EPM7128LC84-7 (11)3 伪随机序列介绍 (12)3.1 伪随机序列理论的发展史 (13)3.2 伪随机序列的构造方法 (13)4 序列信号发生器原理 (14)4.1序列信号发生器的设计 (15)4.1.1反馈移位型序列信号发生器 (15)4.1.2计数型序列码发生器 (18)5 移位寄存器 (20)5.1移位寄存器 (20)5.1.1 寄存器 (20)5.1.2移位寄存器 (21)5.2 线性反馈移位寄存器结构 (22)5.2.1 D触发器 (22)5.2.1.1 D触发器工作原理 (22)5.2.1.2 D触发器真值表 (23)5.2.1.3 特征方程 (23)5.2.1.4 状态转移图 (23)5.2.1.5时序图 (24)5.2.1.6 脉冲特性 (24)5.2.2异或门 (25)5.2.2.1 基本原理 (25)5.2.2.2 异或门逻辑符号 (25)5.2.2.3 逻辑表达式 (25)5.2.2.4 真值表 (25)5.3 线性反馈移位寄存器 (26)5.3.1 什么是反馈移位寄存器 (26)5.3.2 线性反馈移位寄存器 (26)5.3.3 性质 (26)6 伪随机信号 (27)6.1 伪随机信号 (27)6.2 m序列码发生器 (30)7 m序列性质 (33)7.1 均衡性 (33)7.2游程特性 (33)7.3 移位相加性 (33)7.4 相关特性 (33)7.5 伪随机特性 (34)8 序列信号发生器的设计和仿真实现 (35)8.1 m序列生成单元的电路设计 (35)8.1.1 系统组成 (35)8.1.2 程序方框图 (36)8.2 m序列发生器 (36)8.3 VHDL语言实现 (37)8.4 仿真数据及结论 (39)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (43)前言CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。
基于VHDL的多波形m序列发生器的设计
１ 、引言
ＶＨＤＬ（超高速硬件描述语言）是一种 符合 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ 工业标准的硬件描述语言，在 ＥＤＡ（电子设计自动化）领域得到广泛的 应用。应用 ＶＨＤＬ 进行电子系统设计，可 以使用自顶向下的设计方法，设计成果标 准化，可移植性好，具有与硬件无关的特 性，因此特别适合于大规模的专用电子系 统的开发。
３．２ 一般情况 为了得到纳米摩擦在一般情况下的规 律性，模拟过程中设置了相关可调参数，如 表 １ 所示。 在 ＫＢＴ＝０．１ ε，势能 ｕ０（０．０１ ε～０．０４ ε），ＵＰ（０．０３～０．０９），ＵＡ（０．０３～０．０９）情况 下，模拟 Ｃ 在（０．０３～０．０９）之间对摩擦系数 的影响。图 ３ 给出了不同势能 ｕ０ 大小，不 同 ＵＰ，ＵＡ 情况下得到的摩擦系数的倒数 随 Ｃ 的变化曲线。 由图可以看出，最显著的特点是在不 同摩擦条件下的摩擦系数倒数曲线随 Ｃ 的 变化在 Ｃ＝０．５ 处出现了汇聚且出现最小值， 而在两侧则离散增加。当 Ｃ＝０．５ 时出现摩 擦系数倒数最小值，也就是出现了摩擦系 数最大值，即在完全匹配的情况下出现摩 擦最大值。完全匹配处之所以出现摩擦最 大值的原因在于此时所有的附加原子步伐 统一，能够同时受到衬底原子的拉力而加 速移动，又能够同时受到阻力减速，相互之 间无法将能量转化为势能保存，而只能以 热量的形式进行耗散。曲线的聚合同时说 明对于纳米摩擦无论势能形式如何组合变 化，势能大小的如何变化，在对摩擦的调制 作用中界面晶格匹配度 Ｃ 对整个摩擦过程 的调制作用最为明显，在完全匹配的情况 下摩擦最大。 由图可以发现另一个特点，摩擦系数 在 Ｃ 为 ０．５ 两侧随Ｃ的增大或者减少而迅速 减小，但在 Ｃ 为 ０．８ 时出现了转折点。此转 折点在不同的条件下，对摩擦的调制作用 表现出不同程度的影响，说明此转折点为 复合势能情况下产生的影响，而这种调节 作用与势能周期比例 Ｕ Ｐ 和势能振幅比例 ＵＡ 之间存在非线性关系。转折点的出现原 因为附加原子在不同的衬底复合势能阱中 进行运动时受到衬底原子的拉扯作用产生 了强烈的声子振动所带来的影响，这种拉 扯作用主要受到势能振幅比例与势能周期 之间的比例关系的影响。当处于衬底势能 最高点时，附加原子将出现失稳并自动跳跃 到下一势能最低点，然后在此平衡位置剧烈 震荡和激发声子，从而使能量不可逆地以声
基于Matlab的m序列的仿真与实现
Ｆ（ｘ）＝Ｃ ＋Ｃ ｘ１＋Ｃ ｘ２＋…＝
０１
２
（２）
（３）生成函数（亦称序列多项式）可以表示为如下形式
Ｇ（ｘ）＝ａ ＋ａ ｘ１＋ａ ｘ２＋…＝
０１
２
当初始状态为
ａ ＝－ｒ＋２
－１
联立式（１）、（２）、（３）可得
（３） （４）
（５）
当初始状态不是 ａ ＝１，ａ ＝ａ ＝…＝ａ ＝０ 时，
－ｍ
－ｍ＋１ －ｒ＋２
－１
联立式（１）、（２）、（３）可得
图一 二进制序列发生器原理框图 由图一可得如下的几个表达式 （１）反馈逻辑可以表示为如下形式
（１）
（６）
由以上关系可知，知道了特征表达式就可以构建线性反 馈移位寄存器的结构，由线性反馈移位寄存器的结构就可以 知道反馈移位寄存器的反馈逻辑表达式，然后在给定初始条 件的情况下，通过运算就可得序列多项式，也就可以得到 ｍ
摘 要： ｍ 序列是一种典型的伪随机序列，它在扩频通信、流密码、信道编码等领域有着十分广泛的应用。本文介绍
了 ｍ 序列构造方法及基本性能，并利用 Ｍａｔｌａｂ 中的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 仿真系统及 Ｍ 语言编程实现它们的产生和分析。仿真结果验证
了该方法的正确性和可行性．
关键词： ｍ序列； Ｍａｔｌａｂ； 仿真
中图分类号：ＴＨ９１
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１－４７９２－（２００８）１－００６４－０２
Ａｂｓｔｒａｃｔ： ｍ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｉｓ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｐｓｅｕｄｏ－ｒａｎｄｏｍ ｓｅｑｕｅｎｃｅ， Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｓｐｒｅａｄ－ｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ， ｓｔｒｅａｍ ｃｉｐｈｅｒ， ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｄｉｎｇ， ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｆｉｅｌｄｓ． ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｍ ｓｅｑｕｅｎｃｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
基于a的m序列发生器的设计
摘要伪随机信号既有随机信号所具有的优良的相关性,又有随机信号所不具备的规律性. 因此,伪随机信号既易于从干扰信号中被识别和分离出来,又可以方便地产生和重复,其相关函数接近白噪声的相关函数,有随机噪声的优点,又避免了随机噪声的缺点. m序列是伪随机序列中最重要的序列中的一种伪随机序列具有可确定性、可重复性,易于实现相关接受或匹配接受,故有很好的抗干扰性能. 因此伪随机序列在相关辩识、伪码测距、导航、遥控遥测、扩频通信、多址通信、分离多径、误码测试、线形系统测量、数据加扰、信号同步等方面均有广泛的应用. m 序列是一类重要的伪随机序列,最早应用于扩频通信.可以通过移位寄存器,利用MATLAB编程产生m序列。
关键词: 伪随机序m 序列移位寄存器仿真目录第一章设计内容及要求 (1)第二章m序列设计方案选择2.1 方案一 (2)2.2 方案二 (2)第三章m序列产生和性质3.1 m 序列的原理、结构及产生 (4)3.2 m序列的基本性质 (5)第四章m序列的程序代码及运行结果4.1 m序列程序 (6)4.2 输入本原多项式产生m序列 (6)第五章程序调试及运行结果分析 (8)结论 (9)参考文献 (10)第一章设计内容及要求基于Matlab的m序列发生器的设计(1) 了解m序列的基本特性（游程特性）(2) 了解移位寄存器序列(3) 利用移位寄存器方法在Matlab中生成m序列第二章m序列设计方案选择2.1 方案一编程实现m 序列MATLAB编程非常简单，无需进行变量声明，可以很方便的实现m序列。
2.2方案二图2.2 Simulink 实现m 序列Simulink 实现m 序列(如图2.2所示)Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。
在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。
Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。
m序列的生成与仿真
M序列的生成原理与仿真1.1 m序列的生成r 级非退化的移位寄存器的组成如图1 所示，移位时钟源的频率为Rc。
r 级线性移位寄存器的反馈逻辑可用二元域GF(2)上的r 次多项式表示（1）图（1）r 级线性移位寄存器式(1)称为线性移位寄存器的特征多项式，其给出的表示反馈网络的而逻辑关系式是现行的。
因此成为线性移位寄存器。
对于动态线性移位寄存器，其反馈逻辑也可以用线性移位寄存器的递归关系式来表示（2）以式(1)为特征多项式的r 级线性反馈移位寄存器所产生的序列，其周期N≤2r−1。
假设以GF(2)域上r次多项式(1)为特征多项式的r级线性移位寄存器所产生的非零序列{ a i }的周期为N =2r−1，称序列为{ a i }是最大周期的r 级线性移位寄存器序列，简称m序列。
构造一个产生m 序列的线性移位寄存器，首先要确定本原多项式。
本原多项式确定后，根据本原多项式可构造出m 序列移位寄存器的结构逻辑图。
仿真时以n=6的6级移位寄存器为例，产生本源多项式的方法：n=6; %以6级寄存器为例，connections=gfprimfd(n,'all');f1=connections(4,:); %取一组本原多项式序列根据本院多项式确定的反馈系数做出反馈移位寄存器如图（2）所示图（2）m 序列发生器1.2 m 序列自相关函数1.2.1周期自相关函数编写周期自相关函数和非周期自相关函数，实验结果如下图（2）和（3）所示：图（2）m 序列周期自相关函数结论：周期自相关函数R (k )={63 k =0−1 otℎersm 序列周期自相关函数1.2.2非周期自相关函数图（3） m 序列非周期自相关函数1.3 m 序列的互相关函数选用的两个m 序列为一对优选对，以211作为基准本原多项式（反馈系数10001001），217作为配对本原多项式（反馈系数10001111），生成两个m 序列，求出互相关函数如图（4）和（5）：、图（4）m 序列互相关函数结论：互相关函数的取值{-1，-17，15}m 序列非周期自相关函数m 序列周期互相关函数m序列非周期互相关函数图（5）m序列非周期互相关函数1.4 附:matlab代码clear;clc;%%------生成m序列-----%%n=6; %以6级寄存器为例，connections=gfprimfd(n,'all');f1=connections(4,:); %取一组本原多项式序列registers1=[1 0 0 0 0 0 ];%给定寄存器的初始状态L=2^n-1; %周期长度sum1=0;for k=1:Lseq(k)=registers1(n); %m序列for j=1:n %进行模2加sum1=sum1+f1(j+1)*registers1(j); %各级寄存器送参与模2加的值sum1=mod(sum1,2);endfor t=n:-1:2 %寄存器移位registers1(t)=registers1(t-1);endregisters1(1)=sum1;sum1=0;end% %%----------------------自相关函数-------------------------%%% %-------非周期自相关函数--------%%a=1-2*seq;b=a;for i=1:LR(i)=sum(a.*b)b=[0 b(1:62)]endplot(R)title('m序列非周期自相关函数');% %-------周期自相关函数------%%% a=1-2*seq;% b=a;% for i=1:L% R(i)=sum(a.*b)% b=[b(63) b(1:62)]% end% plot(R);% title('m序列周期自相关函数');%%-------利用公式编写自相关函数验证---------------%% % a=seq1;% b=[a(1,63),a(1,1:62)];% L=length(b);% n=400;% x=1:n;% for k=1:n% c=xor(a,b);% D=sum(c);% A=L-D;% R(k)=(A-D)/(A+D);% b=[b(L),b(1:L-1)];% end% plot(x,R);% title('gold序列的自相关函数');% xlabel('τ');% ylabel('R(τ)');% grid;。
m序列发生器的设计与实现
第1章绪论1.1 课题背景在信息化社会，通信系统担负着信息传输、交换和处理的重要任务。
通信技术的发展代表了一个国家科学技术的发展现状，也成为国家经济发展的一个重要推动力。
扩展频谱通信是通信的一个重要分支和发展方向，它是扩展频谱技术和通信技术相结合的产物。
由于扩展频谱即使具有抗干扰能力强、截获率低、多址能力强、抗多径、保密性好及测距能力强等一系列的优点，使得扩展频谱通信越来越受到人们的重视。
随着大规模或超大规模集成电路技术、微电子技术、为处理技术的迅猛发展以及一些新型器件的广泛应用，扩展频谱通信的发展迈上了一个新的台阶，它不仅在军事通信中占有重要地位，而且正迅速地渗透到民用通信中。
可以毫不夸张地讲，在现代通信系统，特别是无线通信系统，没有扩展频谱技术，这些系统想生存都是比较困难的。
在扩展频谱系统中，伪随机序列起着重要的作用。
在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信息压缩，并使干扰信息功率扩展，提高了系统的抗干扰能力；在跳频系统中，用伪随机序列控制频率合成器产生的频率随机地跳变，躲避干扰；在跳时系统中，用伪随机序列控制脉冲发送的时间和持续时间。
由此可见，伪随机序列性能的好坏，直接关系到整个系统性能的好坏，是一个至关重要的问题。
m序列是最长线性移位寄存器序列，是伪随机序列中最重要的序列中的一种，这种序列易于产生，有优良的自相关特性。
在直扩系统中m序列用于扩展要传递的信号，在跳频系统中m序列用来控制跳频系统的频率合成器，组成随机跳频图案。
电子设计技术由于计算机技术的发展而产生了巨大变化。
本设计是利用电子设计方法，用电路图表示设计思想，用实验电路板搭载实验电路，进行模拟、仿真，用电子测试仪器进行功能、性能测试。
20世纪80年代，计算机辅助设计（CAD）技术开始发展，许多CAD工具软件开始流行。
在信息学科领域也和其他学科一样，计算机辅助设计技术步入了发展轨道。
由于电子科学是计算机科学的基础，计算机学科的发展离不开电子学科的支持，但是计算机科学又反作用于电子科学，加速了电子学科的发展。
m序列发生器
基于EWB的序列信号发生器分析和设计前言在当今电子设计领域，EDA设计和仿真是一个十分重要的设计环节。
在众多的EDA设计和仿真软件中，EWB软件以其强大的仿真设计应用功能，在各高校电信类专业电子电路的仿真和设计中得到了较广泛的应用。
EWB软件及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，更新设计理念有较大的好处。
EWB（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面友好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是EWB软件的一大特色。
它采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。
EWB软件所包含的虚拟仪表有：示波器，万用表，函数发生器，波特图图示仪，失真度分析仪，频谱分析仪，逻辑分析仪，网络分析仪等。
这些仪器的使用使仿真分析的操作更符合平时实验的习惯。
本次毕业设计主要是利用EWB软件来设计和仿真序列信号发生器，并结合理论进一步验证序列信号发生器的实际作用。
1 EWB软件的简介1.1 EWB软件的概述随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。
电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果。