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1、湖南工业大学本科毕业设计（论文） 34湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘要伪随机码又称伪随机序列, 是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制, 又具有随机统计特性的二进制码序列。在现代工程实践中, 伪随机信号在移动通信、导航、雷达和保密通信、通信系统性能的测量等领域中有着广泛的应用。例如, 在连续波雷达中可用作测距信号, 在遥控系统中可用作遥控信号, 在多址通信中可用作地址信号, 在数字通信中可用作群同步信号, 还可用作噪声源以及在保密通信中的加密作用等，伪随机发生器在测距、通信等领域的应用日益受到人们重视。本文提出了一种产生m序列的方法，并针对这种方法设计了一个系统。该系统包括PC机，控制器
2、和片外围电路CPLD，本文主要是针对控制器部分的设计。首先分析m序列的基本原理、结构、性质及产生方法,然后提出了整体设计思路，以单片机芯片AT89C2051作为控制器，利用MAX232实现与上位机的异步串行通信，并传送阶数信号给CPLD。CPLD通过原理图产生所需的m序列。接着利用PROTEL99SE软件完成硬件部分的设计，包括单片机最小系统，单片机与上位机的连接，单片机与CPLD的连接。最后是采用汇编程序语言完成软件部分的设计，包括单片机与上位机的通信，单片机对CPLD的控制。关键词：伪随机序列；m序列；单片机；PC机，CPLDABSTRACTPseudo random code is al
3、so called pseudorandom sequence, which can be determined in advance and can be repeatedly produced and reproduced, and have a random statistical properties of the binary code sequence. In modern engineering practice, pseudo random signal in mobile communication, navigation,radar and communication, c
4、ommunication system performance measurement are widely used in the field of. For example, continuous wave radar can be used as a ranging signal, the remote control system can be used as a remote control signal, a multiple access communication can be used as an address signal, digital communications
5、can be used as a group synchronization signal and can also be used as a source of noise and in secret communication encryption function. pseudo random number generator in location, communication etc. field application is increasingly paid attention to. This paper presents a m sequence generation met
6、hod, and the way to the design of a system.The system includes the PC machine, controller and peripheral circuit of CPLD, this paper is aimed at the control part of the design. The first analysis of the m sequence of basic principles, structure, properties and production method, and then put forward
7、 the overall design ideas, to the single chip AT89C2051 as the controller, using MAX232 to achieve computer asynchronous serial communication, and transmits the signal to the CPLD order number. Through the CPLD diagram to produce desired m sequences. Then use the PROTEL99SE software to complete the
8、hardware design, including the smallest single-chip system, MCU and PC connection, single chip computer and CPLD connection. The last is the use of assembly language to complete the software part of the design, including the MCU and computer communications, single-chip microcomputer to control CPLD.
9、Keywords: Pseudo-random sequence; m sequence; single chip microcomputer; PC, CPLD 目 录第1章 绪论11.1 研究课题的提出11.2 伪随机序列的应用及其意义11.2.1在通信加密中的应用11.2.2 在雷达信号设计中的应用21.2.3 在扩频通信中的应用21.3 伪随机序列研究现状31.4本论文主要研究内容3第2章 m序列伪随机码理论52.1伪随机码基本特性52.2 m序列伪随机码性质52.2.1 均衡特性（平衡性）52.2.2 游程特性（游程分布的随机性）52.2.3 移位相加特性（线性叠加性）62.2.4
10、自相关特性62.2.5 伪噪声特性72.3 m序列的产生7第3章 伪随机码发生器的系统设计113.1系统总体设计113.2 PC机与单片机通信部分113.3 基于单片机的控制器部分123.4 CPLD部分12第4章 伪随机码序列发生器的硬件设计144.1发生器主控芯片介绍144.1.1 AT89C205芯片144.1.2 MAX232芯片164.1.3 XC9500芯片174.2 m序列发生器控制器电路设计204.2.1 AT89C2051与PC的连接电路204.2.2 单片机AT89C2051与CPLD的连接电路214.2.3 电路原理图的制作22第5章 伪随机码序列发生器的控制器软件设计2
11、75.1异步串行通信技术275.1.1 异步串行通信275.1.2 串行通信协议285.1.3 89C2051串行口295.2 单片机与上位机的通信295.3 单片机控制CPLD30结论32参考文献33致谢34湖南工业大学本科毕业设计（论文）第1章 绪论1.1 研究课题的提出伪随机序列系列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数，并且有预先的可确定性和可重复性。这些特性使得伪随机序列得到了广泛的应用。1.2 伪随机序列的应用及其意义1.2.1在通信加密中的应用 m序列自相关性较好，容易产生和复制，而且具有伪随机性，利用m序列加密数字信号使加密后的信号在携带原始信息的同时具有伪噪声的特点，以达到
12、在信号传输的过程中隐藏信息的目的；在信号接收端，再次利用m序列加以解密，恢复出原始信号。利用m序列加密的码分多址(CDMA)通信码分多址具有如下几个优点：(1)抗干扰能力强在地址码相关特性较理想和频谱扩展程度较高的条件下，码分多址具有很强的抑制干扰能力，直接表现在扩频解调器的输出信噪比相对于输入信噪比要高得多。(2)较好的保密通信能力由于采用了扩频调制，在信道中传输所需的载波与噪声的功率比很低（约为-20dB），信号完全隐蔽在噪声、干扰之中，不易被发现；用独特的地址码进行扩频调制相当于一次加密，增加了破译的难度。 (3) 实现多址连接较灵活方便所以码分多址方式也以很快的增长速度在地面的移动通信
13、系统和无线接入网中应用，即将投入商用的第三代移动通信就是采用了码分多址方式。利用m序列加密的码分多址通信码的流程图如图1.1所示：信号源发送m序列发生器接受用户m序列发生器信道图1.1 m序列加密码分多址通信码流程图由图所示，信号源产生信号X经m序列发生器信号调制，得到一个加密信号E。该信号经发送，通过信道被用户接受。用户所得加密信号E按照相同的m序列发生器信号Y解调，将信号源信号X还原，使之能被用户使用。1.2.2 在雷达信号设计中的应用 近年兴起的扩展频谱雷达所采用的信号是已调制的具有类似噪声性质的伪随机序列，它具有很高的距离分辨力和速度分辨力。这种雷达的接收机采用相关解调的方式工作，能够
14、在低信噪比的条件下工作，同时具有很强的抗干扰能力。该型雷达实质上是一种连续波雷达，具有低截获概率性，是一种体制新、性能高、适应现代高技术战争需要的雷达。采用伪随机序列作为发射信号的雷达系统具有许多突出的优点。首先，它是一种连续波雷达，可以较好地利用发射机的功率。其次，它在一定的信噪比时，能够达到很好的测量精度，保证测量的单值性，比单脉冲雷达具有更高的距离分辨力和速度分辨力。最后，它具有较强的抗干扰能力，敌方要干扰这种宽带雷达信号，将比干扰普通的雷达信号困难得多。1.2.3 在扩频通信中的应用 扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication）的原理发表的很早，它是将待传
15、送的信息数据被伪随机编码也就是扩频序列调制，实现频谱扩展以后再在信道中传输，接收端则采用与发送端完全相同的编码进行解调和相关处理，从而恢复出原始的信息数据。从这里我们可以看出，扩展频谱通信（以下简称扩频通信）作为一种新的通信方式与一般的常见的窄带通信方式是不同的，它们刚好相反，它是在发送端经过扩展频谱以后，在信道中进行宽带传输，然后在接收端进行相关处理以及解扩后恢复成窄带后解调数据。恢复出原始信息数据。因此，扩频通信具有伪随机编码调制和相关处理两个特点。也正是这两个特点，使得扩频通信方式有许多优点:如抗干扰、抗噪音、抗多径衰落、具有保密性、功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率、可多址复用和任意选址、可以用于高精度测量等。正是由于扩频通信方式具有上述的优点，所以扩频通信虽然是一种新型的通信方式，但是引起了人们的广泛注意，得到了迅速的发展和广泛的应用。从扩频通信的应用发展来看，真正开始研究它的应用的是在上个世纪50年代中期美国开始的。刚开始一直用于军事通信领域，因为在军事通信中，一般通信方式在强干扰存在的情况下，很难准确的检测出发送来的信号，由于扩频通信具有很好的保密信和抗干扰性，所以首先
