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1、.1引言本文的主要内容是移位寄存器74LS194的研究和m序列码发生器的产生原理以及基于MAX+PLUSII、Protel99SE软件的实现。m序列码发生器的产生原理和实现是CDMA通信中的核心，具有重要的理论价值和广阔的应用前景。文中基于对74LS194移位寄存器的研究，对伪随机序列的特性及对m序列发生器的结构进行了分析，运用MAX+PLUSII的模拟仿真和Protel99SE进行印刷电路板设计，验证其正确性，最终产生m序列码。1.1研究此课题的目的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
2、的应用和意义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1。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
3、。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2。1.2.3在通信系统中的应用伪随机序列是一种貌似随机，实际上是有规律的周期性二进制序列，具有类似噪声序列的性质，在CDMA中，地址码都是从伪随机序列中选取的，在CDMA中使用一种最易实现的伪随机序列：m序列，利用m序列不同相位来区分不同用户；为了数据安全，在CDMA的寻呼信道和正向
4、业务信道中使用了数据掩码（即数据扰乱）技术，其方法是用长度为2的42次方减1的m序列用于对业务信道进行扰码（注意不是扩频），它在分组交织器输出的调制字符上进行，通过交织器输出字符与长码PN码片的二进制模工相加而完成。1.3伪随机序列研究现状迄今为止，人们获得的伪随机序列仍主要是PC（相控）序列，移位寄存器序列（m和M序列），Gold序列，GMW序列，级联GMW序列，Kasami序列，Bent序列，No序列。其中m序列是最有名和最简单的,也是研究的最透彻的序列。m序列还是研究其它序列的基础。它序列平衡，有最好的自相关特性，但互相关满足一定条件的族序列数很少(对于本原多项式的阶数小于等于13的m序
5、列，互为优选对的序列数不多于6)，且线性复杂度很小。1.4研究内容首先研究生成序列的反馈移位寄存器、反馈逻辑函数。主要研究它们的生成、随机特性以及相关特性。最后在理论证明的基础上应用QuartusII仿真验证它们的正确性并仿真作出m序列相关特性图形，用PROTEL99SE绘制原理图及PCB图。2移位寄存器2.1移位寄存器概述移位寄存器是数字系统中的重要逻辑部件，具有移位和寄存的功能，简称移存器。移存器从结构上看，是将若干触发器级联起来。按数据输入方式来分，有串行和并行两种；而移位方向，则有左移和右移；按数据输出也有串出和并出之分。商品化通用寄存器可使数据串并出入，并可左右移位，应用灵活方便。为
6、了准确分析移位，正确使用移存器，灵活运用移存器，这一节将做进一步的讨论。在数字系统中，常常要将寄存器中的数码按时钟的节拍向左移或右移一位或多位，能实现这种移位功能的寄存就称为移位寄存器。顾名思义，移位寄存器具有数码的寄存和移位两个功能。若在时钟脉冲的作用下，寄存器的数码向左移动一位，则称左移；若数码依次向右移动一位，成为右移。移位寄存器的每一位也是由触发器组成的，但由于它需要有移位功能，所以每位触发器的输出端与下一位触发器的数据输入端相连接，所有触发器公用一个时钟脉冲，使它们同步工作。但移位寄存器的次态受移位功能的限制，因为寄存器中的触发器只能存储1位二进制数，0或1，所以移位寄存器的次态只能
7、有两种情况。例如，原态为1011，当它右移一位时，若移进的为1，则次态为1101；若移进的为0，次态则为01013。2.2移位寄存器原理移位寄存器可分为单向移位寄存器（单向左移，单向右移）双位移位存寄器寄存器。2.2.14位右移寄存器原理：单向移位寄存器由4个维持阻塞的D触发器组成。4个D触发器共用一个时钟脉冲信号，因此为同步时序逻辑电路。数码由最左边的FF0的DI端串行输入。由于D触发器的驱动方程为：Qn+1=D故D0=DI，D1=Qn0，D2=Qn1，D3=Qn2时钟方程：CP0=CP1=CP2=CP3=CP每一个触发器的输出其右边触发器的输入，则对应每一个CP上升沿，数据右移一位。图2.
8、1移位寄存器的右移图2.2右移寄存器的时序图表2.14位右移寄存器的状态表输入现态次态注释DICPQ0nQ1nQ2nQ3nQ0n+1Q1n+1Q2n+1Q3n+1100001000连续输入4个1110001100111001110111101111011110111连续输入4个00011100110001100010000100002.2.24位左移寄存器原理：数码由最右边的FF3的端串行输入。每一个触发器的输出其左边触发器的输入，则对应每一个CP上升沿，数据左移一位。时钟方程：CP0=CP1=CP2=CP3=CP图2.3移位寄存器的左移说明：移位寄存器（单项左移，右移）有相同的存储单元组成（
9、D触发器）；移位寄存器的位数由触发器的个数决定；各触发器共用一个时钟信号，属于同步时序电路4。2.374LS194概述2.3.1概念74LS194是一种典型的中规模集成移位寄存器。它有4个RS触发器和一些门电路所构成。图2.4为它的管脚图。图2.474LS194的管脚图74LS194（4位双向移位寄存器）是一种功能很强的通用寄存器，它的具体逻辑功能由管脚9和管脚10的S0，S1来确定。它具有并行输入、并行输出、左移和右移及保持等五个功能5。2.3.2管脚及功能介绍74LS194共有16个管脚，其中D0、D1、D2、D3为并行数据输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为4个触发器输出端；SR为右移串行输
10、入端；SL为左移串行输入端；S0、S1为操作模式控制端；CR为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。当S0S1=00，为状态保持；S0S1=01为数据右移；S0S1=10为数据左移；S0S1=11为并行送数。此外，清除功能共5个功能。这些功能的实现是由逻辑图中的门电路来保证的6。表2.274LS194功能表功能输入输出CPCRS1S0SRSLD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3清零00000送数111abcdabcd右移101DSRDSRQ0Q1Q2左移110DSLQ1Q2Q3DSL保持100Qn0Q1nQ2nQ3n保持1Q0nQ1nQ2nQ3n2.474LS194移位寄存器的应用移位寄存器应用
11、很广，可构成移位寄存器型计数器：顺序脉冲发生器；可用数据转换，即把串行数据转换为并行数据，或把并行数据转换为串行数据等7。（1） 在数据传送体系转换中的应用。数字系统中的数据传送体系有两种，包括串行传送体系和并行传送体系。串行传送体系：即每一节拍只传送一位信息，N位数据需要N个节拍才能传送出去；并行传送体系：一个节拍同时传送N位数据在数字系统中，两种传送体系均存在，如计算机主机对信息的处理和加工是并行传送数据的，而信息的传播是串行传送数据的，因此存在两种数据传送体系的转换串行并行转换器：在数字系统中，信息的传播通常是串行的，而处理和加工往往是并行的，因此经常要进行输入、输出的串、并转换。串行并
12、行转换器是指串行输入的数码，经转换电路之后变换成并行输出，用二片74LS194四位双向移位句寄存器组成的七位串行并行数据转。转换电路如图2.5所示，其转换过程的状态变化如表2.3所示。具体的转换过程是：串行数据D6D0从SR端输入（低位D0先入），并行数据从Q1Q7输出，表示转换结束的标志码0加在第一片的D0端，其他并行输入端接1。清0启动后，Q8=0，因此S1S0=01，第一个CP是74LS194完成预置操作。例如，并行输入数据0111111送入Q1Q8，由于此时Q8=1，S1S0=01，故以后的CP均实现右移操作，经过七次右移后，七位串行码全部移入移存器。此时Q1Q7=D6D0，且转换结束
13、标志码已到达Q8，表示转换结束，此刻可读出并行数据。由于Q8=0，S1S0再次等于11，因此第9个CP使移位寄存器再次预置数，并重复上述过程。图2.5七位串入-并处转换电路图 表2.3七位串入-并处状态表七位并入串出转换电路图2.6为它的转换电路图，其转换过程的状态变化如表2.4所示具体的转换过程是：工作时ST=0首先使启动信号，则两片74LS194的S1S0=11，第一个CP来到后执行送数操作，Q1Q7=0d1d2d3d4d5d6d7，且2门输出位1。启动ST=1，1门输出为0，S1S0=01，移存器执行右移操作，经过七次右移后Q0Q1Q2Q7=11111110,七位并入代码d1d7全部从Q
14、7串行输出。此时由于Q1Q6全为1，1门输出为0（表示转换结束），使S1S0=11，第九个CP后，移存器又重新置数，并重复上述过程。图2.6七位并入-串出转换电路（2） 表2.4七位并入-串出状态表组成移位型计数器。所谓移位型计数器，就是以移位寄存器为主体构成的同步计数器，它的状态迁移关系除第一级外必须具有移位功能，而第一即可根据需要移进“0”或者“1”。所以，这类计数器的设计，只需对第一级进行设计，而其他各级维持移位功能。3.m序列发生器3.1概述随着科学技术的不断发展，伪随机码越来越受到人们的重视,被广泛应用于导弹,卫星,飞船轨道测量和跟踪,雷达,导航,移动通信,保密通信和通信系统性能的测量以及数字信息处理系统中。m序列是伪随机码中，带线性反馈移位寄存器的周期最长的一种最基本的序列8。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
