南昌大学M序列信号发生器实验报告.doc

南昌大学信息工程学院M序列信号发生器课程设计班级： 姓名： 学号： 基于MULTISIM的序列信号发生器实验目的实验要求实验元件实验原理MLTISIM知识简介MLTISIM中仿真仪器实验设计仿真分析仿真电路示波器显示输出波形实验结果实验结论实验感想一、 实验目的：1、掌握M序列信号产生的基本方法2、利用MULTISIM产生M序列信号，设计电路做成M序列信号发生器 3、掌握M序列 0 状态消除的基本手段二、 实验要求：在MULTISIM中采用移存器自启动电路设计仿真 M=31序列信号发生器电路，采用虚拟逻辑分析仪观察波形输出。要求自制时钟脉冲信号，并能清楚地观察到M序列稳定的波形。采用EDA进行图形仿真，硬件电路来实现。三、 实验元件 函数发生器，双端输入示波器，74LS30，74LS164,74LS005V直流电源四、 实验原理1、MULTISIM 软件的简介在众多的 EDA 设计和仿真软件中，MULTISIM 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。 软件及其相关库包的应用对提高学生的仿真设计能力，MULTISIM更新设计理念有较大的好处。MULTISIM（电子工作平台）软件，最突出的特点是用户界面好，各类器件和集成芯片丰富，尤其是其直观的虚拟仪表是 MULTISIM 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。MULTISIM 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。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。 是在计算机辅助设计EDA（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。它具有这样一些特点：l 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。l MULTISIM 软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路分析方法。l 作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。l MULTISIM 还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验，仿真电路的实际运行情况，熟悉常用电子仪器测量方法MULTISIM 软件的操作界面2、MULTISIM的操作界面（1）、MULTISIM的主窗口：包括菜单栏、元件库栏、工具栏、状态栏，电路工作区，电路描述框等（2）、元件库栏：元件是电路仿真的基础，含有逻辑电路的所有元器件根据所需要的元器件的名称，可以利用搜索快速找到并添加元器件步骤如下：用鼠标在工作区空白处单击右键，弹出如下对话框，左键单击搜索，在元器件对应框内输入元器件名称，单机搜索，添加便可以快速找到并添加该元器件。（3）、信号源库3 MULTISIM 软件基本仿真仪器MULTISIM 软件具体操作方法很细，就常用仪器举例，该实验会用到函数发生器和示波器，其他的仿真仪器就不介绍了。（1） 函数发生器-XFG1函数发生器-XFG1有三种输出波形正弦、锯齿波、方波，可以用方波来产生时钟脉冲。下图是其图标和面板。可调节方波和三角波的占空比。（2）示波器示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。五、 M序列发生器的设计1、序列信号发生器是能够循环产生一组或多组序列信号的时序电路，它可以用以为寄存器或计数器构成。序列信号的种类很多，按照序列循环长度 M 和触发器数目 n 的关系一般可分为三种：（1） 最大循环长度序列码，M2n。（2） 最长线性序列信号码，M=2n-1。（3） 任意循环长度序列码，M2n 。2、通常在许多情况下，要求按照给定的序列信号来设计序列信号发生器。序列信号发生器一般有两种结构形式：一种是移存型序列信号发生器，另一种是计数型序列信号发生器3、反馈移位型序列码发生器反馈移位型序列码发生器的结构框图如图所示，它由移位寄存器和组合反馈网络组成，从移存器的某一输出端可以得到周期性的序列码。其设计按以下步骤进行：（1）根据给定序列信号的循环长度 M，确定移存器位数 n， 2n-1M2n。（2）确定移位寄存器的 M 个独立状态。将给定的序列码按照移位规律 n 位一组，划分位 M 个状态。若 M个状态中出现重复现象，则应增加移存器位数 。用 n+1 位再重复上述过程，直到划分为 M 个独立状态为止。（3）根据 M 个不同状态列出移存气的状态表和反馈函数表，求出反馈函数 F 的表式。（4）检查自启动性能。（5）画逻辑图。实验设计步骤：(1)计算n，有M=31，n=5，查M序列反馈函数表可知反馈函数f (n)=Q5Q3(2)假设初始状态为Q5Q4Q3Q2Q1=11111。最长线性序列信号发生器是在n位移位寄存器的基础上，加上异或反馈电路构成的。最长线性序列信号发生器一共有2n-1个有效状态，全 0 状态时是偏离状态。由于反馈网络是异或网络结构，当各级触发器均处于0状态时，其输出f=o。因此，最长线性序列信号发生器是在全 0 状态不具有自启动特性，为了使其具有自启动特性，必须修改D1激励函数，是处于00000时，能自动纳入到00001状态。 n=5 共有31 个有效状态其迁移关系为：1111111110111001100010001000110011001101110111011101110111011101010101010101010001000100000000100010001000100110010001010101110110011001100110011001110111111111修改激励为D=f54321=（Q5Q3）54321利用修改激励化简转化设计出组合反馈网络，再与移位寄存器结合得出反馈移位型序列码发生器电路图。六、 仿真分析1、 仿真电路根据反馈移位型序列码发生器框图设计电路图，有分析设计的电路图为：电路图中（1）因为n=5，所以要用5个D触发器，74LS194是四位的触发器至少要两个该集成块才可以满足要求，74LS164是8位的触发器，做PCB时我们采用74LS164，这样可以使其简单不易出错也更经济。（2）集成块保证5V的电压使其能正常工作。（3）74LS30是八端输入与非门2、实验结果运行仿真电路设置函数发生器，输出波形设为方波输出，频率设置为1KHZ，振幅设置为5V，运行仿真电路，可得出实验结果如图所示：结果图：由输出波形可以看出其结果为：111110001101110101000010010110011111000110111010100001001011001111100011011101010000100101100.该序列是有规则的循环序列，序列长度M=31，成功设计出M=31序的列信号发生器。七、实验小结通过这次实验了解到了如何产生m序列，以及在实验过程中如检查和排除错误，巩固了从理论方面学到的知识。该实验使我对课程设计有了感性的认识，产生了浓厚的兴趣，掌握了一般的设计流程和设计思路。做这个实验必须要掌握 Protel 和 Multisim 的基础知识，还要熟悉 D触发器的功能和使用方法，通过这次实验我更加熟悉地掌握了Multisim 的使用和排错方法，得到了一些额外的知识，比如排错时常会用到探针检测电