3225

Генератор импульсных последовательностей

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Техническое задание. Спроектировать генератор двух идентичных псевдослучайных последовательностей, сдвинутых во времени. Временной сдвиг может изменяться от 0 до 99999 мкс с шагом 1 мкс. Период последовательности T = 65535 мкс. Длительность импул...

Русский

2012-10-28

295 KB

77 чел.

1. Техническое задание.

Спроектировать генератор двух идентичных псевдослучайных последовательностей, сдвинутых во времени. Временной сдвиг может изменяться от 0 до 99999 мкс с шагом 1 мкс. Период последовательности T = 65535 мкс. Длительность импульсов последовательности изменяется в пределах от 1 до 16 мкс с шагом 0,5 мкс. Длина генерируемой последовательности 1023

2.  Введение.

Генераторами называются электронные схемы, формирующие переменное напряжение требуемой формы К наиболее широко используемым видам относятся: генераторы случайных последовательностей, устройства формирования последовательностей Уолша, генераторы сигналов специальной формы.

Генератор числовой последовательности называется псевдослучайным, если вырабатываемая им последовательность неотличима от случайной.

Генераторы случайных последовательностей используются для формирования псевдослучайных двоичных последовательностей, применяемых, например, в качестве тестовых цифровых последовательностей в устройствах формирования сигналов систем мобильной связи. Генераторы могут быть построены на основе n-разрядных сдвигающих регистров на D-триггерах, с помощью которых можно генерировать циклические псевдослучайные последовательности длиной . Для построения помехозащищенных систем передачи дискретных сообщений, например с использованием сигналов с перестройкой несущей частоты или сигналов на основе частотно-временных матриц, используются генераторы случайных последовательностей, имеющих большой период повторения и хорошие свойства автокорреляционных и взаимно корреляционных функций. Двоичные последовательности максимальной длины, или псевдослучайные М-последовательности, формируются  с помощью n-разрядных регистров сдвига, охваченных линеной обратной связью. Подобная М-последовательность имеет наибольший период следования L=2n-1 благодаря тому, что используются все, кроме нулевого, состояния регистра.

Структура генератора псевдослучайной последовательности:

Генераторы псевдослучайных последовательностей широко применяются в криптографии при потоковом шифровании. Здесь генерируемая последовательность называется гаммой шифра, а режим шифрования — гаммированием. Операция гаммирования подразумевает преобразование исходного открытого текста с помощью гаммы (например, сложением по модулю), в результате чего получается закрытый текст. Расшифровка текста осуществляется обратным преобразованием с использованием той же самой гаммы.

Самое лучшее, на что способен компьютер, — это сгенерировать псевдослучайную последовательность, которая хотя и выглядит случайной, но, на самом деле, таковой не является. Период псевдослучайной последовательности должен быть достаточно большим, чтобы ее подпоследовательность требуемой длины была периодичной, т. е. имела период, совпадающий с ее длиной. Например, если нужна строка из миллиона случайных бит, то для ее порождения не стоит использовать генератор последовательностей, которые повторяются через каждые 65536 бит.

Псевдослучайная битовая последовательность должна, по возможности, не отличаться от по-настоящему случайной. Необходимо, чтобы в ней число единиц примерно совпадало с числом нулей, а половина всех "полосок" (подряд идущих идентичных компонентов последовательности) имела длину I. одна четвертая — длину 2, одна восьмая — длину 4 и т. д. Кроме только что перечисленных, существует еще ряд общепринятых тестов, которые позволяют проверить, действительно ли данная последовательность является псевдослучайной.

Созданию хороших генераторов псевдослучайных последовательностей уделяется достаточно большое внимание в математике. В настоящее время удается порождать последовательности с периодом порядка 2000—3000 бит.

3.  Выбор реализуемой схемы.

Для создания генератора будем использовать последовательный регистр (регистр сдвига) с обратной связью.

Регистр линейного сдвига c обратной связью (LFSR) формирует последовательности битов. На очередном шаге содержимое ячеек регистра сдвигается на одну позицию вправо, а один бит оставшийся в результате операции XOR свободным помещается в крайнюю левую ячейку.

Линейный Регистр Cдвига c Обратной связью (LFSR).

LFSR быстр в работе и легко реализуется как программно так и аппаратно.

Недостатком ГПСП является период повторения выходных «случайных» значений. Тем не менее, в зависимости от конкретных задач, можно подобрать генератор такой разрядности, который обеспечит приемлемо большой период повторения. Так, 8-разрядный ГПСП обеспечивает максимальную длину псевдослучайной последовательности равную всего 255, для 16-разрядного генератора она составляет уже 65 535, а для 24-разрядного – 16 777 215.С помощью элемента «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ – НЕ» на последовательный вход DI регистра сдвига подается сумма по модулю 2 m-го (последнего) и n-го разряда регистра. Можно использовать сумму по модулю 2 и большего числа разрядов регистра.

Не при всех значениях n и m можно получить последовательность максимальной длины. В табл. 1 приведены оптимальные значения n и m вместе с длиной максимальной последовательности.

Таблица 1

Параметры псевдослучайных генераторов

m

N

Длина

m

n

Длина

3

2

7

18

11

262 143

4

3

15

20

17

1 048 575

5

3

31

21

19

2 097 151

6

5

63

22

21

4 194 303

7

6

127

23

18

8 388 607

9

5

511

25

22

33 554 431

10

7

1023

28

25

268 435 455

11

9

2047

29

27

536 870 911

15

14

32 767

31

28

2 147 483 647

17

14

131 071

33

20

8 589 934 591

Для выполнения условия технического задания (длина генерируемой последовательности 1023) будем использовать последовательный регистр сдвига, реализуемый на 11 триггерах (при этом период повторения = 2047) и счетчик.

Для обеспечения временного сдвига между двумя идентичными псевдослучайными последовательностями будем использовать линию задержки.

Структурная схема:

Реализация схемы устройства

В соответствии с заданием, нам необходима последовательность длиной 1023, т.е. n=10, соответственно генератор будет построен на одиннадцатиразрядном сдвигающем регистре

Счетчик построен на 10 Т-триггерах и 3-х мультиплексорах.

Линия задержки имеет 17 управляющих входов.

Линия задержки имеет следующее управление:

00000000000000000 – 0 мкс

00000000000000001 – 1 мкс

……………………………...

11111111111111111 – 131072 мкс

Для получения импульса нужной длительности используем счетчик — цифровой одновибраторо. Его применяют, когда временной интервал должен быть очень большим или предъявляют высокие требования к стабильности формируемого интервала .В этом случае минимальная получаемая длительность ограничена только быстродействием используемых элементов, а максимальная длительность может быть любой.

Принцип работы цифрового одновибратора основан на включении триггера входным сигналом и отключении через временной интервал, определяемый коэффициентом пересчета счетчика. Использование в одновибраторе счетчиков с переключаемым коэффициентом деления позволяет получить импульс любой длительности. Микросхема 564ИЕ 15 состоит из пяти вычитающих счетчиков, модули пересчета которых программируются параллельной загрузкой данных в двоичном коде. На загрузку чисел в счетчики требуется три такта, поэтому можно устанавливать коэффициент деления N>3 .

М

Nmax

2

17331

4

18663

5

13329

8

21327

10

16659

Номер

Вывода мк/сх

Логический уровень для модуля М

2

4

5

8

10

#

14

1

0

1

0

Х

Х

13

1

1

0

0

1

0

12

1

1

1

1

0

0


В таблице приведены максимально возможные коэффициенты деления в зависимости от значения М. При значениях М=0 счет запрещен. Сигнал на входе S управляет режимом периодического (0) и однократного (1) счета. Двоичный код для разных значений модуля М берется из таблицы (# — запрет счета, х — любое состояние, лог. "О" или "1"). Общий коэффициент деления микросхемы определяется по формуле:

N=M(1000P1+100P2+10P3+P4)+P5 , где Р1 – множитель тысяч, Р2 – сотен, Р3 – десятков, Р4 – единиц, Р5 – остаток.

5       

Устройство управления:

Список литературы.

1) В.Бунтов, С.Макаров: Цифровые и микропроцессорные радиотехнические устройства.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

9798. Принятие решений в условиях риска, Эффективность выпуска новых видов продукции 66 KB
  Принятие решений в условиях риска. Элементы неопределенности, присущие функционированию и развитию многих экономических процессов, обуславливают появление ситуаций, не имеющих однозначного исхода (решения). Это обстоятельство усложняет процесс...
9799. Принятие решений в условиях неопределенности 72 KB
  Принятие решений в условиях неопределенности. При принятии решений в условиях неопределенности, когда вероятности возможных вариантов обстановки неизвестны, может быть использованы ряд критериев, выбор каждого из которых, наряду с характером решаем...
9800. Проблемы сравнительной оценки вариантов решений с учетом риска 273.5 KB
  Проблемы сравнительной оценки вариантов решений с учетом риска. Как отмечалось ранее, на методы принятия решений в условиях риска существенное влияние оказывает многообразие критериев и показателей, посредством которых оценивается уровень риска. В р...
9801. Учет риска при инвестировании капитальных вложений 86 KB
  Учет риска при инвестировании капитальных вложений. В условиях рыночной экономики, особенно в период ее становления, инвестирование развития сопряжено с риском неполучения ожидаемых результатов в установленные (желаемые) сроки. В связи с этим возник...
9802. Система критериев принятия рискового решения 133.5 KB
  Система критериев принятия рискового решения. Принятие рискового решения на ведение конкретной операции (сделки) в предпринимательской деятельности является заключительной процедурой на стадии анализа риска в технологии риск-менеджмента. Объективная...
9803. Критерии принятия решения в условиях определенности 77.5 KB
  Критерии принятия решения в условиях определенности. В условиях определенности неблагоприятные последствия рисковой ситуации однозначно и адекватно оцениваются значениями показателей риска. В данном случае используются детерминированные модели и мет...
9804. Критерии принятия решения в условиях стохастической неопределенности 32 KB
  Критерии принятия решения в условиях стохастической неопределенности. В условиях стохастической (частичной) неопределенности (риска) исходы предполагаемого результата деятельности имеют вероятностный характер и взаимосвязи между критериями и показат...
9805. Критерии принятия решения в условиях нестохастической неопределенности 24 KB
  Критерии принятия решения в условиях нестохастической неопределенности. В условиях неопределенности нестохастической природы значения ожидаемого результата не могут быть описаны в рамках вероятностных моделей. Между критериями и оценками риска сущес...
9806. Эвристические правила принятия рискового решения 113 KB
  Эвристические правила принятия рискового решения. В случаях когда риск рассчитать невозможно, принятие рисковых решений основывается на эвристике, представляющей собой совокупность логических приемов и методических правил отыскания истины. Рис...