序列信号发生器的分析与研究.docx

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序列信号发生器的分析与研究

序列信号发生器的分析与研究

摘要

信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。

除具有电压输出外，有的还有功率输出。

所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。

另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。

在数字信号的传输和数字系统的测试中，有时需要用到一组特定的串行数字信号，我们通常把这种串行数字信号叫做序列信号。

而产生序列信号的电路则称为序列信号发生器。

本文主要是通过序列信号发生器的原理、产生方式和分类，以及对电路进行设计仿真等几方面阐述了序列信号发生器分析与研究

关键词：

序列信号发生器电路仿真移位寄存器

1、绪论-1-

1.1、信号发生器的简介：

-1-

1.1.1、信号发生器简介：

-1-

1.1.2、信号发生器的工作原理：

-1-

1.1.3、信号发生器的结构-1-

1.1.4、信号发生器的分类-2-

1.1.5、信号发生器的应用：

-2-

2、序列发生器的分析：

-4-

2.1、序列信号发生器的介绍-4-

2.2、序列信号发生器的工作原理：

-4-

2.3、序列信号发生器的分类：

-4-

2.3.1、移位型序列信号发生器-4-

2.3.2、计数型序列信号发生器-5-

3、序列信号发生器的设计-7-

3.1、序列信号发生器的设计：

-7-

3.2、序列信号发生器的实现步骤-7-

3.3、器件及相关介绍：

-13-

3.3.1、所用器件：

-13-

3.3.2、所用器件的介绍：

-13-

4、结论-21-

致谢-22-

参考资料-23-

1、绪论

1.1、信号发生器的简介：

1.1.1、信号发生器简介：

凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。

在测试、研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。

当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。

当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。

并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。

信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。

正弦信号是使用最广泛的测试信号。

这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。

1.1.2、信号发生器的工作原理：

信号发生器用来产生频率为20Hz～200kHz的正弦信号（低频）。

除具有电压输出外，有的还有功率输出。

1.1.3、信号发生器的结构

（1）、内部带有扫频输出功能（全频段扫频时间小于5秒）

是指低频信号发生器具有从低频开始到高频（或反之）自动变化的功能即完成100Hz——20KHZ中间所有频率的低到高或高到低的变化过程，而这一次过程的时间为5秒。

（2）、带有外部扫频控制输入接口

是指低频信号发生器所输出的频率可以由外部进行控制（有外部控制接口），外部控制频率变化的电压时

0-5V，控制电流小于1mA。

当外部控制电压在0-5V变化时，低频信号发生器可以输出在100HZ到20KHZ之间变化。

1.1.4、信号发生器的分类

（1）正弦信号发生器：

正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。

按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器;按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）;按频率改变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。

低频信号发生器：

包括音频（200～20000赫）和视频（1赫～10兆赫）范围的正弦波发生器。

主振级一般用RC式振荡器，也可用差频振荡器。

为便于测试系统的频率特性，要求输出幅频特性平和波形失真小。

（2）高频信号发生器：

频率为100千赫～30兆赫的高频、30～300兆赫的甚高频信号发生器。

一般采用LC调谐式振荡器，频率可由调谐电容器的度盘刻度读出。

主要用途是测量各种接收机的技术指标。

输出信号可用内部或外加的低频正弦信号调幅或调频，使输出载频电压能够衰减到1微伏以下。

（3）微波信号发生器：

从分米波直到毫米波波段的信号发生器。

信号通常由带分布参数谐振腔的超高频三极管和反射速调管产生，但有逐渐被微波晶体管、场效应管和耿氏二极管等固体器件取代的趋势。

仪器一般靠机械调谐腔体来改变频率，每台可覆盖一个倍频程左右，由腔体耦合出的信号功率一般可达10毫瓦以上。

简易信号源只要求能加1000赫方波调幅，而标准信号发生器则能将输出基准电平调节到1毫瓦，再从后随衰减器读出信号电平的分贝毫瓦值;还必须有内部或外加矩形脉冲调幅，以便测试雷达等接收机。

1.1.5、信号发生器的应用：

信号发生器在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。

例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。

在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、

核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。

而我主要研究的则是序列信号发生器所以用途十分广泛，可用于测试或检修各种电子仪器设备中的低频放大器的频率特性、增益、通频带，也可用作高频信号发生器的外调制信号源。

另外，在校准电子电压表时，它可提供交流信号电压。

2、序列发生器的分析

2.1、序列信号发生器的介绍

在数字信号的传输和数字系统的测试中，有时需要用到一组特定的串行数字信号，通常把这种串行数字信号叫做序列信号。

产生序列信号的电路成为序列信号发生器。

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：

最大循环长度序列码，M＝2n；最大线性序列码（m序列码），M=2n－1；任意循环长度序列码，M＜2n。

2.2、序列信号发生器的工作原理：

序列信号是把一组0、1数码按一定规则顺序排列的串行信号，可以做同步信号、地址码、数据等，也可以做控制信号。

2.3、序列信号发生器的分类：

2.3.1、移位型序列信号发生器

移位型序列信号发生器是由移位寄存器和组合电路两部分构成，组合电路的输出，作为移位寄存器的串行输入。

由n位移位寄存器构成的序列信号发生器所产生的序列信号的最大长度为：

P=2n

反馈移位型序列码发生器的原理图如图2-3-1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。

图2-3-1反馈移位型序列信号发生器原理图

特征方程：

从特征方程中可以看出：

满足移存规律（第一级除外）

2.3.2、计数型序列信号发生器

 计数型序列信号发生器能产生多组序列信号,这是移位型发生器所没有的功能.计数型序列信号发生器是由计数器和组合电路构成的，计数器部分用来产生组合电路所需的输入信号，其计数模值应等于给定序列信号的循环长度，计数状态可以自定，通常用触发器或MSI计数器实现。

而组合电路部分用来产生所需的各种序列信号，通常用门电路、MSI数据选择器或译码器等实现。

序列的长度P就是计数器的模数。

如果要同时产生多组序列信号，可以采用计数型序列信号发生器。

计数型序列信号发生器的原理图如图2-3-2所示

图2-3-2计数型序列信号发生器原理图

相对于移位型序列信号发生器，计数型序列信号发生器可产生多组序列信号。

在需要修改序列信号时，只需修改

-

高、低电平即可实现，而不需对电路结构进行任何更动，更具有灵活性。

3、序列信号发生器的设计

3.1、序列信号发生器的设计：

用两只74HC161构成的7位移位寄存器，与其他门电路配合设计一个序列码发生器，输出码的循环周期为127bit（无全1状态），其输出码序为：

0000000111111011111001111010111000011011101001100010101100000101111000111011011001001010010000100111001011010001000110011010101以上数据为一循环周期

3.2、序列信号发生器的实现步骤

首先，用两片74HC161实现移位寄存器。

在用74HC161实现移位功能时，使用的主要是同步计数功能，也就是在时钟上升沿到来之时，计数器将A、B、C、D的值分别置入QA、QB、QC、QD。

于是我们将两个计数器设为串联输入、串联输出的模式，由B输入，由QD输出。

并且将第一个74HC161的QB与C相连，QC与D相连，QD与第二个74HC161的A相连；第二个74HC161的QA与B相连，QB与C相连，QC与D相连，这样就实现了移位寄存的功能。

移位寄存器原理图如图3-2-1所示

电路中的灯泡指示的是，计数器输出的高或低电平。

图3-2-1移位寄存器原理图

然后，用两片74HC161输出指定序列。

先要用数码显示管显示1和0；然后观察序列码，可以发现以下规律：

对于每一组七位序列，当它的最前两位相同时（00或11），它的下一位（也就是反馈信号F）就是1；当它的最前两位相异时（01或10），它的下一位（也就是反馈信号F）就是0。

所以，为了能使电路自动生成序列，我增加反馈信号F=QC⊙QD（利用同或门）。

到了这一步，如图3-2-2所示已经实现了127位序列信号的输出。

图3-2-2127位序列信号的输出原理图

由于设计的是每过一个循环周期（127位数字）就要输出一个脉冲信号，所以要寻找序列中的特征数字串，也就是那些一个周期中只出现一次的数字串。

考虑到器件引脚是偶数个，所以取六位的特征数字串“111111”。

将这六个输出分别接在一个二引脚的与非门和四引脚的与非门上，然后将这两个与非门接在或非门上，这样，当且仅当在六个输出都为1时，或非门的输出才是1。

如图3-2-3所示就可以每隔一个周期就看到一个脉冲了。

图3-2-3电路原理图

最后对输出码的循环周期为127bit的序列信号发生器进行仿真，仿真波形图如图3-3-4所示

图3-2-4序列信号发生器仿真波形图

经Protel软件绘制的序列信号发生器原理图如图3-2-5所示。

每输出一个脉冲发光二极管就会亮一次。

图3-2-5

经Protel软件生成的序列信号发生器三维版图如图3-2-6所示。

图3-2-6

3.3、器件及相关介绍：

3.3.1、所用器件：

数码管、74HC161、74LS04、74LS136、74LS00、74LS20、74LS27

3.3.2、所用器件的介绍：

（1）、数码管

LED数码管如图3-3-1所示以发光二极管作为发光单元，颜色有单红，黄，蓝，绿，白，七彩效果。

单色，分段全彩管可用大楼，道路，河堤轮廓亮化，LED数码管可均匀排布形成大面积显示区域，可显示图案及文字，并可播放不同格式的视频文件。

通过电脑下flash、动画、文字等文件，或使用动画设计软件设计个性化动画，播放各种动感变色的图文效果。

可放在PCB电路板上按红绿兰顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色