基于74LS194的m序列發(fā)生器設(shè)計

　　摘要：在m序列產(chǎn)生原理的基礎(chǔ)上，利用2片74LS194級聯(lián)及少量門電路，采用手動置數(shù)和自啟動2種方法設(shè)計了2種m序列發(fā)生器電路，然后分析比較了2種電路的產(chǎn)生原理．最后分析了實驗結(jié)果，驗證了m序列的均衡性、游程分布特性及移位相加性．電路性能穩(wěn)定可靠，已作為數(shù)字信號源成功應(yīng)用于通信原理實驗中

　　1、m序列的產(chǎn)生原理

　　m序列發(fā)生器是一種反饋移位型結(jié)構(gòu)的電路，它由n級移位寄存器加異或反饋網(wǎng)絡(luò)組成，其生成序列長度p＝2n－1，且只有1個冗余狀態(tài)即全0狀態(tài)，所以稱為最長線性反饋移位寄存器序列．由于帶有反饋，因此在移位脈沖作用下，移位寄存器各級的狀態(tài)將不斷變化，通常移位寄存器的最后一級做輸出，輸出序列為邀ak妖＝a0a1…an－1…

　　輸出序列是一個周期序列，其特性由移位寄存器的級數(shù)、初始狀態(tài)、反饋邏輯以及時鐘速率（決定著輸出碼元的寬度）所決定．

　　當(dāng)移位寄存器的級數(shù)與時鐘一定時，輸出序列就由移位寄存器的初始狀態(tài)和反饋邏輯所完全確定．當(dāng)初始狀態(tài)為全零狀態(tài)時，移位寄存器輸出全0序列．為了避免這種情況，需設(shè)置全0排除電路。

　　2、m序列發(fā)生器的電路設(shè)計

　　2.1芯片介紹

　　本設(shè)計采用2片4級移位寄存器芯片74LS194及少量分立元件構(gòu)成，74LS194的引腳及內(nèi)部邏輯圖如圖2所示．

　　74LS194是一種典型的中規(guī)模集成移位寄存器，由4個RS觸發(fā)器和一些門電路構(gòu)成．它是4級雙向移位寄存器，是一種功能很強(qiáng)的通用寄存器，其具體邏輯功能由管腳9和管腳10的S0與S1來確定．它具有并行輸入、并行輸出、左移、右移及保持等5個功能．其中D0，D1，D2和D3為并行數(shù)據(jù)輸入端；Q0，Q1，Q2和Q3為4個觸發(fā)器輸出端；SR為右移串行輸入端；SL為左移串行輸入端；S0與S1為操作模式控制端；Cr為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端．

　　當(dāng)S0S1＝00時，為狀態(tài)保持；S0S1＝01為數(shù)據(jù)右移；S0S1＝10為數(shù)據(jù)左移；S0S1＝11為并行送數(shù)．74LS194功能表如表1所示

　　2.2電路設(shè)計與分析

　　要想產(chǎn)生周期為255的最長序列，要求m序列發(fā)生器的特征多項式必須是8次本原多項式，通過查表得到其本原多項式為x8＋x4＋x3＋x2＋1，即第8，4，3，2級參與反饋經(jīng)異或后送入第1級．所設(shè)計的8級m序列發(fā)生器原理方框圖如圖3所示．

　　依據(jù)上述原理，設(shè)計了2種產(chǎn)生電路，分別如圖4和圖5所示．

　　方案1：通過手動置數(shù)右移產(chǎn)生m序列．

　　方案2：利用全0狀態(tài)重新置數(shù)從而實現(xiàn)自啟動

　　方案1的電路設(shè)計如圖4所示．當(dāng)電路處于全0狀態(tài)時，采用此方法設(shè)計的m序列發(fā)生器不具有自啟動特性．為了使電路啟動，可以斷開開關(guān)S1，將74LS194的工作方式控制端S1置高電平，這時S1和S0均為高電平，即S1S0＝11，74LS194處于置數(shù)狀態(tài)，把輸入端的初始狀態(tài)10000000置到輸出端．然后再閉合開關(guān)S1，使74LS194的工作方式控制端S1處于低電平狀態(tài)．這時工作方式控制端S1與S0分別為低電平和高電平，即S1S0＝01，74LS194處于右移狀態(tài)，在時鐘作用下通過不斷移位產(chǎn)生m序列．

　　當(dāng)初始狀態(tài)為全零狀態(tài)時，移位寄存器輸出全0序列．為了避免這種情況，需設(shè)置全0排除電路．方案2的電路設(shè)計如圖5所示．利用全0狀態(tài)重新置數(shù)從而實現(xiàn)自啟動．當(dāng)電路處于全0狀態(tài)時，通過或門和非門電路的作用，S1置高電平，這時候S1和S0均為高電平，即S1S0＝11，74LS194處于置數(shù)狀態(tài)，自動把輸入端的初始狀態(tài)01000000置到輸出端．通過或門和非門電路的作用，使S1處于低電平狀態(tài)，即S1S0＝01，74LS194處于右移狀態(tài)，在時鐘作用下通過不斷移位產(chǎn)生m序列．

　　比較2種方案，通過設(shè)置工作方式控制端使之右移都能產(chǎn)生長度為255的m序列．方案1的電路設(shè)計簡單，只需手動置數(shù)就能產(chǎn)生m序列；方案2的電路設(shè)計較方案1復(fù)雜，但它能在全0狀態(tài)下自啟動，電路性能穩(wěn)定。