序列信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法及應(yīng)用實(shí)例

摘要：闡述了使用移位寄存器和計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)序列信號(hào)發(fā)生器的各種方法，對(duì)每種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)分析并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。運(yùn)用構(gòu)成的序列信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)用的彩燈控制電路，可實(shí)現(xiàn)彩燈有規(guī)律的亮滅。運(yùn)用proteus軟件對(duì)電路進(jìn)行了仿真，并分析了輸出結(jié)果。
關(guān)鍵詞：序列信號(hào)發(fā)生器；移位寄存器；計(jì)數(shù)器；彩燈控制電路

0 引言
序列信號(hào)是一組特定的串行數(shù)字信號(hào)，在通信、雷達(dá)、診斷、檢測(cè)等數(shù)字技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用。能夠循環(huán)地產(chǎn)生序列信號(hào)的電路稱為序列信號(hào)發(fā)生器。序列信號(hào)有多少位，就稱序列信號(hào)長(zhǎng)度為多少。例如：序列00011，序列長(zhǎng)度為5。
在許多情況下，要求按照給定的序列信號(hào)來(lái)設(shè)計(jì)序列信號(hào)發(fā)生器。序列信號(hào)發(fā)生器一般有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是反饋移位型，另一種是計(jì)數(shù)型。相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法一般有兩種：一種是由寄存器和反饋電路組成，另一種是由計(jì)數(shù)器組成。序列信號(hào)發(fā)生器在數(shù)字電路中有著較廣泛的應(yīng)用。在電子電路中，使用序列信號(hào)發(fā)生器可以構(gòu)成彩燈控制電路，使彩燈有規(guī)律地亮滅。

1 用移位寄存器和反饋組合電路構(gòu)成序列信號(hào)發(fā)生器
根據(jù)要產(chǎn)生的序列得到串行輸入表達(dá)式，再根據(jù)此表達(dá)式得到串行輸入的電路，這是一個(gè)組合電路，可以用邏輯門電路實(shí)現(xiàn)，也可以用MSI芯片實(shí)現(xiàn)。因此設(shè)計(jì)方案又分為兩種：一種是用移位寄存器和必要的門電路實(shí)現(xiàn)；另一種是用移位寄存器和MSI芯片(如數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器)實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)步驟如下：
第一步：根據(jù)序列信號(hào)的長(zhǎng)度L確定移位寄存器的位數(shù)N，要求N滿足條件2N-1≤L≤2N。
第二步：確定移位寄存器的L個(gè)獨(dú)立狀態(tài)。根據(jù)數(shù)據(jù)左移，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，檢查圖中的L個(gè)狀態(tài)是否兩兩不同，如果是，則N可用；如果存在兩個(gè)狀態(tài)相同，則移位寄存器位數(shù)需要加1，得N+1。重新畫狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，再次檢查狀態(tài)圖中的L個(gè)狀態(tài)是否兩兩不同，如果是，則N+1可用；否則，移位寄存器位數(shù)再加1得N+2。重復(fù)上述過(guò)程，直到狀態(tài)圖中的L個(gè)狀態(tài)兩兩不同為止，這時(shí)狀態(tài)圖中的L個(gè)狀態(tài)就是移位寄存器的L個(gè)獨(dú)立狀態(tài)，這時(shí)的移位寄存器的位數(shù)才是最后的值。
第三步：根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖及每一個(gè)狀態(tài)所需要的移位輸入信號(hào)，列出反饋函數(shù)表，畫出反饋函數(shù)的卡諾圖，求出反饋函數(shù)的表達(dá)式。對(duì)于未用狀態(tài)，做無(wú)關(guān)項(xiàng)處理。如果有無(wú)關(guān)項(xiàng)，還要求檢查電路的自啟動(dòng)能力。
第四步：根據(jù)反饋函數(shù)的表達(dá)式，使用門電路，或者譯碼器，或者數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)反饋函數(shù)的組合電路。
例如，產(chǎn)生一個(gè)5位的序列信號(hào)01101。
設(shè)計(jì)過(guò)程如下：第一步，L=5，得N=3。第二步，取N=3，根據(jù)數(shù)據(jù)左移，可得到5個(gè)狀態(tài)：011、110、101、010、101，在這5個(gè)狀態(tài)中，存在兩個(gè)重復(fù)狀態(tài)，移位寄存器的位數(shù)需要加1，N=4，按照上述方法重新得到5個(gè)狀態(tài)：0110、1101、1010、0101、1011，這5個(gè)狀態(tài)各不相同，為獨(dú)立狀態(tài)，因此選擇N=4，用移位寄存器74LS194即可。第三步，列出反饋函數(shù)表，如表1。Q0的輸出即為序列信號(hào)0101。根據(jù)反饋函數(shù)表，得反饋函數(shù)D的卡諾圖。化簡(jiǎn)時(shí)若將0000所對(duì)應(yīng)的小方塊中的d畫在圈外，也就是化簡(jiǎn)時(shí)把它取作0，這意味著0000狀態(tài)時(shí)左移輸入信號(hào)D為0，因此當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)時(shí)它的狀態(tài)依然為0000，這樣構(gòu)成了無(wú)效循環(huán)，電路是不能自啟動(dòng)的。為使0000不再構(gòu)成無(wú)效循環(huán)，應(yīng)將0000對(duì)應(yīng)小方框中的d畫入圈中?？ㄖZ圖的化簡(jiǎn)方法應(yīng)如圖1，得。接下來(lái)，還應(yīng)該檢查電路的自啟動(dòng)能力。當(dāng)電路中出現(xiàn)無(wú)效狀態(tài)時(shí)，根據(jù)左移輸入信號(hào)，判斷若干個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后電路能否進(jìn)入有效循環(huán)，經(jīng)判斷，電路可以自啟動(dòng)。

， D0=D2=D4=D6=1，在Y端順次輸出序列信號(hào)01101；如果用譯碼器74LS154實(shí)現(xiàn)，電路如圖4。Q0Q1Q2Q3依次接譯碼器的A0A1A2A3，則。