單片機(jī)matlab方式產(chǎn)生偽隨機(jī)m序列

1、信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院通信原理課程設(shè)計課題名稱：偽隨機(jī)m序列發(fā)生器的設(shè)計學(xué)生姓名：張昕灝 2018508087學(xué)院：信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)年級：電子信息項(xiàng)目2018級指導(dǎo)教師：田敏副教授完成日期：二O三年七月十二日目錄前言1第一章設(shè)計內(nèi)容及要求21.1設(shè)計內(nèi)容21.2設(shè)計要求21.3方案選擇2第二章m序列的特性分析42.1 m序列的原理42.2均衡特性52.3游程分布52.4線性疊加性62.5自相關(guān)特性6第三章m序列設(shè)計83.1設(shè)計流程圖83.2特征多項(xiàng)式確定83.3本原多項(xiàng)式確定 103.4 m 序列的最終產(chǎn)生 以五階移位寄存器舉例） 11 第四章 設(shè)計成果分析及總結(jié) 134.1 仿真結(jié)果分析

2、134.2 設(shè)計總結(jié) 14 心得體會 15 參考文獻(xiàn) 16 附錄 matlab 程序 17 附錄 51 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方法 18電路圖 18設(shè)計說明 18結(jié)果驗(yàn)證 18C51 代碼及與對應(yīng) matlab 代碼 20 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出代碼： 20 反饋鏈接狀態(tài)及波形輸出控制代碼 22 使用器件、八 、-前言擴(kuò)展頻譜通信是一種不同于常規(guī)通信系統(tǒng)的新調(diào)制理論和技術(shù)，簡稱擴(kuò)頻 通信 1 。其設(shè)計思想是將待傳輸?shù)男畔⑿盘栍锰囟ǖ臄U(kuò)頻碼擴(kuò)展頻譜后成為寬 帶信號進(jìn)行傳輸，接收時再采用相應(yīng)的技術(shù)手段將頻譜壓縮，恢復(fù)原來待傳信 息信號的帶寬，從而實(shí)現(xiàn)通信。擴(kuò)頻通信具有兩個特點(diǎn)：傳輸信號的帶寬遠(yuǎn)大 于原始信息信號的帶寬；

3、傳輸信號的帶寬主要有擴(kuò)頻碼決定，此擴(kuò)頻碼通常是 偽隨機(jī)碼。偽隨機(jī)碼 (pseudo randomcode 簡稱 PN 碼，可以人為產(chǎn)生與復(fù)制， 具有類似白噪聲的性質(zhì)，相關(guān)函數(shù)具有尖銳的特性，功率譜占據(jù)很寬的頻帶， 易于從其他信號或干擾中分離出來，具有優(yōu)良的抗干擾特性，其特點(diǎn)是：具有 尖銳的自相關(guān)函數(shù)；互相關(guān)函數(shù)值應(yīng)足夠小；有足夠長的碼周期，以確?？箓?破與抗干擾的要求；碼的數(shù)量足夠多，以實(shí)現(xiàn)碼分多址的要求；平衡性好，以 滿足抗干擾的要求；項(xiàng)目上易于產(chǎn)生、加工、復(fù)制與控制 2 。擴(kuò)頻通信的優(yōu)勢 主要來自于偽隨機(jī)碼具有白噪聲的統(tǒng)計特性。而隨著擴(kuò)頻速率的不斷提高，擴(kuò) 頻碼的長度急劇增加，利用計算機(jī)設(shè)

4、計并驗(yàn)證擴(kuò)頻碼的各項(xiàng)指標(biāo)能大大提高效 率。通過對偽隨機(jī)碼中常用的 m 序列的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了分析，給出了基于 MATLA平臺的m序列生成算法及代碼偽隨機(jī)序列分析.軟件平臺選擇Matlab , Malab 是美國 Math Works 公司推出的一種以矩陣為基本編程單位的高效數(shù)值計 算語言。 Matlab 在編程效率、可讀性、可移植性與可擴(kuò)充性上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他 高級編程語言，是公認(rèn)的最優(yōu)秀的科技應(yīng)用軟件。第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求1.1 設(shè)計內(nèi)容題目：偽隨機(jī)m序列發(fā)生器的設(shè)計1、建立通信系統(tǒng)的基本數(shù)學(xué)模型 要根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理，確定總的系統(tǒng)功能，將各部分功能模塊化， 并找出各部分之間的關(guān)系，畫出

5、系統(tǒng)框圖。2、按設(shè)計的系統(tǒng)框圖組建系統(tǒng)。3、根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)，設(shè)置和調(diào)整各模塊參數(shù)。4、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行仿真，觀察分析結(jié)果 （ 分析窗口、動態(tài)探針、實(shí)時顯示 。1.2 設(shè)計要求拿到題目后首先根據(jù)通信系統(tǒng)原理框圖進(jìn)行建模，然后在微機(jī)上進(jìn)行設(shè)計 和軟件仿真，如仿真結(jié)果不滿足要求，則修改設(shè)計，直到滿足要求為止。1）按題目要求的功能進(jìn)行設(shè)計，電路各個組成部分須有設(shè)計說明；2）設(shè)計軟件可以是 systemview、MaxPlus II %cn為移位寄存器len=le ngth(c n。%所需的移位寄存器的長度L=2Alen-1 。 %m序列的長度an=zeros(1,len-1,1。 %初始寄存器內(nèi)容m(1

6、=a n(1。川序列的第一個輸出碼元 for i=2:Lan1(1:len-1=an(2:len。an1(len=mod(sum(cn.*an,2 。 %寄存器與反饋的模 2 和 an=an1。 %移位后的寄存器 m(i=an(1 。 %新的寄存器輸出endstairs(m ； %對m序列繪圖 axis(0L+1-0.11.1。end將以上代碼命名為 mxu.m以上可根據(jù)階位不同而做出不同的 m序列第四章設(shè)計成果分析及總結(jié)4.1 仿真結(jié)果分析在 MATLAB勺 comma nd win dow里 輸入：cn=0 0 1 0 1。m=mxu(cn。得到圖4-1所示:0、1組成的階梯形圖形，sta

7、irs函數(shù)功能圖4-1 運(yùn)行結(jié)果0 0 0 0 1 11010 0Colum ns 12 through 221 1 1 0 1 00111 0Columns 23 through 311 0 0 1 1 1010得到m序列返回值為:Colum ns 1 through 11通過運(yùn)行結(jié)果可以看出是由是畫階梯形，生成一系列的 m序列，成功實(shí)現(xiàn)了要求。因?yàn)閙序列全為0 1的集合，直接的stairs 繪制使得0, 1的位置不清楚，使用stem(mxu重新運(yùn)行得到圖4-2- C C1 p c1 -1111i051015202530圖4-2新運(yùn)行圖形這樣就明顯看到m序列的位置。4.2設(shè)計總結(jié)本文設(shè)計的題

8、目是 m序列發(fā)生器的設(shè)計，文中介紹的擴(kuò)頻偽隨機(jī)碼m序列的Matlab生成源程序是基于線性反饋移位寄存器結(jié)構(gòu)而編寫的，更清楚的描述 了 m序列的生成過程中的數(shù)字邏輯。本方法應(yīng)用移位寄存器理論，從m序列的本原多項(xiàng)式出發(fā)，其算法核心是找到m序列本原多項(xiàng)式與線性 m序列移位寄存器反饋邏輯式之間的關(guān)系，然后采用 C語言編程，并借助Matlab開發(fā)平臺實(shí)現(xiàn) 序列。m序列可以軟件實(shí)現(xiàn)，也可以硬件實(shí)現(xiàn)，但是通過本次設(shè)計可以看到軟件設(shè)計 的許多優(yōu)點(diǎn)。在課程設(shè)計的過程中，查詢了大量的資料，通過相關(guān)資料的查 閱，還掌握了通信領(lǐng)域的有關(guān)知識，擴(kuò)大了知識面。心得體會通信原理是一門很有趣的課程，任何一個系統(tǒng)都是一個復(fù)雜的

9、整體，學(xué)習(xí) 通信原理是要涉及到整體的每一部分。討論某一部分原理時又要涉及到其它部 分的工作原理。這樣一來，不僅不能在短時間內(nèi)較深入理解通信系統(tǒng)的工作原理，而且也很難孤立地理解某一部分的工作原理。所以，在循序漸進(jìn)的課堂教案過程中，我總是處于 “學(xué)會了一些新知識，弄清了一些原來保留的問題，又出 現(xiàn)了一些新問題 ”的循環(huán)中，直到課程結(jié)束時，才把保留的問題勉強(qiáng)搞清楚。實(shí)驗(yàn)中，我不僅復(fù)習(xí)和鞏固了通信原理中的很多知識，而且學(xué)到了很多在 書本上所沒有學(xué)到過的知識。且充分了解到畫程序流程圖的必要性。通過程序 流程圖，在做設(shè)計的過程中，我們每一步要做什么，每一步要完成什么任務(wù)都 有一個很清楚的思路，在程序測試的

10、過程中也有利于查錯。參考文獻(xiàn)1 賈懷義，畢紅軍，宮劍 . 基于 m 序列擴(kuò)頻碼的研究 . 北方交通大學(xué)學(xué)報， 20012 楊睿 . 論偽隨機(jī)序列及其應(yīng)用 . 沈陽項(xiàng)目學(xué)院學(xué)報 . 北京: 國防工業(yè)出版社， 20064 廖振明. m 序列的互相關(guān)特性研究 .國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)， 20095 張志軍. 基于 matlab 的偽隨機(jī)序列的實(shí)現(xiàn) . 新鄉(xiāng)高等師范學(xué)校學(xué)報， 2003附錄 matlab 程序function m=mxu(cn %cn 為移位寄存器len=length(cn 。 %所需的移位寄存器的長度L=2Alen-1 。 %m序列的長度an=zeros(1,len-1,1。 %初始寄存器

11、內(nèi)容m(1=a n(1。川序列的第一個輸出碼元for i=2:Lan1(1:len-1=an(2:len。an1(len=mod(sum(cn.*an,2 。 %寄存器與反饋的模 2 和an=an1。 %移位后的寄存器m(i=an(1 。 %新的寄存器輸出endstem(m； %寸m序列繪圖axis(0L+1-0.11.1。end附錄51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方法電路圖P1JQ P1.1F15P1JS P1 4F I %P1J9 Pl 7i=iTE?jC5lPODTADOPO3D2P0.3/*03FU 剛AMFDfl/ADBPO.7/AD7F1JCWMF2.1MP2W10P2MH 陀昭齒P2JWA 何F2

12、.7ZA1I5P3JWRXD P3i.1ilTXC FSiiwra ps.wJfT 料4TQP3 5JT1F3 TfS附錄圖1單片機(jī)連接電路產(chǎn)生 m序列的電路圖設(shè)計說明因?yàn)槭褂糜布O(shè)計的 m序列發(fā)生器，與硬件和程序都緊密相關(guān)，如果序列 長度發(fā)生變化，則相應(yīng)的程序電路都會變化，所以在此僅以四級設(shè)計方式舉 例。附錄圖1中的開關(guān)從左至右表示 cn=swl sw2 sw3 sw4，開關(guān)合上表示連 接。下面的開關(guān)5,是輸出波形開關(guān)，開關(guān)合上一次輸出一個完整序列波形， 如果一直合上則連續(xù)輸出。在本設(shè)計中，最組要的模塊是數(shù)模轉(zhuǎn)換，因?yàn)槭褂脝纹瑱C(jī)得到的僅僅是一組數(shù)字。要應(yīng)用到實(shí)際系統(tǒng)中，就必須轉(zhuǎn)換為電壓或電流

13、值，才有實(shí)際意義結(jié)果驗(yàn)證因?yàn)槠邢?，僅以cn=1001為例演示驗(yàn)證。因?yàn)閱纹瑱C(jī)不能輸出序列，故而將程序略加修改成標(biāo)準(zhǔn)c語言，在計算機(jī)上得出的結(jié)果所示：al 3 =sum%2; /anl (len)(srnri (cn. *an) ,2)沁寄存器與反慷的撲2利for(j=0;j/ADDA_SCL=0 。 nops(。ADDA_SDA=0 。 nops(。ADDA_SCL=1 。 nops(。ADDA_SDA=1 。 nops(。*/ void SendByte(unsigned char c/unsigned char i 。for (i=0 。 iif (c & 0x80 ADDA_SDA=

14、1 。elseADDA_SDA=0 。 nops(。ADDA_SCL=1 。 nops(。ADDA_SCL=0 。ADDA_SDA=1 。nops(。ADDA_SCL=1 。nops(。if (ADDA_SDA=1ack=0。elseack=1。ADDA_SCL=0 。bit DACconversion(unsigned char sla, unsigned char c, unsigned char val/Start_I2c( 。SendByte(sla。if (ack=0 return(0 。SendByte(c 。if (ack=0 return(0 。SendByte(val 。if

15、 (ack=0 return(0 。Stop_I2c( 。return(1 。void transformData(unsigned char a /transformData(wave 。 DACconversion(PCF8591,0x40, a 。反饋鏈接狀態(tài)及波形輸出控制代碼#include #includeDA.c #define keyAll P2 #define uchar unsigned charsbit key仁P2P。sbit key2=P2A1 osbit key3=P2A2。sbit key4=P2A3 。sbit key5=P2A4 。uchar i,j,sum 。uchar a4,a14,b15,c4 。void mxu1( 。void main(