序列信號發(fā)生器的設計方法及應用實(shí)例

摘要：闡述了使用移位寄存器和計數器設計序列信號發(fā)生器的各種方法，對每種設計方法進(jìn)行了詳細分析并給出了設計實(shí)例。運用構成的序列信號發(fā)生器設計了一個(gè)實(shí)用的彩燈控制電路，可實(shí)現彩燈有規律的亮滅。運用proteus軟件對電路進(jìn)行了仿真，并分析了輸出結果。
關(guān)鍵詞：序列信號發(fā)生器；移位寄存器；計數器；彩燈控制電路

0 引言
序列信號是一組特定的串行數字信號，在通信、雷達、診斷、檢測等數字技術(shù)中有著(zhù)廣泛的應用。能夠循環(huán)地產(chǎn)生序列信號的電路稱(chēng)為序列信號發(fā)生器。序列信號有多少位，就稱(chēng)序列信號長(cháng)度為多少。例如：序列00011，序列長(cháng)度為5。
在許多情況下，要求按照給定的序列信號來(lái)設計序列信號發(fā)生器。序列信號發(fā)生器一般有兩種結構形式：一種是反饋移位型，另一種是計數型。相應的設計方法一般有兩種：一種是由寄存器和反饋電路組成，另一種是由計數器組成。序列信號發(fā)生器在數字電路中有著(zhù)較廣泛的應用。在電子電路中，使用序列信號發(fā)生器可以構成彩燈控制電路，使彩燈有規律地亮滅。

1 用移位寄存器和反饋組合電路構成序列信號發(fā)生器
根據要產(chǎn)生的序列得到串行輸入表達式，再根據此表達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(mén)電路實(shí)現，也可以用MSI芯片實(shí)現。因此設計方案又分為兩種：一種是用移位寄存器和必要的門(mén)電路實(shí)現；另一種是用移位寄存器和MSI芯片(如數據選擇器、譯碼器)實(shí)現。
設計步驟如下：
第一步：根據序列信號的長(cháng)度L確定移位寄存器的位數N，要求N滿(mǎn)足條件2N-1≤L≤2N。
第二步：確定移位寄存器的L個(gè)獨立狀態(tài)。根據數據左移，畫(huà)出狀態(tài)轉換圖，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，則移位寄存器位數需要加1，得N+1。重新畫(huà)狀態(tài)轉換圖，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，移位寄存器位數再加1得N+2。重復上述過(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)獨立狀態(tài)，這時(shí)的移位寄存器的位數才是最后的值。
第三步：根據狀態(tài)轉換圖及每一個(gè)狀態(tài)所需要的移位輸入信號，列出反饋函數表，畫(huà)出反饋函數的卡諾圖，求出反饋函數的表達式。對于未用狀態(tài)，做無(wú)關(guān)項處理。如果有無(wú)關(guān)項，還要求檢查電路的自啟動(dòng)能力。
第四步：根據反饋函數的表達式，使用門(mén)電路，或者譯碼器，或者數據選擇器實(shí)現反饋函數的組合電路。
例如，產(chǎn)生一個(gè)5位的序列信號01101。
設計過(guò)程如下：第一步，L=5，得N=3。第二步，取N=3，根據數據左移，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)重復狀態(tài)，移位寄存器的位數需要加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，列出反饋函數表，如表1。Q0的輸出即為序列信號0101。根據反饋函數表，得反饋函數D的卡諾圖?；?jiǎn)時(shí)若將0000所對應的小方塊中的d畫(huà)在圈外，也就是化簡(jiǎn)時(shí)把它取作0，這意味著(zhù)0000狀態(tài)時(shí)左移輸入信號D為0，因此當時(shí)鐘信號到來(lái)時(shí)它的狀態(tài)依然為0000，這樣構成了無(wú)效循環(huán)，電路是不能自啟動(dòng)的。為使0000不再構成無(wú)效循環(huán)，應將0000對應小方框中的d畫(huà)入圈中?？ㄖZ圖的化簡(jiǎn)方法應如圖1，得。接下來(lái)，還應該檢查電路的自啟動(dòng)能力。當電路中出現無(wú)效狀態(tài)時(shí)，根據左移輸入信號，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01101；如果用譯碼器74LS154實(shí)現，電路如圖4。Q0Q1Q2Q3依次接譯碼器的A0A1A2A3，則。