毕业设计开题报告

课题名称：                                   

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指导教师：               

20##年   3   月  19   日

一、文献综述

二、设计内容

三、工作计划

四、开题报告会提出的主要问题及建议

 

第二篇：1.5开题报告(设计类格式)

（以下是开题报告的范文）

随机信号发生器的硬件设计

1  研究的背景和意义

自然界里的许多现象（信息）均是以随机信号与随机序列出现和表征的。然而，由于随机信号和随机序列是难以控制的，从而限制了随机信号和随机序列在实际工程领域的应用，因此，人们长期以来一直在寻求一种能使得随机信号与其序列变得易于控制的信号与序列。这样，伪随机便应运而生了。而伪随机信号与伪随机序列的出现，首先应用于空间工程和军事工程的信号处理中，至今已经有40多年的历史。

随着超大规模集成电路与计算机技术的迅猛发展及其应用，尤其是随着移动通信系统、卫星通信系统以及GPS技术的蓬勃发展与广泛应用，使得伪随机信号与其序列的伪随机信号处理这种特殊的领域，几乎在所有的现代通信与信息系统中，均已成为其信号处理的一个重要组成部分。不仅如此，还在于这类信号与序列，严格而言，其本质是确定的，但在其特征上，它与伪随机信号与其序列有诸多相似性，具有严格的数学结构，从而不仅为系统化的信号集的设计提供了一个坚实的基础，而且也引导着强有力的信号处理技术的发展。同时，它与一般信号技术相比，其明显的优点就是对于有意的干扰攻击，具有极强的免疫能力，而对于无意的干扰，具有很强的抗拒能力。

随着数字移动通信系统的发展、对定位系统需求的持续增长以及集成电路集成度的日益提高，伪随机信号处理作为一种可行的就技术在民用和商用系统中得到越来越多的应用。最近，随着卫星导航系统以及第三代移动通信系统陆续成功地投入商业运行，说明伪随机信号处理的对现代通信和信息系统而言是一项重要而关键的技术。另外，伪随机信号处理的方法也延伸到其他领域，诸如声学、生物医学、传感学系统以及其他一些专业的系统中。所以说，对伪随机信号发生器的研究，将为其在通信技术、信息技术以及计算机技术等方面发展更多的新的应用提供一个很好的基础。

2  研究内容和拟解决的关键问题

产生伪随机信号的方法一般有两种：第一种是使用硬件电路，如CPLD、FPGA等技术产生伪随机信号，还有纯硬件产生的伪随机信号发生器，其中通过移位寄存器产生伪随机信号是常用的一种方法。第二种是使用某些软件算法产生伪随机数，再通过D/A转换生产伪随机信号，其中主要软件算法有：线性同余法、平方取中值法、乘同余法、斐波那契法、混合同余法等。

本设计是对伪随机信号发生器的硬件设计进行研究，可以使用CPLD、FPGA等技术产生伪随机信号，还有采取通过移位寄存器产生伪随机数。

在很多实际应用中，直接利用FPGA产生伪随机序列的方法可以为系统设计或测试带来极大的便利。在FPGA上利用线性反馈移位寄存器实现伪随机码发生器的方法，运用VHDL语言描述各部分的设计，这样不但利于随时修改而且还节省了设计的周期和简化了整个设计。经逻辑综合、布局布线后，下载到合适的FPGA芯片中，可以实现不同序列长度的伪随机信号发生器。

采用移位寄存器已经足够实现我所需求的设计目标，通过移位寄存器产生伪随机序列，再经过D/A进行转换或是由数码管显示数字量，得到符合要求的伪随机信号。图2-1是伪随机信号发生器的整体原理图。

图2-1 整体原理框图

由键盘输入一串初始信号数据，再由单片机向移位寄存器提供初始值，启动移位寄存器使移位寄存器产生的伪随机序列。产生的伪随机序列还要经过一系列的处理，才能成为我们所需要的伪随机序列，一般采用的方案是：由单片机驱动模数转换芯片将数字信号转换成模拟信号，经模数转换后的信号就是我们要的伪随机信号；为了方便查看，通常会将移位寄存器产生的伪随机序列二进制码经单片机处理转换成压缩的BCD码后送LED显示。

2.1  关于通过移位寄存器产生伪随机数的研究

本设计采用移位寄存器产生伪随机数，移位寄存器产生伪随机信号是一种最常见的方法。移位寄存器可分为线性移位寄存器和非线性移位寄存器两类。非线性移位寄存器比线性移位寄存器在逻辑上要复杂的多，因而也在设备上带来了相应的复杂性，故本课题中采用线性移位寄存器来产生伪随机数。

图2为线性反馈寄存器（LFSR）是一个产生二进制位序列的机制，该机制是由移位寄存器和模2加法电路组成，它的输出序列是有周期性的。在图2-2中，如果从末级的m-1的Q端取得信号，就得到了线性移位寄存器序列。假设初始状态为000…0，则输出一直保持为0，输出为0序列。因此，在初始状态非全零的前提下，LFSR的周期。所以，只有特定的反馈方程才能得到m序列，为了得到m序列，必须确定其特征多项式，以确定线性反馈移位寄存器的反馈结构，n级线性反馈移位寄存器的特征方程定义为： 。

图2-2 基于移位寄存器实现的伪随机信号发生器原理

2.2 本课题拟解决的几个关键问题

首先，要确定特征方程，只有特定的反馈方程才能得到m序列，如果已经确定好其特征多项式，而且移位寄存器的初始状态不全为0，它将产生一个二进制的伪随机信号，即m序列。

其次，要确定伪随机序列的周期，即移位寄存器的位数。若取m位移位寄存器来产生伪随机序列，则产生的伪随机序列的周期为。不论是用硬件或是软件程序来产生的伪随机序列，都避免不了可以重复实现和事先确定的这两个事实，而且都会有周期性，其周期越长，产生的序列越接近于伪随机序列。

另外还需要通过LED显示移位寄存器产生的伪随机数的值，还要用D/A转换芯片转换伪随机序列得到伪随机信号。

3  研究方案及措施

在信号发生器设计中，通过键盘输入初始信号，经移位寄存器产生伪随机序列，接着使用D/A芯片转换生产伪随机信号，或通过LED显示伪随机数。

3.1  移位寄存器位数的选择

移位寄存器的位数决定伪随机信号的周期长度。虽然说移位寄存器的位数越多代表产生的信号的伪随机性越好，但是，相对的，所需要的移位寄存器的个数也就越多，相应的生产成本也就越多，占用的体积也会增加。因此，我们在决定伪随机序列周期时，要即保证其随机性又要考虑其他重要因素，使之达到最好的效果。所以，移位寄存器位数的选择是十分重要的。

3.2  键盘处理接口模块

移位寄存器的初始状态是通过键盘的输入的。由单片机控制伪随机信号的启动过程，则启动后的伪随机信号产生的过程无需单片机的干预，直到重新设置新的初始值，重新启动伪随机信号发生器，才能产生“新”的伪随机序列。

键盘的软件处理过程包括去抖动和连击处理。当用手按下一个键时，往往会出现所按键在闭合位置和断开位置之间跳几下才能达到稳定闭合状态，当释放一个键是，也会出现这种情况。若抖动不解决，就会对键的读入出现问题。所以，解决键盘抖动的问题也是十分关键的。

3.3  LED显示处理模块

采用的是数码管显示，根据伪随机信号的长度来确定数码管的位数。因为经移位寄存器得到是伪随机序列，不能直观的看出来，加上数码管显示可以建立友好的人机界面，方便观察经移位寄存器产生后经处理的伪随机数。

3.4  D/A转换模块

伪随机信号是模拟信号，而经移位寄存器产生的序列是一串数字序列，因此需要D/A将数字信号转换成可用的模拟信号。常见D/A芯片的转换速度都能满足要求，故D/A转换芯片的选择标准主要是它的精度。由移位寄存器产生的伪随机序列，其周期越长，即移位寄存器的位数越多，产生的伪随机数随机度越好，因此，在D/A转换芯片的具体选择上，位宽也是一个很重要的因素。通过模数转换后的模拟信号就是所需的伪随机信号。

4  实施计划

第一步：调研课题的设计意义及同类产品的功能、应用和设计方法；

第二步：了解伪随机信号产生的基本算法，完成系统总体功能设计、系统总体结构设计，完成开题报告和综述；

第三步：系统硬件原理设计，熟悉调试环境；

第四步：系统各模块功能划分；

第五步：显示、键盘硬件设计；

第六步：伪随机信号硬件产生电路原理设计，开始写论文；

第七步：硬件调试，完善论文；

第八步：系统总体调试和完善。

参考文献

[1] 泽普尼克等．伪随机信号处理-理论与应用[M]．北京：电子工业出版社，2007．

[2] Chan, Chi Kwong, L. M. Pseudorandom generator based on clipped Hopfield neural network. IEEE International Symposium on Circuits and Systems. 1998(3)．

[3] 肖镇国等．伪随机序列及其应用[M]．国防工业出版社，1985．

[4] 华臻，张树粹，张玉林，范辉．伪随机信号发生器研究[J]．农机化研究，2004(1)．

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 [dyh1]与去年的有改动