基于伪随机序列随机重排的单片机白噪声发生器.pdf

化工自动化及仪表 第39卷 基于伪随机序列随机重排的单片机 白噪声发生器 袁文婷 周 强 吕 鹏 徐立鑫 (陕西科技大学电气与信息工程学院。西安7l0021) 摘 要 针对当前白噪声发生器生成的白噪声不白。即功率谱分布范围窄和能量分布不均匀的问题，以 AT89c516单片机和DAc0832数／模转换芯片为硬件平台设计白噪声发生器。该发生器通过对存储于程 序存储空间的伪随机序列片段的随机重排拓宽噪声的频谱范围，增强其随机性，以获得理想的白噪声。 试验结果表明，该噪声发生器生成的白噪声性能良好。 关键词 白噪声发生器 伪随机序列 随机重排AT89c516单片机数／模转换芯片 中图分类号 TH862+．2文献标识码 B 文章编号 looo．3932(2012)02-0246_05 噪声过程存在于几乎所有学科和技术应用领 现有的白噪声发生器通常有物理噪声发生器 域中，人们对噪声信号的萤视是从认识到噪声信 和数字合成噪声发生器两类]．o工程上多使用单‘ 号的危害开始的。噪声信号的危害大体可以分为 片机和DsP来实现。使用DsP会提高系统成本， 对有用信号的影响和对微处理器的干扰两方面。 在功能较单一的系统中，造成资源的浪费。同时， 一般来说，有用信号中总会混入一定幅度的噪声， 现有的噪声发生器产生的噪声不白、参数固定、随 使得信号的真实性和精确度受到影响，当噪声达 机性不突出、修改困难，在对系统进行测试时灵活 到一定幅度就有可能干扰微处理器的正常工作， 性差，充其量只能算作一个伪随机序列，其实质是 会导致计算机或智能设备死机及程序“跑飞”等 一种小惯性的有色噪声¨。。笔者提出一种基于 异常情况，有时还会使智能系统发生误动作，如控 AT89C516单片机的伪随机序列可随机重排的白 制系统中混入的噪声会降低系统的测量精度，影 噪声发生器，根据随机信号理论，对均匀分布的随 响控制效果；较强的噪声还会对硬件系统的安全 机数进行白化处理，实现具有良好统计特性的白 带来一定危害，甚至造成元件损坏uo。因此，进行 噪声。 噪声辨识、建立噪声模型、噪声特性分析和噪声处 1 硬件设计 理方法的研究将有助于识别噪声类型。选择和完 为了获得高性能的白噪声，笔者将计算机上 善噪声处理方法，对于抑制各种噪声的干扰，保留 生成且经白化补偿的白噪声信号储存在单片机的 有用信号，保护电气和电子设备，特别是智能化设 程序存储空间¨1，为保持白噪声的随机性和多样 备的正常工作，以及挖掘噪声中的信息都有重要 性(而不是重复地调用同一个白噪声)，将整个存 的意义¨。1。 储空间分成多个片段(拟采用256个，每个片段不 白噪声是噪声研究中最基本和常用的信号。 能再算作白噪声了)，每个片段的入口地址都对 白噪声是指在较宽的频率范围内，各等带宽的频 带所含的噪声能量相等的噪声Mo，即功率谱密度 过每次随机生成一个8位二进制数，用来随机调 在整个频域内均匀分布的噪声。作为一种理想的 用一个噪声片段，使得噪声片段随机地重新排列 噪声信号，除了对噪声自身的研究，白噪声通常被 用于检测系统各部分在实际工作中的抗f扰性 收稿日期：2011-lO—ll(修改稿) 能。而实际中产生性能优良的白噪声非常闲难， 基金项目：陕西省科技攻关项目(20llK06．06)；陕西省教育