4位移位寄存器及利用寄存器产生伪随机序列.doc

本科生实验报告 （2013学年秋季学期） 课程名称：数字电路实验 实验题目：Lab6_1 ：4位串行输入并行输出移位寄存器 ， Lab6_2：移位寄存器产生伪随机序列 实验目的1、使用ISE软件设计并仿真。 2、学会程序下载。3、对ISE有初步的认识。 掌握移位寄存器的工作原理，并区分串行与并行的差异。 熟悉伪随机序列的产生原理，找到其周期，归纳它的规律。 二、实验内容 ? 实验步骤 1、编写文本文件并编译 2、软件仿真 3、进行硬件配置 ? 实验原理 Lab6_1: 4位串行输入并行输出移位寄存器 Lab6_2：移位寄存器产生伪随机序列 通过移位寄存器的反馈，将输出通过一定的反馈逻辑后作为输入。 三、实验结果 Lab6_1:4位串行输入并行输出移位寄存器 综合的RTL电路图 图一：4位串行输入并行输出移位寄存器RTL图 2.仿真波形图 图二：4位串行输入并行输出移位寄存器仿真波形图 波形分析：开始时，输出data_out的值是不确定的，所以是xxxx，然后clr为1，将data_out的值置为0000，data_in的值置为1，在每个使能信号的上升沿移位寄存器移位并读入data_in，4个使能信号后将移位寄存器的值赋给data_out，所以data_out的值为1111。 3.开发板效果图 以最右边的开关为输入，以按钮C4作为清零，以按钮C9为使能信号，右边四个LED灯作为输出。 图三，四：4位串行输入并行输出移位寄存器效果图 由效果图可知逐位读入data_in,读满4位后，将读入的数据全部输出，所以在按下4次按钮后，4盏灯同时亮了。 实验分析： 串行是指通过一个数据线将数据一位一位地传输，每个数据占据一个时间长度。 并行是指在同一时间传输数据的各位，需要多个数据线传输。 Lab6_2:移位寄存器产生伪随机序列 1.综合的RTL电路图 图五：产生伪随机序列的移位寄存器RTL原理图2.仿真波形图 图六，七，八，九，十：产生伪随机序列的移位寄存器仿真波形图 波形分析：观察波形图发现前2400ns输出的序列是无序的，而第2400ns与900ns时的相同，而每100ns移动一位，所以周期为（2400-900）/100=15，即序列每15位为一个周期。 开发板效果图 以八盏LED等为输出，按钮C4为清零，按钮C9为使能信号。 图十一，十二，十三，十四：伪随机序列的部分截取的开发板上的效果图 每按下一次使能按钮，输出的序列向前移一位，发现移动15次后出现了重复，所以可知周期为15位。 实验分析 通过改变反馈逻辑和初始状态，总结了一下特点。 伪随机序列具有随机特性，但是给定了反馈逻辑后可以推算出其序列。 伪随机序列的输出顺序与反馈逻辑和初始状态有关，反馈逻辑决定了周期，而初始状态的不同决定了序列是从周期里的哪一位开始。 实验中TA给出的是M序列，所以周期是最长的，即2^4-1=15位，改变了初始状态，输出的序列只是移位了而已，周期没变，而改变了反馈逻辑后，周期变短了，我改了反馈逻辑为a2⊕a4，初始状态仍为1000，周期变成了6位。 若初始状态为0000，输出的序列恒为0. 实验感想 在这次实验中我加深了对串行和并行的认识，知道了串行是逐位传输，并行是多位同时传输。还学会了移位寄存器的一个应用，即产生伪随机序列，通过对伪随机序列的研究分析，我总结出了几点关于伪随机序列的特点，在第一个实验过程中遇到了涉及阻塞赋值和非阻塞赋值的问题，让我很深刻地体会到了阻塞赋值与非阻塞赋值的区别。 附录： ? Lab6_1： 实验设计代码 实验管脚分配 仿真代码1 仿真代码2 中间重复使能信号的0和1状态转换 ? Lab6_2： 实验设计代码 管脚分配 仿真代码1