4位移位寄存器及利用寄存器产生伪随机序列.doc

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4位移位寄存器及利用寄存器产生伪随机序列

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

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