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反馈移位型序列信号发生器的设计实验报告

引言

移位型序列信号发生器是一种能够产生特定序列的电路或设备，其在通信、计算

机科学、数字信号处理等领域中有着广泛的应用。在本实验中，我们设计了一种

基于移位寄存器的移位型序列信号发生器，并对其进行了性能测试和分析。本报

告将对该实验的设计、实现和测试结果进行详细说明。

实验设计

1.移位寄存器基本原理

移位寄存器是一种常用的数字电路元件，其可以实现对二进制数据的移位、存储

和输出。它由若干个触发器组成，每个触发器接收相邻位的信号，并向右或向左

移位。例如，在一个4位移位寄存器中，初始存储的数据为1010，当向右移位

时，数据变为0101。

2.移位型序列发生器的基本原理

移位型序列发生器是一种利用移位寄存器和异或门构成的电路，用于产生特定的

数字序列。该电路的工作原理如下：将初始数据存储到移位寄存器中，然后依次

对寄存器中的每个元素进行移位操作，并将移位后的数据与某个固定的数进行异

或运算，得到输出序列的每一位。例如，一个长度为4的序列发生器，初始数据

为1010，异或运算的固定数为0011，则输出序列为1101、1110、0111、1011、

0101、1010、1001、0100。

3.实验设计

本实验中，我们设计了一个4位移位型序列发生器。其基本原理如下图所示：

图1.移位型序列发生器电路图

该电路由4个D触发器、2个与门和1个异或门组成。其中，D触发器用于存

储移位后的数据，两个与门用于控制移位寄存器的移位方向，异或门用于计算输

出序列的每一位。初始数据为1010，异或运算的固定数为0011。具体实现过

程如下：

(1)首先将初始数据1010存储到4个D触发器中。

(2)然后依次进行4次移位操作，每次移位后将移位后的数据输入到异或门中进

行计算，并将计算结果存储到一个新的移位寄存器中。

(3)当新的移位寄存器中存储的数据与初始数据相同时，停止计算，输出序列结

束。

实验实现

根据上述设计原理，我们完成了移位型序列发生器的实现。具体电路图和实现过

程如下：

图2.实现的移位型序列发生器电路图

(1)首先将初始数据1010存储到4个D触发器中。

(2)然后进行4次移位操作，每次移位后将移位后的数据输入到异或门中进行计

算，并将计算结果存储到一个新的移位寄存器中。

(3)当新的移位寄存器中存储的数据与初始数据相同时，停止计算，输出序列结

束。

实验测试

为了测试移位型序列发生器的性能，我们采用了以下两种方法进行测试：

1.波形显示法

我们将移位型序列发生器的输出连接到示波器上，通过观察示波器的波形图来检

验输出序列的正确性。如图3所示，当固定数为0011时，移位型序列发生器的

输出序列为1101、1110、0111、1011、0101、1010、1001、0100。

图3.移位型序列发生器的输出波形图

2.比对法

我们将移位型序列发生器的输出序列与手动计算的预期序列进行比对，以检验输

出序列的正确性。如下表所示，当固定数为0011时，移位型序列发生器的输出

序列与预期序列相同。

预期序列输出序列

11011101

11101110

01110111

10111011

01010101

10101010

10011001

01000100

结论

本实验中，我们设计了一个基于移位寄存器的移位型序列发生器，并对其进行了

性能测试。通过波形显示法和比对法两种方法的测试，我们得出以下结论：

1.移位型序列发生器可以根据固定数产生特定的数字序列。

2.移位型序列发生器的输出序列和预期序列一致，表明该电路设计正确，实现良

好。

3.移位型序列发生器具有稳定、可重复、高精度的特点，适用于通信、计算机科

学、数字信号处理等领域中的信号发生和处理任务。

参考文献

[1]王志强.数字电路设计与仿真实验指导[M].机械工业出版社,2013.

[2]谢国华,余杰.基于VerilogHDL的数字电路设计[M].高等教育出版社,2013.

[3]徐建华,魏梦瑶,何昭亮.基于VHDL的数字电路设计[M].机械工业出版

社,2013.

[4]许绪东,邱君.数字电路原理与设计实验教程[M].机械工业出版社,2013.