亚博APP安全有保障|基于PIC16F877A的混沌信号发生器的设计

发布时间:2021-02-04    来源:亚博app nbsp;   浏览:56087次
本文摘要:浑沌科学获得普遍研究应当归功于20世纪60年代洛伦兹(Lorenz)的蝴蝶效应。

浑沌科学获得普遍研究应当归功于20世纪60年代洛伦兹(Lorenz)的蝴蝶效应。浑沌信号具备初值敏感性、内随机性、遍历性和有界性等特点,近几年获得了解的研究和探寻,并开始普遍应用于信号处理、保密通信、生物医学等领域,特别是在医疗器械的应用于,具有根本性的突破。科学研究指出:生物体是一个高度的非线性系统,而非线性系统的运动一般来说展现出出有浑沌现象,人体的生理活动呈现出众多的浑沌现象。

调制

所以,研究浑沌信号源的产生对生物医学的研究具有极其重要的意义。  1浑沌信号产生的数学建模与建模  1.1浑沌信号系统数学模型的搭配  该设计中,考虑到人体生理活动本身也是一个浑沌系统,主要是要产生一个具备浑沌特性的信号源,来调节人体的生理活动,因此,该设计使用最经典的Lorenz浑沌模型来产生信号。其数学模型如式(1)右图。

当=10,b=8/3,r=28时系统转入浑沌状态。  1.2基于Matlab/Simulink的Lorenz浑沌系统建模  Simulink是Matlab软件的一个可选组件,为用户获取了一个建模和建模的工作平台,它使用模块人组的方法来创立动态系统的计算机模型,其最重要的特点是较慢、精确。对于比较复杂的非线性系统,效果更加显著。

电路

其用户交互模块是基于Windows的模型化图形输出,即用户只必须告诉这些模块的输出/输入和模块的功而不用实地考察模块内部是如何构建的,通过对这些基本模块的调用,再行将它们相接一起就可以包含所必须的系统模型(以.mdl文件展开读取),进而展开建模与分析。在Matlab/Simulink环境下创立建模模型,如图1右图,运营建模后,可得浑沌系统时域波形以及互为轨迹图建模结果。  2基于PIC16F877A的浑沌信号发生器的硬件设计  基于最经典的Lorenz浑沌方程,用输入电压U,W替换Lorenz浑沌系统中的两个变量x,z;利用单片机PIC16F877A软件编程方法产生二路数字浑沌信号,向西南D/A转换成仿真浑沌信号、电压缩放后与低频信号混频、调制,再行展开功率放大,从而获得可应用于生物医学的浑沌信号源。  2.1数字浑沌信号的产生  浑沌信号的产生方法很多,可以利用仿真元件展开产生仿真浑沌信号,也能用使用单片机或DSP等芯片,利用软件方法产生数字浑沌信号。

由于数字方法具备保密性好、电路非常简单、信号产生平稳等优点,再加PIC单片机的硬件系统设计简练,指令系统设计选材,故该电路使用PIC16F877A单片机作为主芯片,电路如图4右图。系统时钟使用标准的4MHz的晶体振荡方式XT,废黜电路使用MCLR外接低电平信号展开人工废黜,单片机I/O端口B和C分别输入浑沌数字信号。

  2.2D/A切换电路  由于浑沌信号要与低频音乐信号展开混频、AM调制,故数字浑沌信号必需展开数/模切换,电路中使用DAC0832展开D/A切换。  C3和C4为滤波电容,主要对电源展开高频和低频滤波,10脚和3脚分别相接数字地和仿真地,以增加数字/仿真短路阻碍,通过D/A切换,把电压信号切换为交流电流从第11脚输入。  2.3电压缩放电路  由于PIC产生的信号较为黯淡,必需展开电压缩放,使用LM386展开电流一电压切换和电压缩放,如图6右图。

信号

信号通过U5构建电流一电压切换电路,通过RP2电位器展开采样,然后经U6展开电压缩放,输入送往后一级电路。  2.4调制电路  由于音乐旋律本身也是一种浑沌信号,该设计主要是利用从PIC16F877A产生的浑沌高频信号和音乐语音信号、近于低频信号展开调制,获得浑沌音乐信号,送来至调制器作为医疗器械的信号源,推展输入装置。  2.5功率放大电路  调制后的信号功率较为小,必需经过功率放大以驱动阻抗,可以使用三极管或CMOS场效应管展开功率放大。

  3基于PIC16F877A的浑沌信号源的软件设计  工作过程如下:上电后PIC芯片已完成初始化,查找主控微机否收到了包括参数配备信息的指令信号:如果没则之后查找;如果有则接管指令信号,根据主控微机发去的信号辨别浑沌方程的类型以及参数,用数值积分法解法浑沌方程,获得浑沌方程某一个时刻的浮点格式的数值解法。将其切换为PIC芯片可拒绝接受的掌控数据格式。为了构建有所不同的频谱展宽效果,必须适当的再加有所不同的延时。

然后再行将该数据载入PIC芯片,辨别程序否完结。如果不完结,则程序回到,之后展开数值积分解法下一个线性时间点的浑沌方程的解法。  4浑沌信号发生器的调试效果  为了检验浑沌信号源输入信号的正确性,根据浑沌信号发生器电路板的布线结果展开元件加装、调试,用信号器展开仔细观察。将音乐信号、近于低频信号读取到混频器,与PIC16F877A产生的浑沌信号展开混频,送来至调制器展开调制,经功率放大后,调制浑沌信号U的输入结果(u-t)如图8右图。

信号

从输入结果可以显现出信号显著具备浑沌特性。这解释,输入的浑沌调制信号是准确的。  5结语  浑沌是时隔相对论、量子力学之后的20世纪的第三次革命,近几年获得普遍的应用于。

研究浑沌信号的产生、基本特征以及在生物医学的应用于将不会沦为未来主要的前沿研究方向,还包括心脏浑沌掌控、脑电信号浑沌掌控等,而所有这些研究皆是基于非线性浑沌信号和生物体浑沌态的掌控,尚待人们更进一步探寻、发展。


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