[发明专利]混沌信号发生电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种混沌信号发生电路，具体是一种基于微控制器的改进型广义Lorenz混沌信号发生电路。

背景技术

混沌揭示了非线性系统运动的真实规律及基本特征，反映了系统的动力学行为。由于混沌信号的类随机性、连续宽带功率谱特性、混沌系统对初始条件的敏感依赖性，以及易于产生、难以通过常用的时域和频域处理来预测和分离等特点，使得混沌信号特别适用于保密通信和信息加密等领域。因此，实现具有不同混沌特性的混沌信号发生电路，长期以来是研究人员所关注的热点。混沌信号发生电路的研究，也是通信加密、雷达通信、电子对抗、认知无线电等信息工程领域应用需要，可应用在科研和教学过程中混沌现象实验演示、混沌系统实验验证等。

蔡氏混沌电路是众多设计中最典型的一种，蔡氏电路的模型由电容、电感、电阻和蔡氏二极管构成电子电路来实现，用于产生双涡卷或多涡卷混沌信号，由于分立电子元件的离散性较大，给电路设计及调试带来一定困难。目前国内已有报道的混沌信号发生电路设计方法主要有两类：①利用运算放大器、电阻、电容等元件，构成加法、减法、微分和积分电路，实现混沌信号输出，这种由分立元器件组成的模拟电路，参数离散性大、调试复杂、电路通用性差，不利于推广应用；②采用数字处理技术，对混沌系统的连续时间无量纲状态方程进行离散化处理，用FPGA可编程逻辑器件实现算法，通过D/A产生混沌信号，用FPGA实现混沌算法时需要消耗大量的硬件逻辑资源，因此算法的精度与逻辑单元的容量成为电路设计的瓶颈。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可靠性和稳定性较好、抗干扰性能较高的混沌信号发生电路。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种混沌信号发生电路，包括：微控制器、信号隔离电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路和第三D/A转换电路；各D/A转换电路包括一个16位的移位寄存器和一个16位的DAC寄存器，且各D/A转换电路中的移位寄存器的依次串联，以构成48位移位寄存器。

微控制器的SPI接口输出的串行数字信号MISO经信号隔离电路送入第一D/A转换电路的串行数据输入端DATA IN_x，所述SPI接口输出的时钟信号SCK和锁存控制信号SS分别经信号隔离电路送入各D/A转换电路的时钟输入端CLOCK和锁存控制信号输入端LATCH，以实现串行同步通信。

所述微控制器是在将改进型广义Lorenz系统的数学表达式中的三个状态变量x_n、y_n、z_n作同比例的线性变换，使所述的三个状态变量x_n、y_n、z_n的动态幅度缩小到1/10，并进行离散化处理，然后得到类Lorenz系统、类Chen系统或类Lü系统的离散化迭代算法表达式的基础上，根据所述类Lorenz系统、类Chen系统或类Lü系统的离散化迭代算法表达式计算出所述三个状态变量x_n、y_n、z_n的浮点数型的数据，然后将该浮点数型的数据转换为整数型的数据，以作为所述串行数字信号MISO输出。

每当时钟输入端CLOCK的时钟上升边沿发生时，所述串行数字信号MISO经信号隔离电路从所述第一D/A转换电路的串行数据输入端DATA IN_x串行进入所述48位移位寄存器，且在时钟输入端CLOCK的第48个时钟上升边沿来到时，使所述锁存控制信号输入端LATCH产生一上升边沿，以使各D/A转换电路中的16位移位寄存器中的16位数据被立即装载到相应的DAC寄存器中，然后各组16位数据被锁存并驱动数模转换，从而实现V_x、V_y、V_z混沌信号的同步输出。

进一步，在各D/A转换电路的电压信号输出端V_OUT设有可变增益放大电路，且该可变增益放大电路的输出电压的动态范围为0V～+10V。

进一步，所述微控制器的开关控制端设有三个控制开关K₀、K₁和K₂，微控制器通过判断各控制开关的逻辑状态，实现类Lorenz系统、类Chen系统、类Lü系统的离散化迭代算法模式的选择及混沌吸引子的折叠方向的选择。

本发明具有积极的效果：