一种基于单片机的混沌映射产生电路的制作方法

本实用新型属于混沌映射技术领域，具体涉及一种基于单片机的混沌映射产生电路。

背景技术：

混沌信号具有伪随机性和高度非相关性，广泛应用在扩频通信领域中。由于混沌同步信号在接收端复制出来非常困难，人们提出了一系列的基于非相干检测的混沌通信方案。1996年，Kolumbán等提出了差分混沌键控(DCSK)。2006年，TAM等提出了通用相关延迟键控(CDSK)。目前，非相干混沌通信技术成为国内外学者研究的热点问题之一。表现出“混乱无序但又颇有规则”运动轨迹的混沌信号产生是以上研究的基础。二十几年来，关于混沌通信的研究一直停留在理论研究层面，研究者们几乎都是通过MATLAB等仿真手段来实现混沌信号的产生，目前尚未出现通过单片机电路来实现混沌信号。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于单片机的混沌映射产生电路。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于单片机的混沌映射产生电路，包括MSP430F169单片机内核、DA转换模块、判决模块、电源电路、晶振电路、复位电路、USB下载电路和JTAG仿真调试电路，所述MSP430F169单片机内核根据Chebyshev、Logistic、Tent和Sine混沌映射算法，产生数字信号，所述DA转换模块将MSP430F169单片机内核产生的数字信号转换成模拟信号，从Vout1输出，所述判决模块对产生的混沌信号进行判决，转换成NRZ编码波形，从Vout2输出；所述电源电路包括芯片USB1、芯片S1、芯片JP2、芯片U6、保险丝F1、电容C17、电容C3、电容C24、电容C26、电阻R48、电阻R2、二极管D1、发光二极管L9和P1，所述芯片USB1的引脚1与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端与芯片S1的引脚3连接，芯片S1的引脚2分别与电容C17的正极、电容C3的一端和电源连接，电容C17的负极、电容C3的另一端和芯片USB1的引脚4均与地线连接，发光二极管L9正极与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端连接3.3V电压，发光二极管L9负极连接地线，芯片JP2的引脚7和引脚8与电源连接，引脚4与引脚6连接，引脚1和引脚2连接3.3V电压，引脚3和引脚5连接地线，芯片U6的引脚1连接电源，引脚3分别连接电容C26正极、电容C24一端和3.3V电压，电容C26负极、芯片U6的引脚2、电阻R2的一端和电容C24另一端均与地线连接，电阻R2的另一端连接地线，所述芯片USB1为USB、芯片JP2为HEADER 4X2、芯片U6为LM1117-3.3V。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的晶振电路包括高速晶体振荡器电路和低速晶体振荡器电路，所述低速晶体振荡器电路采用32.768kHZ晶振经过XIN和XOUT两个引脚接入到单片机内部，所述高速晶体振荡器电路通过XT2外接两个30pF的电容经过XT2IN和XT2OUT2个引脚连接到单片机内部。

上述的复位电路包括电阻R3、电容C10、二极管D2和复位按键RST，所述电阻R3一端与二极管D2负极均连接3.3V电压，电阻R3另一端、电容C10的一端、复位按键RST的一端和二极管D2正极极均与单片机REST引脚连接，复位按键RST的另一端和电容C10的另一端均与地线连接。

上述的USB下载电路包括芯片JP3、芯片J2和芯片U3，所述芯片JP3引脚均与单片机相连，芯片J2的引脚1和引脚3分别与单片机引脚11和引脚10连接，芯片J2的引脚2连接地线，芯片U3的引脚3与二极管D3正极连接，二极管D3负极、芯片U3的引脚4、引脚6、引脚7、引脚9、引脚10、引脚15、引脚16和电阻R4一端均与单片机连接，电阻R4另一端与3.3V电压连接，电容C2的一端连接芯片U3的引脚5，芯片U3的引脚19分别连接电容C6的一端和电源，电容C6的另一端、电容C2的另一端连接地线，芯片U3的引脚15和引脚16分别与网络节点RTS、DTR连接，电容C7的一端和电容C8的一端均与地线连接，电容C7的另一端和晶振Y1的一端均与芯片U3的引脚9连接，电容C8的另一端和晶振Y1的另一端与芯片U3的引脚10连接，所述芯片J2为COM3，芯片U3为CH340T。

上述的JTAG仿真调试电路采用14引脚的JTAG插件，通过JTAG接口和MSP430F169单片机仿真器连接，实现程序下载和调试功能。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型实现简单，功耗低，使用方便，便于维护和调试，产生的各混沌映射信号具有类随机性、初值敏感性、不可预测性、有界性和遍历性等特征。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是MSP430F169芯片管脚图；

图3是本实用新型的电源电路原理图；

图4是本实用新型的低速晶体振荡器电路原理图；

图5是本实用新型的高速晶体振荡器电路原理图；

图6是本实用新型的复位电路原理图；

图7是本实用新型的USB下载电路原理图；

图8是本实用新型的JTAG仿真调试电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

参见图1和图2，本实用新型的一种基于单片机的混沌映射产生电路，包括MSP430F169单片机内核、DA转换模块、判决模块、电源电路、晶振电路、复位电路、USB下载电路和JTAG仿真调试电路，所述MSP430F169单片机内核根据Chebyshev、Logistic、Tent和Sine混沌映射算法，产生数字信号，所述DA转换模块将MSP430F169单片机内核产生的数字信号转换成模拟信号，从Vout1输出，所述判决模块对产生的混沌信号进行判决，转换成NRZ编码波形，从Vout2输出，单片机的GND接示波器的接地引脚，P1.0端口接接示波器的通道,即可显示波形。

参见图3，所述电源电路包括芯片USB1、芯片S1、芯片JP2、芯片U6、保险丝F1、电容C17、电容C3、电容C24、电容C26、电阻R48、电阻R2、二极管D1、发光二极管L9和P1，所述芯片USB1的引脚1与保险丝F1的一端连接，保险丝F1的另一端与芯片S1的引脚3连接，芯片S1的引脚2分别与电容C17的正极、电容C3的一端和电源连接，电容C17的负极、电容C3的另一端和芯片USB1的引脚4均与地线连接，发光二极管L9正极与电阻R48的一端连接，电阻R48的另一端连接3.3V电压，发光二极管L9负极连接地线，芯片JP2的引脚7和引脚8与电源连接，引脚4与引脚6连接，引脚1和引脚2连接3.3V电压，引脚3和引脚5连接地线，芯片U6的引脚1连接电源，引脚3分别连接电容C26正极、电容C24一端和3.3V电压，电容C26负极、芯片U6的引脚2、电阻R2的一端和电容C24另一端均与地线连接，电阻R2的另一端连接地线，所述芯片USB1为USB、芯片JP2为HEADER 4X2、芯片U6为LM1117-3.3V。

电源电路设计原理为：通过USB或者电源适配器将外部5V直流电源直接引入单片机最小系统开发电路板上，再通过AMS1117-3.3V芯片将5V直流电转换成3.3V的直流电供给MSP430F169单片机和其他电路使用。电路中电源滤波可以降低电源波动对系统的影响，以此增强电路工作的稳定性和可靠性。

参见图4和图5，晶振电路包括高速晶体振荡器电路和低速晶体振荡器电路，所述低速晶体振荡器电路采用32.768kHZ晶振经过XIN和XOUT两个引脚接入到单片机内部，所述高速晶体振荡器电路通过XT2外接两个30pF的电容经过XT2IN和XT2OUT2个引脚连接到单片机内部。

参见图6，复位电路包括电阻R3、电容C10、二极管D2和复位按键RST，所述电阻R3一端与二极管D2负极均连接3.3V电压，电阻R3另一端、电容C10的一端、复位按键RST的一端和二极管D2正极极均与单片机REST引脚连接，复位按键RST的另一端和电容C10的另一端均与地线连接。

复位电路的工作原理为：在系统上电时，通过电阻R3向电容C10充电，当C10两端的电压未达到高电平的门限电压时，RST端输出为低电平，系统处于复位状态；当C10两端的电压达到高点平的门限电压时，RST端输出为高电平，系统进入正常工作状态，当按下按钮S2时，C10两端的电荷被大量放掉，RST端输出为低电平系统进入复位状态，再重复以上充电过程，系统进入正常工作状态。

参见图7，USB下载电路包括芯片JP3、芯片J2和芯片U3，所述芯片JP3引脚均与单片机相连，芯片J2的引脚1和引脚3分别与单片机引脚11和引脚10连接，芯片J2的引脚2连接地线，芯片U3的引脚3与二极管D3正极连接，二极管D3负极、芯片U3的引脚4、引脚6、引脚7、引脚9、引脚10、引脚15、引脚16和电阻R4一端均与单片机连接，电阻R4另一端与3.3V电压连接，电容C2的一端连接芯片U3的引脚5，芯片U3的引脚19分别连接电容C6的一端和电源，电容C6的另一端、电容C2的另一端连接地线，芯片U3的引脚15和引脚16分别与网络节点RTS、DTR连接，电容C7的一端和电容C8的一端均与地线连接，电容C7的另一端和晶振Y1的一端均与芯片U3的引脚9连接，电容C8的另一端和晶振Y1的另一端与芯片U3的引脚10连接，所述芯片J2为COM3，芯片U3为CH340T。

芯片CH340T为USB总线的转换芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。其内部放置了USB上拉电阻、电源上电复位电路、在正常工作下外部引入了12MHZ的时钟信号，同时支持5V和3.3V电压，以便和MSP430F169单片机进行外部连接。

参见图8，JTAG仿真调试电路采用14引脚的JTAG插件，通过JTAG接口和MSP430F169单片机仿真器连接，实现程序下载和调试功能。

本实用新型产生的Chebyshev、Logistic、Tent、Sine四种信号具有以下特征：

(1)当改变迭代初值时，可得到不同的混沌序列。迭代初值以0.01的微小变化，可导致两个混沌信号的迅速分离。即使初始值相差仅仅0.01，所产生的混沌序列是大相径庭，具有很好的初值敏感性和不可预测性。

(2)Chebyshev映射的界限是xn∈(-1,1)。Logistic映射xn＝4xn-1(1-xn-1)的界限是xn∈(0,1)。Tent映射xn＝-2|xn-1-0.5|+1的界限是xn∈(0,1)。Sine映射xn＝sin(πxn-1)的界限是x1＞0时xn∈(0,1)，x1＜0时xn∈(-1,0)。这说明各个混沌映射均是有界的。

(3)通过输出波形可知，混沌映射的整个轨迹无规律可循、数值随机产生。当时间进程中处于不同时刻时，各类随机变量的值杂乱无章，但又满足同一递归方程，很好地说明了类随机性这一特征。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。