海明碼生成與校驗(yàn)電路的設(shè)計(jì).

1、沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱： 計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 海明碼生成與校驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)院（系）：計(jì)算機(jī)學(xué)院專 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)班 級：學(xué) 號：姓 名： 指導(dǎo)教師：完成日期： 2013年01月 11日沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目錄第1章 總體設(shè)計(jì)方案-2 -1.1 設(shè)計(jì)原理-2-1.2設(shè)計(jì)思路-21.2 設(shè)計(jì)環(huán)境-2 -第2章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-3 -2.1 頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) -3-2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件 -3 -2.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).-.52.2.1生成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) -5 -2.2.2 校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) -7 -2.2.3 校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)

2、與實(shí)現(xiàn) -10 -第3章 編程下載與硬件測試 -11 -3.1編程下載-.11-3.2硬件測試及結(jié)果分析 -.11-參考文獻(xiàn)-13 -附 錄（電路原理圖）-14 -6 -第1章 總體設(shè)計(jì)方案1.1 設(shè)計(jì)原理海明碼校驗(yàn)的原理是在原來的數(shù)據(jù)中加入對應(yīng)的校驗(yàn)位，通過校驗(yàn)位反應(yīng)出錯(cuò)位。海明碼只能糾正一位出錯(cuò)的數(shù)據(jù)位。(1) 校驗(yàn)位的產(chǎn)生：數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)為n,校驗(yàn)位個(gè)數(shù)為k，二者關(guān)系滿足不等式： 2n=k+n+1,由此得出校驗(yàn)位個(gè)數(shù)k(一般取最小值)。(2) 海明碼編碼：設(shè)數(shù)據(jù)位由b1,b2bn表示，校驗(yàn)位由c1,c2ck表示，校驗(yàn)位放在第2m位(m=1,2)，數(shù)據(jù)位的位號等于幾個(gè)校驗(yàn)位位號之 和，校驗(yàn)位的

3、數(shù)值是由所有需要其位號參與相加得到位號的數(shù)據(jù)位的數(shù) 值相異或產(chǎn)生的。(3) 海明碼校驗(yàn)：海明碼的出錯(cuò)位數(shù)是校驗(yàn)位的數(shù)值與對應(yīng)產(chǎn)生該檢驗(yàn)位的 數(shù)據(jù)位數(shù)值經(jīng)異或后得到的數(shù)值組成的二進(jìn)制組合。1.2 設(shè)計(jì)思路1. 海明碼的生成：八位數(shù)據(jù)位對應(yīng)的校驗(yàn)位是四位， 用b1,b2b8表示數(shù)據(jù) 位，c1,c2,c3,c4表示校驗(yàn)位，構(gòu)成的海明碼表示為 C1c2b1c3b2b3b4c4b5b6b7b8 校驗(yàn)位數(shù)值與數(shù)據(jù)位數(shù)值關(guān)系為：c仁b1 b2 b4 b5 b7, c2= b1 b3 b4b6 b7, c3= b2 b3 b4 b8, c4= b5 b6 b7 b82. 海明碼的校驗(yàn)：采用偶校驗(yàn)，出錯(cuò)位由四位

4、二進(jìn)制數(shù)P1,P2,P3,P4組成P1=c1 b1 b2 b4 b5 b7, P2=c2 b1 b3 b4 b6 b7P3=c3 b2 b3 b4 b8, P4=c4 b5 b6 b7 b8出錯(cuò)位是P4P3P2P11.2 設(shè)計(jì)環(huán)境硬件環(huán)境：偉福COP2000型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀、XCV200實(shí)驗(yàn)板、微 機(jī)；EDA 環(huán)境：Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)軟件、COP2000仿真軟件。第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1 頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)頂層方案圖實(shí)現(xiàn)海明碼的生成與校驗(yàn)邏輯功能，采用原理圖設(shè)計(jì)輸入方式完 成，電路實(shí)現(xiàn)基于 XCV200可編程邏輯芯片。在完成原理圖的功能設(shè)計(jì)后，把 輸入

5、/輸出信號安排到XCV200指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定。2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件頂層圖形文件主要由生成元件，校驗(yàn)元件和出錯(cuò)元件模塊組裝而成的一個(gè)完 整的設(shè)計(jì)實(shí)體。D ： S*G)SW6-AMD51901沁SO：沏KH3i=05as a0 1&S065?SOTsisot曲moSCMSOUU1SHENGCHENG?XT19OJT1D SO-T：sojn 茹”巧m ”口 廠som3OJT?j-TlCj.m ：；：圖2.1.1生成模塊2.1.2器件的選擇與引腳鎖定(1) 器件的選擇由于硬件設(shè)計(jì)環(huán)境是基于偉福COP2000型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀和XCV200實(shí)驗(yàn)板，故采用的目標(biāo)芯片為 Xl

6、inx XCV200可編程邏輯芯片。(2) 引腳鎖定把頂層圖形文件中的輸入/輸出信號安排到Xilinx XCV200芯片指定的引腳 上去，實(shí)現(xiàn)芯片的引腳鎖定，各信號及Xilinx XCV200芯片引腳對應(yīng)關(guān)系如下表。表2.1.2信號和芯片引腳對應(yīng)關(guān)系圖形文件中的輸入/輸出信號XCV200芯片引腳信號C1P83C2P84C3P85C4P86C5P70C6P71C7P72C8P73C9P79C10P80C11P81C12P82SI1P94SI2P95SI3P96SI4P97SI5P100SI6P101SI7P102SI8P103SO1P4SO2P5SO3P6SO4P7SO5P224SO6P228S

7、O7P229SO8P230S09P231SO10P232S011P234S012P235J01P220J02P221J03P222J04P2232.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)海明碼生成與校驗(yàn)電路是由生成與校驗(yàn)兩個(gè)模塊組成。生成模塊是從8個(gè)輸入端輸入8位數(shù)據(jù)位，經(jīng)異或門得到校驗(yàn)位，然后依照海明碼編碼規(guī)律輸出12位的海明碼；校驗(yàn)?zāi)K的出錯(cuò)電路作用是使正確的海明碼的其中一位取反得到有 一位出錯(cuò)的海明碼，并作為校驗(yàn)電路的十二個(gè)輸入加到輸入端，經(jīng)過校驗(yàn)電路中的四個(gè)異或門得到出錯(cuò)的位號輸出到四個(gè)輸出端，實(shí)現(xiàn)海明碼校驗(yàn)的功能。2.2.1生成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（1）元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)生成模塊的電路是由八個(gè)輸入端，十二

8、個(gè)輸出端及四個(gè)異或門組成，按照公 式：c1=b1 b2 b4 b5 b7，c2= bl b3 b4 b6 b7，c3= b2 b3 b4 b8, c4= b5 b6 b7 b8,生成四個(gè)校驗(yàn)位c1c4，再與八個(gè)輸入的數(shù)據(jù)位按編碼順 序 Clc2b1c3b2b3b4c4b5b6b7b8俞出 12 位海明碼。沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖2.2.1生成模塊內(nèi)部電路(2) 仿真調(diào)試采用功能仿真方法對生成電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其功能正確性。iU1 SilD1.SI2.iU1.SI3.iU1.SI4.iU1.SI5.iU1 SI&.iU1.SI7.iU1 .SI8.匚Ul.SOL.匚UL.502.cU1.S

9、03.c-U1.SO4.U1 SOS.匚Ul S06.cU1.S07.匚Ul.S08.c01.509._Ul.SOLOU1.S011廠DI. 9012*10.011111111H1111111111hImInIH1111111H111 II 11111111U1111111 n Ipr11111111111 n H11 II 1Illi 1 1111Illi-F圖2.2.1生成模塊仿真21-8 -沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告仿真結(jié)果分析:表2.2.1海明碼生成電路的數(shù)據(jù)輸入與輸出表輸入的8位數(shù)據(jù)輸出的海明碼01101010100011001010101010111110010110111010

10、101011110100101000101101100001011101111010100110110010100001100001010011100011001101101010011101010001100001100001101001000100100011000100101011000001011011仿真得出的海明碼與之前經(jīng)計(jì)算正確的海明碼一致，所以生成電路是正確 的。222校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)?zāi)K由出錯(cuò)電路和校驗(yàn)電路兩部分夠成，共同實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)功能。(1)出錯(cuò)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出錯(cuò)電路的原理是根據(jù)二進(jìn)制數(shù)與 1異或取反，與0異或?yàn)樽陨淼囊?guī) 律設(shè)計(jì)的，電路由12個(gè)控制輸入端，12個(gè)正確海

11、明碼數(shù)據(jù)輸入端，12個(gè) 一位出錯(cuò)的海明碼輸出端和12個(gè)異或門構(gòu)成。12位海明碼中使一位取反 即一位出錯(cuò)，輸出到輸出端。(2)出錯(cuò)電路功能仿真采用功能仿真方法對出錯(cuò)電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其功能正確性。仿真結(jié)果分析：從仿真結(jié)果可直接看出當(dāng)輸入的控制端某一位為1其他位都為0時(shí)可使得輸入的海明碼對應(yīng)位取反，所以出錯(cuò)電路是正確的。(3) 校驗(yàn)電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校驗(yàn)電路的原理是根據(jù)公式： P仁cl bl b2 b4 b5 b7, P2=c2 bl b3 b4 b6 b7, P3=c3 b2 b3 b4 b8, P4=c4 b5 b6 b7 b8, 得出出錯(cuò)位P4P3P2P1電路由12位一位出錯(cuò)的海明碼作為輸入端，

12、 四個(gè)顯 示出錯(cuò)位號的輸出端及四個(gè)異或門構(gòu)成。-4v.1： a.；4XCRjE圖2.2.2 校驗(yàn)元件內(nèi)部電路(2)校驗(yàn)電路功能仿真采用功能仿真方法對校驗(yàn)電路進(jìn)行仿真，驗(yàn)證其功能正確性。目 Fib SiL.nalolll UWaveformOptionsWindow- |曲| x|胡Functional 500n$他 |Bieak創(chuàng) |ihi“l(fā) ihC-F 1CiMk_J|= STL| *-*- LoeLQCLMLOCLOCLJOCLOCL0CLJDCLOCLJDCLJOCJ!:/541.二.4g i 討L：:;-:-:;-i E冷.；持LOG我詁LOOP221:寧ih1L.p；：:U馮ilXTrJiijkii敘;ii-1卜;j器uouc cT_畚FpL0C=P5LOWSLOC=P7LDOP224LOC=P22LK=F22?LOC=P2:3LOC=P21f.課程設(shè)計(jì)總結(jié)：在開始接觸到Xilinx foundation f3.1設(shè)計(jì)軟件時(shí)遇到很多困難，畫元一 部分電路圖不能保存好