巴克碼發(fā)生器課設(shè)

1、基于QUARTERS的巴克碼信號(hào)發(fā)生器摘要本文利用QUARTERS設(shè)計(jì)了一個(gè)8位的巴克碼信號(hào)發(fā)生器，該發(fā)生器具有單次和連續(xù)輸出功能。巴克碼主要用于通信系統(tǒng)中的幀同步，其特點(diǎn)是具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，便于與隨機(jī)的數(shù)字信息相區(qū)別，易于識(shí)別，出現(xiàn)偽同步的可能性小。巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組，它是一種非周期序列1。關(guān)鍵詞：QUARTERS，巴克碼，信號(hào)發(fā)生器，序列AbstractQUARTERS designed a 8-bit Barker code signal generator, the generator has a single and continuous output. Bar

2、ker Code is mainly used in communication systems frame synchronization, which is characterized with a sharp auto-correlation function for the digital information and the random Differentiated, easily identifiable, there's the possibility of pseudo-synchronous small. Barker Code is a law of a spe

3、cial group of binary code, it is a non-periodic sequence.Key words: QUARTERS ， Barker code， signal generator，sequence緒論在通信系統(tǒng)中，同步技術(shù)起著相當(dāng)重要的作用。通信系統(tǒng)能否有效地、可靠地工作，很大程度上依賴(lài)于有無(wú)良好的同步系統(tǒng)。通信系統(tǒng)中的同步可分為載波同步、位同步、幀同步等幾大類(lèi)。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波，獲得此相干載波的過(guò)程稱(chēng)為載波提取，或稱(chēng)為載波同步。而在數(shù)字通信中，消息是一串連續(xù)的信號(hào)碼元序列，解調(diào)時(shí)常須知道每個(gè)

4、碼元的起止時(shí)刻。因此，就要求接收端必須能產(chǎn)生一個(gè)用作定時(shí)的脈沖序列，以便與接收的每一個(gè)碼元的起止時(shí)刻一一對(duì)齊。在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致的定時(shí)脈沖序列的過(guò)程稱(chēng)為碼元同步或位同步。數(shù)字通信中的消息數(shù)字流總是用若干碼元組成一個(gè)“字”，又用若干“字”組成一“句”。因此，在接收這些數(shù)字流時(shí)，同樣也必須知道這些“字”、“句”的起止時(shí)刻，在接收端產(chǎn)生與“字”、“句”起止時(shí)刻相一致的定時(shí)脈沖序列，統(tǒng)稱(chēng)為群同步或幀同步。當(dāng)通信是在兩點(diǎn)之間進(jìn)行時(shí)，完成了載波同步、位同步和幀同步之后，接收端不僅獲得了相干載波，而且通信雙方的時(shí)標(biāo)關(guān)系也解決了，這時(shí)，接收端就能以較低的錯(cuò)誤概率恢復(fù)出數(shù)字信息。在數(shù)字通

5、信系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)幀同步的方法通常有兩種：起止式同步法和集中式插入同步法。起止式同步比較簡(jiǎn)單，一般是在數(shù)據(jù)碼元的開(kāi)始和結(jié)束位置加入特定的起始和停止脈沖來(lái)表示數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始和結(jié)束。另外在計(jì)算機(jī)RS232串口通信中通常也使用類(lèi)似方法。而在集中式插入同步法中，要求插入的同步碼在接收端進(jìn)行同步識(shí)別時(shí)出現(xiàn)偽同步的概率盡可能小，并且要求該碼組具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)以便于識(shí)別。同時(shí)接收機(jī)端的同步碼識(shí)別器要盡量簡(jiǎn)單。目前用得比較廣泛的是性能良好的巴克(Barker)碼2。1 巴克碼簡(jiǎn)介1.1巴克碼簡(jiǎn)介巴克碼主要用于通信系統(tǒng)中的幀同步，其特點(diǎn)是具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)，便于與隨機(jī)的數(shù)字信息相區(qū)別，易于識(shí)別，出現(xiàn)偽同步的可能

6、性小。巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組，它是一種非周期序列。一個(gè)n位的巴克碼組為 ， ：， ，. ，其中 的取值是+1或一1，其局部自相關(guān)函數(shù)為：目前已發(fā)現(xiàn)的所有巴克碼組如表1：表1 已發(fā)現(xiàn)的巴克碼組其中，“+”表示取值為高電平1，“一”表示取值為低電平0。依要求及上面的巴克碼組可知，8位的巴克碼發(fā)生器應(yīng)在輸入時(shí)鐘信號(hào)作用下依次產(chǎn)生“01110010”的碼元序列。1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖巴克碼發(fā)生器巴克瑪發(fā)生器設(shè)計(jì)原理如圖1.2所示。圖1.1 巴克碼發(fā)生器設(shè)計(jì)原理圖2 Quarters 設(shè)計(jì)軟件介紹Quarters 是Altera公司推出的新一代開(kāi)發(fā)軟件，適合于大規(guī)模邏輯電路設(shè)計(jì)，是Alter

7、a公司的第4代可編程邏輯器件集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供了從設(shè)計(jì)輸入到器件編程的全部功能，與Max+plus 相比，Quarters 設(shè)計(jì)軟件增加了網(wǎng)絡(luò)編輯功能，提升了調(diào)試能力，解決了潛在的設(shè)計(jì)延遲，同時(shí)其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)能力和直觀易用的接口，受到數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)者的普遍歡迎。Quarters 開(kāi)發(fā)系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：Quarters 可以產(chǎn)生并識(shí)別EDIF網(wǎng)表文件、VHDL網(wǎng)表文件和Verilog HDL網(wǎng)表文件，為第三方EDA工具提供了方便的接口。Quarters 支持一個(gè)工作組環(huán)境下的設(shè)計(jì)要求，包括支持基于Internet的協(xié)作設(shè)計(jì)，與Cadence,ExemplarLogic,MentorGraphic

8、s,Synopsys和Synplicity等EDA供應(yīng)商的開(kāi)發(fā)工具相兼容。Quarters 作為一種設(shè)計(jì)環(huán)境，除支持Altera的APEX 20KE，APEX 20KC，APEX，ARM的Excalibur嵌入式處理器方案，Mercury,FLEX10KE和ACEX1K之外，還支持MAX3000A和MAX7000系列乘積項(xiàng)器件。 Quarters 增加了一個(gè)新的快速適配編譯選項(xiàng)，可縮短50%的編譯時(shí)間。快速適配功能保留了最佳性能的設(shè)置，加快了編譯過(guò)程，編譯速度更快，對(duì)設(shè)計(jì)性能的影響最小3。Quarters 設(shè)計(jì)軟件界面如圖4-1所示。圖2.1 Quarters 設(shè)計(jì)軟件界面3基于QUARTER

9、S電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)31 芯片的選擇使用Altera公司的QUARTERS系列可編程邏輯器件中的EPM7128SLC8410，這種可編程邏輯器件是由簡(jiǎn)單的PAL、GAL器件發(fā)展而來(lái)，只是結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，功能更強(qiáng)大而已。從最初的電路設(shè)計(jì)思想到QUARTERS的波形仿真，再到QUARTERS芯片編程結(jié)束要經(jīng)過(guò)的一般開(kāi)發(fā)流程如圖5所示：圖3.1 開(kāi)發(fā)流程圖32 硬件描述語(yǔ)言輸入先啟動(dòng)QUARTERS主界面。用戶(hù)通常用以下幾種方式描述自己的設(shè)計(jì)思想：原理圖輸入、硬件描述語(yǔ)言輸入(VHDL)、波形設(shè)計(jì)輸入、層次設(shè)計(jì)輸入和底層設(shè)計(jì)輸入。采用VHDL程序設(shè)計(jì)。巴克碼發(fā)生器4library ieee;entity b

10、akema is port(clk,en,reset:in std_logic; dout:out std_logic);end entity ;architecture behave of bakema is signal count8:integer range 0 to 7;begin process(clk,reset) begin if reset='1' then count8<=0; elsif clk'event and clk='1' then if en='1' then if count8<7 then

11、count8<=count8+1; else count8<=0; end if; end if; end if; end process;process(count8) begin case count8 is when 0=>dout<='0' when 1=>dout<='1' when 2=>dout<='1' when 3=>dout<='1' when 4=>dout<='0' when 5=>dout<='0&

12、#39; when 6=>dout<='1' when 7=>dout<='0' when others=>dout<='0' end case;end process;end behave;3.3 編譯與仿真3.3.1Quarters 編譯(1)在主選單中選擇ProcessingStart Compilation選項(xiàng)對(duì)所設(shè)置的項(xiàng)目進(jìn)行編譯，過(guò)程如圖3.2所示。(2)閱讀編譯報(bào)告。如圖3.3所示。圖3.2 編譯過(guò)程圖3.3 編譯報(bào)告、Quarters 仿真(1)建立仿真波形文件。在主選單中選擇FileNew選項(xiàng)

13、或單擊工具欄上的圖標(biāo)，在彈出的New對(duì)話(huà)框中選擇Other File選項(xiàng)中的Vector Waveform File，如圖4-9所示。(2)調(diào)入相關(guān)端口。在Name空白處雙擊，出現(xiàn)如圖3.4所示，按Node Finder后，點(diǎn)List，出現(xiàn)如圖3.5所示，將所需的端口調(diào)入，點(diǎn)OK后回到如土3.4所示，再點(diǎn)OK即可。(3)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。在主選單中選擇EditEnd Time選項(xiàng)設(shè)置好參數(shù)，如圖3.6所示。再根據(jù)需要設(shè)置Name下的輸入?yún)?shù)。然后保存在相關(guān)目錄下。(4)執(zhí)行仿真。在主選單中選擇ProcessingStart Simulator選項(xiàng)或單擊工具欄上的圖標(biāo)對(duì)所設(shè)置的項(xiàng)目進(jìn)行仿真，仿真過(guò)程如圖3.8所示。仿真結(jié)束后可對(duì)輸入和輸出波形進(jìn)行分析，同時(shí)將彈出仿真報(bào)告來(lái)顯示有關(guān)的仿真信息5。圖3.4 建立仿真波形文件圖3.5 相關(guān)端口圖3.6 所需端口調(diào)入圖3.7設(shè)置相關(guān)參數(shù)圖3.8 仿真過(guò)程圖3.9 仿真結(jié)果4結(jié)束語(yǔ)大規(guī)模可編程邏輯器件QUARTERS與中小規(guī)模的標(biāo)準(zhǔn)器件相比，其工作速度快，集成度高，功耗低，適應(yīng)性強(qiáng)。因此QUARTERS技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越受到廣大電子設(shè)計(jì)人員的普遍歡迎