海明碼生成與校驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 課課 程程 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 報(bào)報(bào) 告告課程設(shè)計(jì)名稱：計(jì)算機(jī)組成原理課程設(shè)計(jì)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)電路設(shè)計(jì)與實(shí)海明碼生成與校驗(yàn)電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)院（系）：專 業(yè)：班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：姓 名：指導(dǎo)教師：完成日期： 2016年1月14日沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告目目 錄錄第第 1 章章 總體設(shè)計(jì)方案總體設(shè)計(jì)方案 .- 1 -1.1 設(shè)計(jì)原理.- 1 -1.2 設(shè)計(jì)思路 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。1.3 設(shè)計(jì)環(huán)境 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第第 2 章章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案詳細(xì)設(shè)計(jì)方案.32.1 頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) .32.2 功能模塊的設(shè)

2、計(jì)與實(shí)現(xiàn) .42.2.1 海明碼 SHENGCHENG 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).42.2.2 海明碼 ERROR 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).6 2.2.3 海明碼 JIAOYAN 模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).83.1 編程下載.錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。3.2 硬件測(cè)試及結(jié)果分析 .錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).15附附 錄（程序清單或電路原理圖）錄（程序清單或電路原理圖）.16沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案- 0 -第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案1.11.1 設(shè)計(jì)原設(shè)計(jì)原理理 海明校驗(yàn)碼是由理查得海明（Richard Hanmming）于 1950 年提出的，它不

3、僅具有檢測(cè)錯(cuò)誤的能力，同時(shí)還具有給出錯(cuò)誤所在的準(zhǔn)確位置的能力，這在通信領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。海明碼是奇偶校驗(yàn)的一種擴(kuò)充。它采用多位校驗(yàn)碼的方式，在這些校驗(yàn)位中的每一位都對(duì)不同的信息數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，通過(guò)合理地安排每個(gè)校驗(yàn)位對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)位組合，可以達(dá)到發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤的目的。 （1）數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位的關(guān)系假設(shè)數(shù)據(jù)位有 m 位，如何設(shè)定校驗(yàn)位 k 的長(zhǎng)度才能滿足糾正一位錯(cuò)誤的要求呢?我們這里做一個(gè)簡(jiǎn)單的推導(dǎo)。k 位的校驗(yàn)碼可以有 2k 個(gè)值。如果能夠滿足： 2k1=m + k (m+ k 為編碼后的總長(zhǎng)度)，在理論上 k 個(gè)校驗(yàn)碼就可以判斷是哪一位(包括信息碼和校驗(yàn)碼)出現(xiàn)問(wèn)題。 （2）海

4、明碼的編碼規(guī)律若海明碼的最高位號(hào)為 m，最低位號(hào)為 1，即 HmHm-1H2H1，則海明碼的編碼規(guī)律通常是： a.校驗(yàn)位與數(shù)據(jù)位之和為m，每個(gè)校驗(yàn)位Pi在海明碼中被分在 2i-1的位置，其余各位為數(shù)據(jù)位，并按從低向高逐位依次排列的關(guān)系分配各數(shù)據(jù)位。 b.海明碼的每一位 Hi（包含數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位本身）由多個(gè)校驗(yàn)位校驗(yàn)，其關(guān)系是被校驗(yàn)的每一位位號(hào)要等于校驗(yàn)它的各校驗(yàn)位的位號(hào)之和。這樣安排的目的，是希望校驗(yàn)的結(jié)果能正確反映出出錯(cuò)位的位號(hào)。1.21.2 設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)思路 每個(gè)字節(jié)由 8 個(gè)二進(jìn)制位組成，此處的 k 為 8，按照數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，r 應(yīng)為 5，由于總校驗(yàn)位只是檢測(cè)兩位出錯(cuò)還是一位

5、出錯(cuò)，因此設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮它的值，設(shè) r 為 4，故海明碼的總位數(shù)為 12，可表示為： H12H11H3H2H1， 4 個(gè)校驗(yàn)位 P4P1 對(duì)應(yīng)的海明碼位號(hào)分別為：H8，H4，H2，H1。其余為數(shù)據(jù)位 Di，則有如下排列關(guān)系： D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1由上表可得出： P1=D2D4D5D7D8 P2=D2D3D5D6D8H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12P1P2D8P4D7D6D5P8D4D3D2D1沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 1 章 總體設(shè)計(jì)方案- 1 - P3=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4海明碼的校驗(yàn)： S1=P1D2D4D5D7

6、D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D41.3 設(shè)計(jì)環(huán)境設(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。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 2 -第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)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。完成原理圖的設(shè)計(jì)后，把輸入/輸出信號(hào)安排到XCV200 指定的引腳上去，實(shí)現(xiàn)芯片的

7、引腳鎖定。 原理圖主要由生成，錯(cuò)誤模塊和校驗(yàn)三個(gè)模塊組裝而成的一個(gè)完整的設(shè)計(jì)實(shí)體，分別為：生成模塊、校驗(yàn)?zāi)K、錯(cuò)誤模塊圖圖 2.12.1 生成模塊生成模塊沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 3 -圖圖 2.22.2 錯(cuò)誤模塊錯(cuò)誤模塊圖圖 2.32.3 校驗(yàn)?zāi)K校驗(yàn)?zāi)K2.2 功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 2.2.1 生成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)生成模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（1）元件結(jié)構(gòu)）元件結(jié)構(gòu)海明碼生成模塊，原理是通過(guò)輸入的數(shù)據(jù) I1I8 按照公式： P1=D2D4D5D7D8 P2=D2D3D5D6D8沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 4 - P3

8、=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4生成了 4 位校驗(yàn)碼 P1/P2 /P3/P4，從而得出了 12 位海明碼。圖圖 2.42.4 生成模塊內(nèi)部電路生成模塊內(nèi)部電路（2）功能仿真）功能仿真對(duì)生成模塊進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 5 -圖圖 2.52.5 SHENGCHENG 模塊仿真模塊仿真結(jié)果分析：輸入 I1-I8 為 10100000，輸出 O1-O12 為 101101000000，結(jié)果是正確的海明碼。2.2.2 錯(cuò)誤模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（1）元件結(jié)構(gòu)）元件結(jié)構(gòu)本模塊的原理是通過(guò) 3 線 8 線譯碼器的

9、3 進(jìn) 1 出，輸出一個(gè) 1，與 8 位輸入數(shù)據(jù)中的一位異或，使之發(fā)生錯(cuò)誤，從而得出一組錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 6 -圖圖 2.62.6 錯(cuò)誤產(chǎn)生模塊內(nèi)部電路錯(cuò)誤產(chǎn)生模塊內(nèi)部電路（2）功能仿真）功能仿真對(duì)創(chuàng)建的 ERROR 元件進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 7 -圖圖 2.72.7 ERROR 模塊仿真模塊仿真結(jié)果分析：輸入 L1-L3 為 000，輸入 I1-I8 為 10100000，輸出 K1 為 0，產(chǎn)生一位錯(cuò)誤。2.2.3 校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)?zāi)K的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（1）元件的內(nèi)

10、部結(jié)構(gòu)）元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理是通過(guò)公式： S1=P1D2D4D5D7D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D4連成的電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，判斷數(shù)據(jù)是那一位出錯(cuò)，并對(duì)出錯(cuò)的那一位與錯(cuò)誤數(shù)據(jù)異或，從而得出正確的數(shù)據(jù)。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 8 -圖圖 2.82.8 校驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部電路校驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部電路（2）功能仿真）功能仿真對(duì)校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。圖圖 2.92.9 校驗(yàn)?zāi)K仿真校驗(yàn)?zāi)K仿真沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 9 -2.3 仿真調(diào)試仿真調(diào)試仿真調(diào)試是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路

11、邏輯功能的正確性，輸入 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)位生成 12 位海明碼,中間經(jīng)三八譯碼器來(lái)改變一位數(shù)據(jù)位,經(jīng)校驗(yàn)電路修改,最后輸出正確的 8 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)位。 （1）創(chuàng)建仿真信號(hào)）創(chuàng)建仿真信號(hào)在進(jìn)行仿真時(shí)，輸入數(shù)據(jù)位用了上面的兩組數(shù)據(jù)。第一組數(shù)據(jù)，I1I8 為 10100000，生成的海明碼 O1O12 為10110100000第二組數(shù)據(jù)，I1I8 為 10010001，生成的海明碼 O1O12 為 001000110001這兩組數(shù)據(jù)又經(jīng)三八譯碼器改變其中一位錯(cuò)的數(shù)據(jù)輸入到校驗(yàn)電路里，經(jīng)校驗(yàn)后輸出原本的數(shù)據(jù)位，最終實(shí)現(xiàn)了海明碼生成和校驗(yàn)功能。（2）仿真結(jié)果）仿真結(jié)果功能仿真波形結(jié)果如圖 2.10、圖

12、2.11 所示，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如表 2.3 所示。對(duì)表中內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算，可以看出功能仿真結(jié)果是正確的，進(jìn)而說(shuō)明此次電路設(shè)計(jì)成功。輸入數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù) 8 位數(shù)位數(shù)據(jù)據(jù)( (I1I8) )3 線線 8 線譯碼器輸線譯碼器輸入入(L1L3)輸出海明碼輸出海明碼(O1O12)輸出校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)輸出校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)(D1D8)10100000000101101000000101000001001000100100100011000110010001仿真調(diào)試時(shí)采用兩組數(shù)據(jù)I1I8第一組數(shù)據(jù)10100000第二組數(shù)據(jù)10010001沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 10 -圖圖2.10 第一組數(shù)

13、據(jù)功能仿真波形結(jié)果第一組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 2 章 詳細(xì)設(shè)計(jì)方案- 11 -圖圖 2.11 第二組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果第二組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 章 編程下載與硬件測(cè)試- 12 -第 3 章 編程下載與硬件測(cè)試3.1 編程下載編程下載利用 Xilinx ISE 的編程下載功能，下載編譯我的工程，從而得到的*.bin 文件，即可下載到 XCV200 實(shí)驗(yàn)板的 XCV200 可編程邏輯芯片中，完成編譯下載。3.2 硬件測(cè)試及結(jié)果分析硬件測(cè)試及結(jié)果分析利用 XCV200 實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行硬件功能測(cè)試。海明碼數(shù)據(jù)位的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)XCV20

14、0 實(shí)驗(yàn)板的輸入開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)，輸出數(shù)據(jù)通過(guò) XCV200 實(shí)驗(yàn)板的 LED 指示燈實(shí)現(xiàn)。輸入數(shù)據(jù)得到下圖的數(shù)據(jù)：圖圖 3.1 第一組數(shù)據(jù)第一組數(shù)據(jù) cop2000 仿真下載結(jié)果仿真下載結(jié)果結(jié)果分析：輸入 K1:1-K1:3 為 000，對(duì)應(yīng) L1-L3，輸入 I1-I8 為 10010001，輸出 B7A4 為 001000110001 對(duì)應(yīng) O1-O12。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 第 3 章 編程下載與硬件測(cè)試- 13 -圖圖 3.2 第二組數(shù)據(jù)第二組數(shù)據(jù) cop2000 仿真下載結(jié)果仿真下載結(jié)果結(jié)果分析：輸入 K1:1-K1:3 為 000，對(duì)應(yīng) L1-L3，輸入 I1-I8 為 1001

15、0010，輸出 B7-A4 為 111100110010 對(duì)應(yīng) O1-O12。沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- 14 -參考文獻(xiàn)1 曹昕燕.EDA 技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M.北京：清華大學(xué)出版社，20062 范延濱.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理、接口與 EDA 設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，20063 唐朔飛.計(jì)算機(jī)組成原理（第 2 版）M.北京：高等教育出版社，2008沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- 15 -附 錄（程序清單或電路原理圖）電路原理總圖電路原理總圖沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- 16 -課程設(shè)計(jì)總結(jié)：課程設(shè)計(jì)總結(jié)：通過(guò)本次課設(shè)，我更深入的學(xué)習(xí)和了解了海明碼，加強(qiáng)了我對(duì)海明碼的認(rèn)識(shí)，而且還學(xué)習(xí)了 Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)很有幫助。增強(qiáng)了自己對(duì)信息的搜集與應(yīng)用