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

.PAGE.-..-可修遍-航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)：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)現(xiàn)院〔系〕：專(zhuān)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..-..-可修遍-目錄TOC\o"1-3"\h\z第1章總體設(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。1.3設(shè)計(jì)環(huán)境錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。第2章詳細(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)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)62.2.3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。3.2硬件測(cè)試及結(jié)果分析錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。參考文獻(xiàn)15附錄〔程序清單或電路原理圖〕16..第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)原理海明校驗(yàn)碼是由理查得·海明〔RichardHanmming〕于1950年提出的，它不僅具有檢測(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)大。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)展奇偶校驗(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)展校驗(yàn)位組合，可以到達(dá)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，糾正錯(cuò)誤的目的?！?〕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2^k個(gè)值。如果能夠滿足：2^k–1>=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?！?〕海明碼的編碼規(guī)律假設(shè)海明碼的最高位號(hào)為m，最低位號(hào)為1，即HmHm-1…H2H1，那么海明碼的編碼規(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)。1.2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：H12H11…H3H2H1，4個(gè)校驗(yàn)位P4～P1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，那么有如下排列關(guān)系：D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12P1P2D8P4D7D6D5P8D4D3D2D1由上表可得出：P1=D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D8P2=D2⊕D3⊕D5⊕D6⊕D8P3=D1⊕D5⊕D6⊕D7P4=D1⊕D2⊕D3⊕D4海明碼的校驗(yàn)：S1=P1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D8S2=P2⊕D2⊕D3⊕D5⊕D6⊕D8S3=P3⊕D1⊕D5⊕D6⊕D7S4=P4⊕D1⊕D2⊕D3⊕D41.3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：Xilinxfoundationf3.1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2.1生成模塊圖2.2錯(cuò)誤模塊圖2.3校驗(yàn)?zāi)K2.2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)〔1〕元件構(gòu)造海明碼生成模塊，原理是通過(guò)輸入的數(shù)據(jù)I1~I8按照公式：P1=D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D8P2=D2⊕D3⊕D5⊕D6⊕D8P3=D1⊕D5⊕D6⊕D7P4=D1⊕D2⊕D3⊕D4生成了4位校驗(yàn)碼P1/P2/P3/P4，從而得出了12位海明碼。圖2.4生成模塊部電路〔2〕功能仿真對(duì)生成模塊進(jìn)展功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。圖2.5SHENGCHENG模塊仿真結(jié)果分析：輸入I1-I8為10100000，輸出O1-O12為0，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)〔1〕元件構(gòu)造本模塊的原理是通過(guò)3線8線譯碼器的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)。圖2.6錯(cuò)誤產(chǎn)生模塊部電路〔2〕功能仿真對(duì)創(chuàng)立的ERROR元件進(jìn)展功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。圖2.7ERROR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)〔1〕元件的部構(gòu)造原理是通過(guò)公式：S1=P1⊕D2⊕D4⊕D5⊕D7⊕D8S2=P2⊕D2⊕D3⊕D5⊕D6⊕D8S3=P3⊕D1⊕D5⊕D6⊕D7S4=P4⊕D1⊕D2⊕D3⊕D4連成的電路對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)展校驗(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)。圖2.8校驗(yàn)?zāi)K部電路〔2〕功能仿真對(duì)校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)展功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。圖2.9校驗(yàn)?zāi)K仿真2.3仿真調(diào)試仿真調(diào)試是為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路邏輯功能的正確性，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。仿真調(diào)試時(shí)采用兩組數(shù)據(jù)I1～I(xiàn)8第一組數(shù)據(jù)10100000第二組數(shù)據(jù)10010001〔1〕創(chuàng)立仿真信號(hào)在進(jìn)展仿真時(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)，I1～I(xiàn)8為10100000，生成的海明碼O1~O12為第二組數(shù)據(jù)，I1~I8為10010001，生成的海明碼O1~O12為1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?！?〕仿真結(jié)果功能仿真波形結(jié)果如圖2.10、圖2.11所示，仿真數(shù)據(jù)結(jié)果如表2.3所示。對(duì)表中容進(jìn)展計(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)8位數(shù)據(jù)(I1~I8)3線8線譯碼器輸入(L1~L3)輸出海明碼(O1~O12)輸出校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)(D1~D8)1010000000001010000010010001001110010001圖2.10第一組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果圖2.11第二組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果..第3章編程下載與硬件測(cè)試3.1編程下載利用XilinxISE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)果分析利用XCV200實(shí)驗(yàn)板進(jìn)展硬件功能測(cè)試。海明碼數(shù)據(jù)位的輸入數(shù)據(jù)通過(guò)XCV200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)得到下列圖的數(shù)據(jù)：圖3.1第一組數(shù)據(jù)cop2000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B7—A4為1對(duì)應(yīng)O1-O12。圖3.2第二組數(shù)據(jù)cop2000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10010010，輸出B7-A4為0對(duì)應(yīng)O1-O12。..參考文獻(xiàn)[1]昕燕.EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)[M].：清華大學(xué)，2006[2]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].：郵電大學(xué)，2006[3]唐朔飛.計(jì)算機(jī)組成原理〔第2版〕[M].：高等教育，2008..附錄〔程序清單或電路原理圖〕電路原理總圖課程設(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Xilinxfoundationf3.1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)用能力，增加了自己的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，也培養(yǎng)了自己對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的興趣。雖然在