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

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)電路設(shè)計(jì)與實(shí)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日第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)原理1.2設(shè)計(jì)思路1.3 設(shè)計(jì)環(huán)境第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)方案-1 -1 -錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤！未定義書簽。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SHENGCHE模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42.2.2海明碼ERRO模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)62.2.3 海 明 碼 JIAOYAN 模 塊現(xiàn) 83.1 編程下載3.2硬件測(cè)試及結(jié)果分析的設(shè)計(jì)與實(shí)錯(cuò)誤！未定義書簽。錯(cuò)誤

2、！未定義書簽。參考文獻(xiàn)1516附 錄（程序清單或電路原理圖）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（Richard Han mmi ng）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)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)

3、。k位的校驗(yàn)碼可以有2Ak個(gè)值。如果能夠滿足： 2Ak ->=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)問題。（2）海明碼的編碼規(guī)律若海明碼的最高位號(hào)為 m最低位號(hào)為1, 即卩Hf-1HH,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P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H （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

4、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：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，貝U有如下排列關(guān)系：D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12P1P2D8P4D7D6D5P8D4D3D2D1由上表可得出:P1=D2 ® D4® D5® D7®

5、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®

6、 D41.3設(shè)計(jì)環(huán)境硬件環(huán)境：偉福COP200（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、COP200仿真軟件。U6圖2.1生成模塊第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XCV20C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 XCV2O0旨定的引腳上去，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OPADOPADDPADPADPADDPADOPADPA

7、DOPADOPADOPAD114IPADIPADIPAD 、 / IPADIPADIPADZIPADIPADLTKIL2K2L3K301K402肝03KG04K7K806D7場(chǎng)U5cuowu圖22錯(cuò)誤模塊N1D1N2D2N3D3N4D4NED5N6D6N7D?N8D0N3N10NilN12OP ADOP ADCP ADOPADOPADOPACOPAOOPADJIAOYAN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 )元件結(jié)構(gòu)海明碼生成模塊，原理是通過輸入的數(shù)據(jù) 1118按照公式:P1=D2 ® D4® D5® D7®

8、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 生成模塊內(nèi)部電路(2)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。紛 Logic Simulator - Xilinx Foundation F2.1i hnrinn2亠Waveform Viewer 0File Signal Waveform Device Options Toolsev*

9、1 Mndo*v Help“口盤|虬|罰型|FuncS創(chuàng)制応|川二©| Breal<T m | |-±f3CcNL= =:：3 |苗|11111Low 11 Hi0h 11 Unkn I Hiah Z 二II歲佳II豎11111111IB. 012 s . Oil. 010. a 09. 08 -. 07. 06 05. 04. 03 -. 02. DCBut 曲*Raid Qrl to drag transihonsCancel I More Fmsi | Help圖2.5 SHENGCHENG模塊仿真結(jié)果分析：輸入11-18 為10100000,輸出O1-O12為

10、10110100000Q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 ）元件結(jié)構(gòu)本模塊的原理是通過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)生模塊內(nèi)部電路(2)功能仿真對(duì)創(chuàng)建的ERRORS件進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性。1li1 IIILIF=Cs11.2 -1L3Cs1III. . .12 n （113-114J-1IS 1I£-117二二1IBI'-1KB1K71應(yīng)1K51K4IK3. . 1K21SC li J 1 1 1 1 1 1 1 1Functional卜 Test

11、vector state selectionH igh_ZBus StateHold Cbi key bo drag bansWww；Cancel I More Fast Help蟄 Logit Simulator - Xilinx Foundation FSlI hmm3 - Waveform Viewer 0 曰 Hie Signal waveform Device Options Tools view Window HelpT| M I 同則朋-F. ®| 曲 S I M IJ|=<= errs圖2.7 ERROR模塊仿真結(jié)果分析:輸入 L1-L3為000,輸入11-18

12、 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）元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理是通過公式：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)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)圖2.8 校驗(yàn)?zāi)K

13、內(nèi)部電路(2)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。禺P logic Simulator - Xilinx Foundation F3.1i hmm3File Signal W 自 reform Device Options Tools View Window Help色圍色電I胡勾11 Functional T ll聶|護(hù)叫1500n£|戟I | B啟已k.鶴| 忒|I liSTLLHhL I2ug1_ 1 1- 1 1 1- 1- 1 1- 1_ 1_ 1 1_ 1_ 1_ 1- 1 1 -1- 1-121423405678123456 7 0 OOKOKKIKol

14、kKIKKDDDDDDDDICSlcswilcslcsMlcsLowTH igih =rgM iioih Z.DalBusBus State上刈0Hold Ctrl keCancel |y to drag haiMoreisitions.FastHelpT&st Hector state selection-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)米用兩組數(shù)據(jù)I1 I8第一組數(shù)據(jù)10100000第二組數(shù)據(jù)1001

15、0001(1)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)，1118為10100000,生成的海明碼 01012為10110100000 第二組數(shù)據(jù)，1118為10010001，生成的海明碼 01012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)而說明此次電路設(shè)計(jì) 成功。輸入數(shù)據(jù)8位數(shù)據(jù)3線8線譯碼器輸輸出海明碼輸出校驗(yàn)后的數(shù)據(jù)

16、(1118)入(L1L3)(01012)(D1D8)10100000000101101000000101000001001000100100100011000110010001備 Logic Simulator - Xilinx Foundation F3.1i hmiriB - Waveform Viewer (S曰 PileLllajJjjuI|C=11 h1111111111111 .3 11 .12 .13. . 14 . IE . 16 .17. . 1801 .020304 .05oe. 07. 08 09 010. Oil . 012 . DI . D2 . D

17、3 . D4 . D5 . D6D7 . DB .DvioptionF前丨忒ICsr-'Cs二 s：Window HeBus StmtE o-Functional三I員丨j網(wǎng)恥F| 巒 | BreakITest Vettor State Selection.LowBusHold Ctrl key to drag trflnsitioris.CancelMore圖2.10第一組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果1野 Logic Simulator - Xilinx Foundation F3.ll hmm3 - Waveform Viewer Options Tools View Window He

18、3 JmJ 也 | 別阮二| 涉| | BreakI ；in±|a fi圈日直I也|胡幻I丨“ liCJ | 七23= |Ml* *l|nazero rm DeviceFunctional1111111111111111. .12.r,.L3.11. .12.13.工4 一IE.IG.,.n01.02.03.04 . r ,.OE 一06.07.be.儀一pio.Oil .012.DI.D2 .D3. 肚. D5.DD7 .De.Z .-'.I'Ll . L 二, 匚JC.z , L l ,MoreBus State0Test Vector State Selecti

19、on.,DdBusHold Ctrl key to drag transitions.I CancelFastHellp圖2.11第二組數(shù)據(jù)功能仿真波形結(jié)果11第3章 編程下載與硬件測(cè)試3.1 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XCV20C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XCV20C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XCV200 實(shí)驗(yàn)板的輸入開關(guān)實(shí)現(xiàn)，輸出數(shù)據(jù)通過 XCV200實(shí)驗(yàn)板的LED旨示燈實(shí)現(xiàn)。輸入數(shù)據(jù)得到下圖的數(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 001000110001 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11-18 為10010010, 輸出 B7-A4為 111100110010對(duì)應(yīng) 01-0