海明碼生成與校驗電路的設(shè)計.

1、沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計報告課程設(shè)計名稱： 計算機組成原理課程設(shè)計 課程設(shè)計題目： 海明碼生成與校驗電路的設(shè)計院（系）：計算機學(xué)院專 業(yè)：計算機科學(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)計報告目錄第1章 總體設(shè)計方案-2 -1.1 設(shè)計原理-2-1.2設(shè)計思路-21.2 設(shè)計環(huán)境-2 -第2章 詳細(xì)設(shè)計方案-3 -2.1 頂層方案圖的設(shè)計與實現(xiàn) -3-2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計文件 -3 -2.2 功能模塊的設(shè)計與實現(xiàn).-.52.2.1生成模塊的設(shè)計與實現(xiàn) -5 -2.2.2 校驗?zāi)K的設(shè)計與實現(xiàn) -7 -2.2.3 校驗?zāi)K的設(shè)計

2、與實現(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-13 -附 錄（電路原理圖）-14 -6 -第1章 總體設(shè)計方案1.1 設(shè)計原理海明碼校驗的原理是在原來的數(shù)據(jù)中加入對應(yīng)的校驗位，通過校驗位反應(yīng)出錯位。海明碼只能糾正一位出錯的數(shù)據(jù)位。(1) 校驗位的產(chǎn)生：數(shù)據(jù)位個數(shù)為n,校驗位個數(shù)為k，二者關(guān)系滿足不等式： 2n=k+n+1,由此得出校驗位個數(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，校驗位由c1,c2ck表示，校驗位放在第2m位(m=1,2)，數(shù)據(jù)位的位號等于幾個校驗位位號之 和，校驗位的

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：海明碼的出錯位數(shù)是校驗位的數(shù)值與對應(yīng)產(chǎn)生該檢驗位的 數(shù)據(jù)位數(shù)值經(jīng)異或后得到的數(shù)值組成的二進制組合。1.2 設(shè)計思路1. 海明碼的生成：八位數(shù)據(jù)位對應(yīng)的校驗位是四位， 用b1,b2b8表示數(shù)據(jù) 位，c1,c2,c3,c4表示校驗位，構(gòu)成的海明碼表示為 C1c2b1c3b2b3b4c4b5b6b7b8 校驗位數(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：采用偶校驗，出錯位由四位

4、二進制數(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出錯位是P4P3P2P11.2 設(shè)計環(huán)境硬件環(huán)境：偉福COP2000型計算機組成原理實驗儀、XCV200實驗板、微 機；EDA 環(huán)境：Xilinx foundation f3.1 設(shè)計軟件、COP2000仿真軟件。第2章詳細(xì)設(shè)計方案2.1 頂層方案圖的設(shè)計與實現(xiàn)頂層方案圖實現(xiàn)海明碼的生成與校驗邏輯功能，采用原理圖設(shè)計輸入方式完 成，電路實現(xiàn)基于 XCV200可編程邏輯芯片。在完成原理圖的功能設(shè)計后，把 輸入

5、/輸出信號安排到XCV200指定的引腳上去，實現(xiàn)芯片的引腳鎖定。2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計文件頂層圖形文件主要由生成元件，校驗元件和出錯元件模塊組裝而成的一個完 整的設(shè)計實體。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)計環(huán)境是基于偉福COP2000型計算機組成原理實驗儀和XCV200實驗板，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)計與實現(xiàn)海明碼生成與校驗電路是由生成與校驗兩個模塊組成。生成模塊是從8個輸入端輸入8位數(shù)據(jù)位，經(jīng)異或門得到校驗位，然后依照海明碼編碼規(guī)律輸出12位的海明碼；校驗?zāi)K的出錯電路作用是使正確的海明碼的其中一位取反得到有 一位出錯的海明碼，并作為校驗電路的十二個輸入加到輸入端，經(jīng)過校驗電路中的四個異或門得到出錯的位號輸出到四個輸出端，實現(xiàn)海明碼校驗的功能。2.2.1生成模塊的設(shè)計與實現(xiàn)（1）元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)生成模塊的電路是由八個輸入端，十二

8、個輸出端及四個異或門組成，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,生成四個校驗位c1c4，再與八個輸入的數(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)計報告圖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行仿真，驗證其功能正確性。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)計報告仿真結(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)計算正確的海明碼一致，所以生成電路是正確 的。222校驗?zāi)K的設(shè)計與實現(xiàn)校驗?zāi)K由出錯電路和校驗電路兩部分夠成，共同實現(xiàn)校驗功能。(1)出錯電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)出錯電路的原理是根據(jù)二進制數(shù)與 1異或取反，與0異或為自身的規(guī) 律設(shè)計的，電路由12個控制輸入端，12個正確海

11、明碼數(shù)據(jù)輸入端，12個 一位出錯的海明碼輸出端和12個異或門構(gòu)成。12位海明碼中使一位取反 即一位出錯，輸出到輸出端。(2)出錯電路功能仿真采用功能仿真方法對出錯電路進行仿真，驗證其功能正確性。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時可使得輸入的海明碼對應(yīng)位取反，所以出錯電路是正確的。(3) 校驗電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)校驗電路的原理是根據(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, 得出出錯位P4P3P2P1電路由12位一位出錯的海明碼作為輸入端，

12、 四個顯 示出錯位號的輸出端及四個異或門構(gòu)成。-4v.1： a.；4XCRjE圖2.2.2 校驗元件內(nèi)部電路(2)校驗電路功能仿真采用功能仿真方法對校驗電路進行仿真，驗證其功能正確性。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)計總結(jié)：在開始接觸到Xilinx foundation f3.1設(shè)計軟件時遇到很多困難，畫元一 部分電路圖不能保存好