循環(huán)碼編解碼器設(shè)計

VHDL語言的循環(huán)碼編譯碼器設(shè)計.參考資料字通信》第二版第7章第4節(jié)循環(huán)碼 (循環(huán)碼原理)《通信原理》第六版第11章第6節(jié)循環(huán)碼(循環(huán)碼原理循環(huán)碼的編解碼方法)《EDA技術(shù)與應用》第三版第7章第1節(jié)組合邏輯電路設(shè)計應用(編碼器設(shè)計譯碼器設(shè)計)/wlkc/course/180002088-1/203-03.htm(網(wǎng)上資料).設(shè)計原理2.1編碼器的設(shè)計VHDL是一種行為描述語言，其編程結(jié)構(gòu)類似于計算機中的C語言，在描述復雜邏輯設(shè)計時，非常簡潔，具有很強的邏輯描述和仿真能力，是未來硬件設(shè)計語言的主流。在本設(shè)計中，應用VHDL語言，在Altera公司的QuartusII7.2軟件環(huán)境下，按照自頂而下的設(shè)計方法，對編譯碼器進行設(shè)計仿真。根據(jù)給定的(n,k)值選定生成多項式g(x)，即從xn+1的因子中選一個(n-k)次多項式作為，假設(shè)給定信息碼組為m(x)=(mk-1,mk-2...m0),其次數(shù)小于k，則xn-km(x)的次數(shù)必定小于n。用g(x)除xn-km(x)，得到余式r(x)，r(x)的次數(shù)必定小于g(x)的次數(shù)，即小于(n-k)。將此余式r(x)加于信息位之后作為監(jiān)督位，即r(x)和xn-km(x)相加，得到多項式必定是一個碼組多項式。因為它必定能被g(x)整除，且商的次數(shù)不大于(k-1)。根據(jù)以上原理，循環(huán)碼的編碼步驟可以歸納如下：用xn-k乘信息碼m(x)，這一運算實際上是在信息碼后附加上(n-k)個“0”用g(x)除xn-km(x)得到商Q(X)編出的碼組T(x)=xn-km(x)+r(x)。由此可見，編碼的核心是如何確定余式r(x)，找到r(x)后，可直接將其所代表的編碼位附加到信息位之后，完成編碼。編碼電路可采用(n-k)級反饋移位寄存器和異或門(模2加)組成的除法電路實現(xiàn)。2.2譯碼器的設(shè)計接收端譯碼的要求有兩個：檢錯和糾錯。檢錯若接收碼組R(x)與發(fā)送碼組相同，即R(x)=T(x),則R(x)必定能被g(x)整除；若在傳輸中發(fā)生錯誤，即R(x)尹T(x),則R(x)被g(x)除時可能除不盡而有余項，從而發(fā)生錯誤。因此，可以以余項是否為零來判斷接收碼組中有無錯誤。但是，有錯碼的接收碼組也有可能被g(x)整除，這時的錯碼就不能檢出。這種錯誤稱為不可檢錯誤，其誤碼必定超過了此編碼的檢錯能力。糾錯為了能夠糾錯，要求每個可糾正的錯誤圖樣必須與一個特定余式有一一對應關(guān)系。只有存在上述一一對應的關(guān)系時，才可能從上述余式唯一地決定錯誤圖樣，從而糾正錯碼。以下是為糾錯而設(shè)計的。由于(7,4)循環(huán)碼的最小碼距為d0=3，由d0>2t+1得，此循環(huán)碼只能糾正一個錯碼。當經(jīng)過信道傳輸后發(fā)生錯誤時，接收碼組多項式R(x)不再是的倍式。其中S(x)是R(x)除以g(x)后的余式，是不大于r-1次的碼組多項式，稱為伴隨多項式或校正子多項式。時接收碼組多項式可表示為發(fā)送碼組多項式T(x)與差錯多項式E(x)之和，艮"R(x)=T(x)+E(x)綜合以上式子，我們由就可進一步確定E(x)：S(x)=rem[T(x)+E(x)]=rem[E(x)]g(x) g(x)對于一個S(x)，E(x)可能有多種形式。由S(x)確定E(x)時同樣使用最大似然比準則。對最小碼重的差錯多項式E(x)，由上式求出對應的伴隨多項式S(x)，將E(x)與S(x)的對應關(guān)系列成譯碼表。當收到任一碼組R(x)后，利用S(x)=rem[R(x)/g(x)]求出S(x)，對照譯碼表找到E(x)，再用R(x)=T(x)+E(x)求T(x)，即T(x)=R(x)+E(x)為已經(jīng)糾錯的原發(fā)送碼組。糾錯完畢之后，只需要取糾錯后的前四位，即為所譯碼元。而在實際電路設(shè)計過程中，由于二進制只有0與1兩種狀態(tài)，知道錯誤位置后，可以直接對該位置的碼元取反即可。綜上所述，糾錯的步驟如下：把接收碼組R(x)送入除法電路，得到余數(shù)D1D2D3即為伴隨矩陣S(x)。由典型生成矩陣G和典型監(jiān)督矩陣HT之間的關(guān)系可進一步求得，再由S=E.HT可得錯誤圖樣E(x)，這樣就可以確定錯碼的位置。(3)根據(jù)錯誤的碼位，對該碼位的碼元取反輸出便可得到原發(fā)送碼組T(x)。其中，T(x)的前四位即為譯出碼元m(x)。.設(shè)計步驟3.1VHDL設(shè)計流程循環(huán)碼編譯系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)循環(huán)碼編譯系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。由定時控制單元信碼發(fā)生器、編碼器單元、模擬錯碼發(fā)生器、錯碼位置計算單元、糾錯單元組成。其中錯碼位置計算單元和糾錯單元合在一起構(gòu)成譯碼器。信道3.2程序流程分析該程序流程主要通過輸入一組四位信息碼組，然后根據(jù)編碼后的余數(shù)輸出對編碼進行檢錯判斷，若輸出余數(shù)為000則無錯碼。3.3程序設(shè)計根據(jù)程序流程圖編寫程序，源程序如下所示：LIBRARYieee;USEieee.std_logic_1164.all;ENTITYcycleISPORT(datain:INSTDLOGIC;clk,clr,clr2:INSTD_LOGIC;enable1:instd_logic;enable2:instd_logic;tout:outstd_logic_vector(6downto0);judge:outstd_logic_vector(1downto0));ENDcycle;ARCHITECTUREarc_cycleOFcycleISSIGNALd0,d1,d2:STD_LOGIC;signalq1,q2,q0:STD_LOGIC_vector(7downto0):="00000000";signaldataout:std_logic;signaldin:std_logic_vector(6downto0);signalrout:std_logic_vector(2downto0);--signaldin:std_logic_vector(6downto0):="0000000";BEGINu1:process(clk)variableg:std_logic;variablem:integerrange1to8;beginif(clk'eventandclk='1')thenifclr=Ttheng:='0‘；m:=1;dataout<=,0,;elseifm<=8thenifm<=4thendataout<=datain;casemiswhen1=>din(6)<=dataout;when2=>din(6)<=dataout;when3=>din(5)<=dataout;when5=>din(3)<=dataout;when6=>din(2)<=dataout;when7=>din(1)<=dataout;when8=>din(0)<=dataout;endcase;g:=datainXORd2;elsedataout<=d2;casemiswhen1=>din(6)<=dataout;when2=>din(6)<=dataout;when3=>din(5)<=dataout;when4=>din(4)<=dataout;when5=>din(3)<=dataout;when6=>din(2)<=dataout;when7=>din(1)<=dataout;when8=>din(0)<=dataout;endcase;g:='0';endif;d2<=d1;d1<=gXORd0;d0<=g;m:=m+1;endif;endif;endif;endprocessu1;u2:process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')thenifenable1='1'thenforiin1to7loopq2(i)<=q1(i-1);q1(i)<=q2(i-1)xorq0(i-1);q0(i)<=din(7-i)xorq2(i-1);endloop;rout(0)<=q0(7);rout(1)<=q1⑺；rout(2)<=q2(7);q0(0)<=q0(7);q2(0)<=q2(7);q1(0)<=q1⑺；endif;endif;endprocessu2;u3:process(clk)beginif(clk'eventandclk='1')thenifenable2='1'then--enable2if(clr2=T)thentout<="0000000";judge<="00";elsecaseroutistout<=din(6downto1)&(notdin(0));judge<="11";when"101"=>tout<=(notdin(6))&din(5downto0);judge<="11”;when"0