海明碼生成與校驗電路設計與實現(xiàn)

1、沈陽航空航天大學 課課 程程 設設 計計 報報 告告課程設計名稱：計算機組成原理課程設計計算機組成原理課程設計課程設計題目：海明碼生成與校驗電路設計與實海明碼生成與校驗電路設計與實現(xiàn)現(xiàn)院（系）：專 業(yè)：班 級：學 號：姓 名：指導教師：完成日期： 2016年1月14日沈陽航空航天大學課程設計報告目目 錄錄第第 1 章章 總體設計方案總體設計方案 .- 1 -1.1 設計原理.- 1 -1.2 設計思路 .錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。1.3 設計環(huán)境 .錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。第第 2 章章 詳細設計方案詳細設計方案.32.1 頂層方案圖的設計與實現(xiàn) .32.2 功能模塊的設

2、計與實現(xiàn) .42.2.1 海明碼 SHENGCHENG 模塊的設計與實現(xiàn).42.2.2 海明碼 ERROR 模塊的設計與實現(xiàn).6 2.2.3 海明碼 JIAOYAN 模塊的設計與實現(xiàn).83.1 編程下載.錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。3.2 硬件測試及結(jié)果分析 .錯誤！未定義書簽。錯誤！未定義書簽。參考文獻參考文獻.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沈陽航空航天大學課程設計報告 第 1 章 總體設計方案- 0 -第 1 章 總體設計方案1.11.1 設計原設計原理理 海明校驗碼是由理查得海明（Richard Hanmming）于 1950 年提出的，它不

3、僅具有檢測錯誤的能力，同時還具有給出錯誤所在的準確位置的能力，這在通信領域有著很廣泛的應用。海明碼是奇偶校驗的一種擴充。它采用多位校驗碼的方式，在這些校驗位中的每一位都對不同的信息數(shù)據(jù)位進行奇偶校驗，通過合理地安排每個校驗位對原始數(shù)據(jù)進行校驗位組合，可以達到發(fā)現(xiàn)錯誤，糾正錯誤的目的。 （1）數(shù)據(jù)位和校驗位的關(guān)系假設數(shù)據(jù)位有 m 位，如何設定校驗位 k 的長度才能滿足糾正一位錯誤的要求呢?我們這里做一個簡單的推導。k 位的校驗碼可以有 2k 個值。如果能夠滿足： 2k1=m + k (m+ k 為編碼后的總長度)，在理論上 k 個校驗碼就可以判斷是哪一位(包括信息碼和校驗碼)出現(xiàn)問題。 （2）海

4、明碼的編碼規(guī)律若海明碼的最高位號為 m，最低位號為 1，即 HmHm-1H2H1，則海明碼的編碼規(guī)律通常是： a.校驗位與數(shù)據(jù)位之和為m，每個校驗位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)位和校驗位本身）由多個校驗位校驗，其關(guān)系是被校驗的每一位位號要等于校驗它的各校驗位的位號之和。這樣安排的目的，是希望校驗的結(jié)果能正確反映出出錯位的位號。1.21.2 設計思路設計思路 每個字節(jié)由 8 個二進制位組成，此處的 k 為 8，按照數(shù)據(jù)位和校驗位的對應關(guān)系，r 應為 5，由于總校驗位只是檢測兩位出錯還是一位

5、出錯，因此設計時不必考慮它的值，設 r 為 4，故海明碼的總位數(shù)為 12，可表示為： H12H11H3H2H1， 4 個校驗位 P4P1 對應的海明碼位號分別為：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沈陽航空航天大學課程設計報告 第 1 章 總體設計方案- 1 - P3=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4海明碼的校驗： S1=P1D2D4D5D7

6、D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D41.3 設計環(huán)境設計環(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 設計軟件、COP2000 仿真軟件。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 2 -第 2 章 詳細設計方案2.1 設計與實現(xiàn)設計與實現(xiàn)實現(xiàn)海明碼的生成與校驗邏輯功能，采用原理圖設計輸入方式完成，電路實現(xiàn)基于 XCV200 可編程邏輯芯片。完成原理圖的設計后，把輸入/輸出信號安排到XCV200 指定的引腳上去，實現(xiàn)芯片的

7、引腳鎖定。 原理圖主要由生成，錯誤模塊和校驗三個模塊組裝而成的一個完整的設計實體，分別為：生成模塊、校驗模塊、錯誤模塊圖圖 2.12.1 生成模塊生成模塊沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 3 -圖圖 2.22.2 錯誤模塊錯誤模塊圖圖 2.32.3 校驗模塊校驗模塊2.2 功能模塊的設計與實現(xiàn)功能模塊的設計與實現(xiàn) 2.2.1 生成模塊的設計與實現(xiàn)生成模塊的設計與實現(xiàn)（1）元件結(jié)構(gòu)）元件結(jié)構(gòu)海明碼生成模塊，原理是通過輸入的數(shù)據(jù) I1I8 按照公式： P1=D2D4D5D7D8 P2=D2D3D5D6D8沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 4 - P3

8、=D1D5D6D7 P4=D1D2D3D4生成了 4 位校驗碼 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）功能仿真對生成模塊進行功能仿真，驗證其功能的正確性。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 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 錯誤模塊的設計與實現(xiàn)錯誤模塊的設計與實現(xiàn)（1）元件結(jié)構(gòu)）元件結(jié)構(gòu)本模塊的原理是通過 3 線 8 線譯碼器的

9、3 進 1 出，輸出一個 1，與 8 位輸入數(shù)據(jù)中的一位異或，使之發(fā)生錯誤，從而得出一組錯誤的數(shù)據(jù)。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 6 -圖圖 2.62.6 錯誤產(chǎn)生模塊內(nèi)部電路錯誤產(chǎn)生模塊內(nèi)部電路（2）功能仿真）功能仿真對創(chuàng)建的 ERROR 元件進行功能仿真，驗證其功能的正確性。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 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)生一位錯誤。2.2.3 校驗模塊的設計與實現(xiàn)校驗模塊的設計與實現(xiàn)（1）元件的內(nèi)

10、部結(jié)構(gòu)）元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理是通過公式： S1=P1D2D4D5D7D8 S2=P2D2D3D5D6D8 S3=P3D1D5D6D7 S4=P4D1D2D3D4連成的電路對數(shù)據(jù)進行校驗，判斷數(shù)據(jù)是那一位出錯，并對出錯的那一位與錯誤數(shù)據(jù)異或，從而得出正確的數(shù)據(jù)。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 8 -圖圖 2.82.8 校驗模塊內(nèi)部電路校驗模塊內(nèi)部電路（2）功能仿真）功能仿真對校驗模塊進行功能仿真，驗證其功能的正確性。圖圖 2.92.9 校驗模塊仿真校驗模塊仿真沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 9 -2.3 仿真調(diào)試仿真調(diào)試仿真調(diào)試是為了驗證設計電路

11、邏輯功能的正確性，輸入 8 位二進制數(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)校驗電路修改,最后輸出正確的 8 位二進制數(shù)據(jù)位。 （1）創(chuàng)建仿真信號）創(chuàng)建仿真信號在進行仿真時，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的數(shù)據(jù)輸入到校驗電路里，經(jīng)校驗后輸出原本的數(shù)據(jù)位，最終實現(xiàn)了海明碼生成和校驗功能。（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。對表中內(nèi)容進行計算，可以看出功能仿真結(jié)果是正確的，進而說明此次電路設計成功。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)輸出校驗后的數(shù)據(jù)輸出校驗后的數(shù)據(jù)(D1D8)10100000000101101000000101000001001000100100100011000110010001仿真調(diào)試時采用兩組數(shù)據(jù)I1I8第一組數(shù)據(jù)10100000第二組數(shù)據(jù)10010001沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 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)果沈陽航空航天大學課程設計報告 第 2 章 詳細設計方案- 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)果沈陽航空航天大學課程設計報告 第 3 章 編程下載與硬件測試- 12 -第 3 章 編程下載與硬件測試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 實驗板的 XCV200 可編程邏輯芯片中，完成編譯下載。3.2 硬件測試及結(jié)果分析硬件測試及結(jié)果分析利用 XCV200 實驗板進行硬件功能測試。海明碼數(shù)據(jù)位的輸入數(shù)據(jù)通過XCV20

14、0 實驗板的輸入開關(guān)實現(xiàn)，輸出數(shù)據(jù)通過 XCV200 實驗板的 LED 指示燈實現(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，對應 L1-L3，輸入 I1-I8 為 10010001，輸出 B7A4 為 001000110001 對應 O1-O12。沈陽航空航天大學課程設計報告 第 3 章 編程下載與硬件測試- 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，對應 L1-L3，輸入 I1-I8 為 1001

15、0010，輸出 B7-A4 為 111100110010 對應 O1-O12。沈陽航空航天大學課程設計報告- 14 -參考文獻1 曹昕燕.EDA 技術(shù)實驗與課程設計M.北京：清華大學出版社，20062 范延濱.微型計算機系統(tǒng)原理、接口與 EDA 設計技術(shù)M.北京：北京郵電大學出版社，20063 唐朔飛.計算機組成原理（第 2 版）M.北京：高等教育出版社，2008沈陽航空航天大學課程設計報告- 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航空航天大學課程設計報告- 16 -課程設計總結(jié)：課程設計總結(jié)：通過本次課設，我更深入的學習和了解了海明碼，加強了我對海明碼的認識，而且還學習了 Xilinx foundation f3.1 設計平臺的應用，對我以后的學習很有幫助。增強了自己對信息的搜集與應用