毕业设计]基于VHDL的3B4B线路编码解码实现.doc

基于VHDL的3B4B线路编码/解码实现摘要:mBnB码是光纤通信系统中常用的码型之一,本次设计了一种简单实用的3B4B编码方法,并提出了用Altera开发系统的硬件描述语言VHDL实现全数字3B4B编译码电路的设计思想和方法,最后给出了波形仿真结果。本文给出了针对该编码方法的除数字锁相环之外的一种简单方便的VHDL语言设计方法。关键词:3B4B码；FPGA；VHDL语言；波形仿真编码部分（Encode3B4B）：一、3B4B编码原理大多数mBnB码都采用两种模式编码,两种模式交替使码字中的不均值为零。这种编码电路多采用可编程只读存储器PROM查找表的方法实现。下面介绍一种3B4B码,可用更为简单的电路实现,其编码规则具体说明如下:先将输入的数字信号每3b为一码字,在同样长的时间间隔内变换成4b一组的输出码字。变换后4b的一个码字中,第1与第4比特位分别由变换前3b码字中的第1与第3比特位取反而得到；变换前的第1与第2比特位分别作为变换后的第2与第3比特位。其编码情况如表1所示。表13B4B编码表3B0000010100111001011101114B10011000101110100101010001110110二3B4B的编码电路设计3B4B编码电路的工作原理:为了实现3B4B编码,本设计是以随机码作为输入的数字信号。因此,完整的3B4B编码电路包括分频电路、串并转换电路、编码电路和并串转换电路组成,如图1所示。图11：分频模块：a三分频序列发生器的输入时钟脉冲三分频，从而可以实现每输入3BIT的串行信号就同步转换输出出三位的并行信号，实现时钟信号的同步。b四分频序列发生器的输入时钟脉冲四分频，从而可以实现每输入4BIT的并行信号就把转换给变量ifclk4eventandclk4=1thenREG<=Q；2：串并转换模块（用循环移位实现）Clk0来一次有效，Y接收串行的数据就向右移一位，当三分频的信号clk3有效时把Y输出。architectureoneofSER2PARissignalq:std_logic_vector(2downto0)；beginp1:process(clk0)variablen:integer:=0；beginifclk0eventandclk0=1thenq<=shift_in&q(2downto1)；endif；endprocessp1；p2:process(clk3)beginifclk3eventandclk3=1thenY<=q；endif；endprocessp2；3：编码根据自己的码表，确定3位码对应的4位码，利用类似查表的方法，把输入的三位数据当作rom中的地址，然后输出对应的4位码。线路码（4B）信号码（3B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000线路码（）信号码（）模式（负组）模式（正组）码子码子ARCHITECTUREONEOFPROMISSIGNALREG:STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0)；BEGINP1:PROCESS(Y,F)BEGINifF=0thencaseYiswhen"000"=>REG<="1011"；-11when"001"=>REG<="1110"；-14when"010"=>REG<="0101"；-5when"011"=>REG<="0110"；-6when"100"=>REG<="1001"；-9when"101"=>REG<="1010"；-10when"110"=>REG<="0111"；-7when"111"=>REG<="1101"；-13WHENOTHERS=>REG<=NULL；endcase；endif；ifF=1thencaseYiswhen"000"=>REG<="0100"；-4when"001"=>REG<="0001"；-1when"010"=>REG<="0101"；-5when"011"=>REG<="0110"；-6when"100"=>REG<="1001"；-9when"101"=>REG<="1010"；-10when"110"=>REG<="1000"；-8when"111"=>REG<="0010"；-2WHENOTHERS=>REG<=NULL；endcase；endif；ENDPROCESSP1；P2:PROCESS(CLK3)BEGINIFCLK3EVENTANDCLK3=1THENQ<=REG；ENDIF；ENDPROCESSP2；4并串转换把编码实现的4位码，由并行转换为串行输出。architectureoneofPAR2SERissignalN:INTEGERRANGE0TO3；signalREG:std_logic_vector(3downto0)；beginp1:process(clk4,Q)beginifclk4eventandclk4=1thenREG<=Q；endif；endprocessp1；PROCESS(CLK0,REG,N)BEGINIFCLK0EVENTANDCLK0=1THENIFN=3THENN<=0；ELSEN<=N+1；ENDIF；ENDIF；caseNiswhen0=>shift_out<=REG(0)；when1=>shift_out<=REG(1)；when2=>shift_out<=REG(2)；when3=>shift_out<=REG(3)；whenothers=>shift_out<=X；endcase；endprocess；三仿真效果：仿真时，在F引脚输1，选第二的码表，串口输入111，对应的编码输出为0010.解码部分（Encode3B4B）：设计要求：1）资料查找，系统总体的设计思路2）方案比较(方案分析、比较、总结)3）总体方案的设计与任务细分（系统功能模块总图）4）各功能模块设计（模块的实现方案、算法比较、编程、功能和时序仿真）实验报告撰写（各自撰写自己完成的部分，具备总体设计方案、TOP系统图、各功能模块的设计思路、系统调试、仿真和课题总结）mBnB线路编解码简介：mBnB码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m个二进制码，记为mB，称为一个码字，然后把一个码字变换为n个二进制码，记为nB，并在同一个时隙内输出。把输入的mB变换为nB输出；本次设计取m=3,n=m+1=4即为3B4B码。“码字数字和”(WDS)是用来来描述码字的均匀性，并以WDS的最佳选择来保证线路码的传输特性。用“-1”代表“0”码，用“+1”代表“”码，整个码字的代数和即为WDS。nB码的选择原则遵循尽可能选择|WDS|最小的码字，禁止使用|WDS|最大的码字。以3B4B为例，应选择WDS=0和WDS=±2的码字，禁止使用WDS=±4的码字。mBnB码是一种分组码，设计者可以根据传输特性的要求确定某种码表。如下下表为一种3B4B码的码表：线路码（4B）信号码（3B）模式2（负组）模式1（正组）WDS码子WDS码子-20010+211011117-21000+20111110601010010101015010010100110040011000110011300101001010102-20001+211100011-20100+210110000线路码（）信号码（）模式（负组）模式（正组）码子码子解码原理解码器与编码器基本相同，只是除去组别控制部分。译码时，把送来的已变换的4B信号码流，每4比特并联为一组，作为PROM的地址，然后读出3B码，再经过并-串变换还原为原来的信号码流。并串PROMB1B2B3B4b1b2b3串并组别变换ABC变前时钟已变换的输出4B码流变换时钟待变换输入信号码流解码器包括分频电路、分频电路、串并转换电路、解码电路和并串转换电路组成。TOP系统电路图如下：功能仿真波形图：设定输入为:00010001000100010001000100010001000100013B4B解码输出对应为:001001001001001001001001001001各元器件代码如下：三分频器：libraryieee；useieee.std_logic_1164.all；useieee.std_logic_unsigned.all；entityCNT3isport(clk3:instd_logic；newclk1:outstd_logic)；end；architectureexamofCNT3issignalq:integerrange0to2；signaltemp:std_logic；beginprocess(clk3)beginifclk3eventandclk3=1thenifq=2thenq<=0；temp<=1；elseq<=q+1；temp<=0；endif；endif；endprocess；newclk1<=temp；endexam；三分频分频功能仿真波形图：四分频器：libraryieee；useieee.std_logic_1164.all；useieee.std_logic_unsigned.all；entityCNT4isport(clk4:instd_logic；cnter:outstd_logic)；end；architectureexamofCNT4issignalq:std_logic_vector(1downto0)；signaltemp:std_logic；beginprocess(clk4)beginifclk4eventandclk4=1thenifq="11"thenq<="00"；temp<=1；elseq<=q+1；temp<=0；endif；endif；endprocess；cnter<=temp；endexam；四分频分频功能仿真波形图：