基于vhdl语言的5b6b编译系统设计说明书.doc

西 安 工 程 大 学光纤通信大作业基于VHDL语言的5B6B编译系统设计班级：09级通信02班姓名：杨友波学号：40903030219基于VHDL语言的5B6B编译系统设计摘要: 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5B6B 编码方法, 并提出了用A ltera开发系统的硬件描述语言VHDL 实现全数字5B6B 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: 5B6B 码; FPGA; VHDL 语言; 波形仿真编码部分（Encode5B6B）：一、 5B6B 编码原理 mBnB码又叫分组码，是一类冗余二进制码，常见到的有1B2B、2B3B、4B5B、5B6B、8B10B等码型。它将输入的原始码流分成mB为一组的码字，然后在同样的时间内将其变换成n(nm)比特（nB)为一组的较长码字，最后以不归零或归零格式传输这些新码流。m和n均为正整数，一般是n=m+1。通过变换，线路码数率比原二进制码率提高了n/m倍。5B6B码为字母型平衡码中mBnB码的一种，其编码复杂性和比特冗余度之间是最合理的折中，因此使用较为普遍。在5B6B码中，5伟二进制码共有=32种不同的码字，而6位二进制码共有64种不同的码字，必须从64种码字中选出适宜的码字去对应5B码的32种码字。首先引入不平衡度D（Dispartty)的概念，它表示一个码字中“0”元数目减去“1”元数目的差值，差值为零的码字为零不平衡度码字。由于6B码码长为偶数，所以D必为偶数，即D为0,2，-2,4，-4,6，-6。在6B码的64个码字中，有20个零平衡度码字，可以代表20个5B码字。通常情况下，根据尽量选择低不平衡度码字的原则，找出D=2，-2的码字各有12种，为了使“0”码和“1”码出现的机会相同，可以把这些码字相对应的交替使用，用以代表5B码中另外的12个码字。这样编出来的6B码流中最大同符号连续数为6，“0”码和“1”码出现的概率均等，各占50%，所以可以认为没有直流漂移。必须指出，根据不同目的（例如：直流分量最低或实现方法简单等）所提出的编码方案，所对应的编码表是不同的。在本文中，出于减少最大同符号连续数的考虑，采用表一所示的5B6B 编码表，表中巧妙的调整了正，负不均码与均等吗的对应关系（例如输入码子“7”，“24”的变换），使本码表得出的6b码流中最大的同符号连续数为5，使“0”、“1”的转换概率达到了0.5915，提高了定时信息的含量。 表一中，模式1和模式2分别由19个D=0的码字和13个RDS=2，-2的码字组成。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。下面是一种5B6B码的码表。 表一如下 所示：输入码字（5b）输出码字（6b）输入码字（5b）输出码字（6b）模式一模式二模式一模式二0000001100101100101610000110001110001100001110011100001171000111100101000120001011011010001018100101110100100103000111000111000111910011010011010011400100110101100100201010011010011010050010110010110010121101010101010101016001101001101001102210110010110010110700111100111000111231011101011101010080100010101110100024110001110000110009010011010011010012511001011001011001100101010101010101026110100110100110101101011001011001011271101101101100101012011001011001011002811100011100011100130110110110100010129111010111010010011401110101110000110301111001111000110015011110011100011103111111001101001101 二 5B6B 的编码电路设计 5B6B 编码电路的工作原理: 为了实现5B6B 编码, 本设计是以随机码作为输入的数字信号。因此, 完整的5B6B 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。 （1）五分频器：五分频 序列发生器的输入时钟脉冲五分频，从而可以实现每输入5BIT的串行信号就同步转换输出出五位的并行信号，实现时钟信号的同步。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt5 isport(clk5:in std_logic;newclk1:out std_logic);end;architecture exam of CNT5 issignal q:integer range 0 to 4;signal temp: std_logic;beginprocess(clk5)beginif clk5event and clk5=1 then -表示检测clock的上升沿if q=4 thenq=0; temp=1;else q=q+1;temp=0;end if;end if;end process;newclk1=temp; -newclk1是用于五串变五并模块和编码部分的控制时钟end exam;五分频分频功能仿真波（2） 串并转换（5位串变5位并）（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，当五分频的信号clk5有效时把Y输出。编码部分五串变五并程序：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity SER2PAR5to5 isport(clk5:in std_logic;shift_in:in std_logic;A:out std_logic_vector(4 downto 0);end ;architecture one of SER2PAR5to5 issignal q: std_logic_vector(4 downto 0);beginp1:process(clk5)beginif clk5event and clk5=1 thenq=shift_in & q(4 downto 1);end if;end process p1;AREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREG=NULL;end case;end if;END PROCESS P1;P2:PROCESS(CLK6)BEGINIF CLK6EVENT AND CLK6=1 THENQ=REG;END IF;END PROCESS P2; END ONE;编码仿真波形如下：（4）六分频器：六分频 序列发生器的输入时钟脉冲六分频，从而可以实现每输入6BIT的并行信号就将其转换给变量。具体程序如下：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity CNT6 isport(clk6:in std_logic;cnter:out std_logic);end;architecture exam of CNT6 issignal q:std_logic_vector(2 downto 0);signal temp: std_logic;beginprocess(clk6)beginif clk6event and clk6=1 thenif q=101 thenq=000; temp=1;else q=q+1; temp=0;end if;end if;end process;cnter=temp;end exam;六分频分频功能仿真波形图：（5）六位并变串转换 把编码实现的6位码，由并行转换为串行输出。library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity PAR2SER6to6 isport (clk0,clk6: in std_logic;Q : in std_logic_vector(5 downto 0);shift_out : out std_logic);end PAR2SER6to6;architecture one of PAR2SER6to6 issignal N:INTEGER RANGE 0 TO 5;signal REG:std_logic_vector(5 downto 0);beginp1:process(clk6,Q)beginif clk6event and clk6=1 thenREG=Q;end if;end process p1;PROCESS(CLK0,REG,N)BEGINIF CLK0EVENT AND CLK0=1THENIF N=5 THEN N=0;ELSE Nshift_outshift_outshift_outshift_outshift_outshift_outshift_out=X;end case;end process; end one;六位并到串 仿真波形图：解码部分（Encode5B6B）：一、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6B信号码流，每6比特并联为一组，作为PROM的地址，然后读出5B码，再经过并-串变换还原为原来的信号码流。二 5B6B 的译码电路设计解码器包括5分频电路、6分频电路、串并转换电路、解码电路和并串转换电路组成。（1）译码部分六分频器（用于产生同步时钟信号）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity CNT6 isport(clk6:in std_logic;cnter:out std_logic);end;architecture exam of CNT6 issignal q:std_logic_vector(2 downto 0);signal temp: std_logic;beginprocess(clk6)beginif clk6event and clk6=1 thenif q=101 thenq=000; temp=1;else q=q+1; temp=0;end if;end if;end process;cnter=temp;end exam;六分频分频功能仿真波形图：（2）串行转并行(6位串变6位并）：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity SER2PAR6to6 isport(clk6:in std_logic;shift_in:in std_logic;A:out std_logic_vector(5 downto 0);end ;architecture one of SER2PAR6to6 issignal q: std_logic_vector(5 downto 0);beginp1:process(clk6)beginif clk6event and clk6=1 thenq=shift_in & q(5 downto 1);end if;end process p1;AREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREGREG null; end case; end if; end process; Y=REG;end;仿真波形图：（4）译码部分的五分频器：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity cnt5 isport(clk5:in std_logic;newclk1:out std_logic);end;architecture exam of CNT5 issignal q:integer range 0 to 4;signal temp: std_logic;beginprocess(clk5)beginif clk5event and clk5=1 thenif q=4 thenq=0; temp=1;else q=q+1;temp=0;end if;end if;end process;newclk1=temp;end exam;五分频分频功能仿真波形图：（6）五位并行转串行：library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity PAR2SER5to5 isport (clk0,clk5: in std_logic;Q : in std_logic_vector(4 downto 0);shift_out : out std_logic);end PAR2SER5to5;architecture one of PAR2SER5to5 issignal N:INTEGER RANGE 0 TO 4;signal REG:std_logic_vector(4 downto 0);beginp1:process(clk5,Q)beginif clk5event and clk5=1 thenREG=Q;end if;end process p1;PROCESS(CLK0,REG,N)BEGINIF CLK0EVENT AND CLK0=1THENIF N=4 THEN N=0;ELSE Nshift_outshift_outshift_outshift_outshift_outshift_out=X;end case;end process; end one;并行转串行功能仿真波形图：课题总结：经过几次的上机实验还有一个周末的全力奋战，终于完成了课题。第一次使用VHDL语言完成如此课题，以前虽然零零碎碎学习了相关相关内容，内容简单且较分散，经过这次课题，对这方面的知识有了较系统的认识,对maxplusII软件有更多熟悉。这次课题的完成，对我们来说确实有挑战。我们搜查到的资料比较零散，但由于我们分工比较明确，才在规定时间内完成了课题。具体分工如下：陈莹莹：搜集资料、编码模块、整合文档巢楚颉：搜集资料、分频模块程序及波形图、译码模块电路设计图肖泉：搜集资料、译码模块、并串串并模块、编码表图参考文献：1. 光纤数字通信系统中5B6B码的实践.pdf作者未知2.EDA技术与应用（第版）江国强电子工业出版社3.VHDL硬件描述语言辛春燕国防工业出版社4.一种实用的3B4B线路编码电路闫娟娟、李绪友四川通信技术5. 5B6B编解码的VHDL仿真实现 杨云 邓元庆6. 一种用于光纤传输系统的新5B6B码表.pdf7. 5B6B码编解码方案的分析与改进.pdf 8. 用于34Mb_s光纤传输系统的5B6B线路码.pdf39大学本科生毕业设计（论文）撰写规范本科生毕业设计（论文）是学生在毕业前提交的一份具有一定研究价值和实用价值的学术资料。它既是本科学生开始从事工程设计、科学实验和科学研究的初步尝试，也是学生在教师的指导下，对所进行研究的适当表述，还是学生毕业及学位资格认定的重要依据。毕业论文撰写是本科生培养过程中的基本训练环节之一，应符合国家及各专业部门制定的有关标准，符合汉语语法规范。指导教师应加强指导，严格把关。1、论文结构及要求论文包括题目、中文摘要、外文摘要、目录、正文、参考文献、致谢和附录等几部分。1.1 题目论文题目应恰当、准确地反映论文的主要研究内容。不应超过25字，原则上不得使用标点符号，不设副标题。1.2 摘要与关键词1.2.1 摘要本科生毕业设计（论文）的摘要均要求用中、英两种文字给出，中文在前。摘要应扼要叙述论文的研究目的、研究方法、研究内容和主要结果或结论，文字要精炼，具有一定的独立性和完整性，摘要一般应在300字左右。摘要中不宜使用公式、图表，不标注引用文献编号，避免将摘要写成目录式的内容介绍。1.2.2 关键词关键词是供检索用的主题词条，应采用能覆盖论文主要内容的通用技术词条（参照相应的技术术语标准），一般列35个，按词条的外延层次从大到小排列，应在摘要中出现。1.3 目录目录应独立成页，包括论文中全部章、节的标题及页码。1.4 论文正文论文正文包括绪论、论文主体及结论等部分。1.4.1 绪论绪论一般作为论文的首篇。绪论应说明选题的背景、目的和意义，国内外文献综述以及论文所要研究的主要内容。文管类论文的绪论是毕业论文的开头部分，一般包括说明论文写作的目的与意义，对所研究问题的认识以及提出问题。绪论只是文章的开头，不必写章号。毕业设计（论文）绪论部分字数不多于全部论文字数的1/4。1.4.2 论文主体论文主体是论文的主要部分，要求结构合理，层次清楚，重点突出，文字简练、通顺。论文主体的内容要求参照大学本科生毕业设计（论文）的规定第五章。论文主体各章后应有一节“本章小结”。1.4.3 结论结论作为单独一章排列，但不加章号。结论是对整个论文主要成果的归纳，要突出设计（论文）的创新点，以简练的文字对论文的主要工作进行评价，一般为4001 000字。1.5 参考文献参考文献是论文不可缺少的组成部分，它反映了论文的取材来源和广博程度。论文中要注重引用近期发表的与论文工作直接有关的学术期刊类文献。对理工类论文，参考文献数量一般应在15篇以上，其中学术期刊类文献不少于8篇，外文文献不少于3篇；对文科类、管理类论文，参考文献数量一般为1020篇，其中学术期刊类文献不少于8篇，外文文献不少于3篇。在论文正文中必须有参考文献的编号，参考文献的序号应按在正文中出现的顺序排列。产品说明书、各类标准、各种报纸上刊登的文章及未公开发表的研究报告（著名的内部报告如PB、AD报告及著名大公司的企业技术报告等除外）不宜做为参考文献引用。但对于工程设计类论文，各种标准、规范和手册可作为参考文献。引用网上参考文献时，应注明该文献的准确网页地址，网上参考文献不包含在上述规定的文献数量之内。1.6 致谢对导师和给予指导或协助完成论文工作的组织和个人表示感谢。内容应简洁明了、实事求是，避免俗套。1.7 附录如开题报告、文献综述、外文译文及外文文献复印件、公式的推导、程序流程图、图纸、数据表格等有些不宜放在正文中，但有参考价值的内容可编入论文的附录中。2、论文书写规定2.1 论文正文字数理工类 论文正文字数不少于20 000字。文管类 论文正文字数12 00020 000字。其中汉语言文学专业不少于7 000字。外语类 论文正文字数8 00010 000个外文单词。艺术类 论文正文字数3 0005 000字。2.2 论文书写本科生毕业论文用B5纸计算机排版、编辑与双面打印输出。论文版面设置为：毕业论文B5纸、纵向、为横排、不分栏，上下页边距分别为2.5cm和2cm，左右页边距分别为2.4cm和2cm，对称页边距、左侧装订并装订线为0cm、奇偶页不同、无网格。论文正文满页为29行，每行33个字，字号为小四号宋体，每页版面字数为957个，行间距为固定值20磅。页眉。页眉应居中置于页面上部。单数页眉的文字为“章及标题”；双数页眉的文字为“大学本科生毕业设计（论文）”。页眉的文字用五号宋体，页眉文字下面为2条横线（两条横线的长度与版芯尺寸相同，线粗0.5磅）。页眉、页脚边距分别为1.8cm和1.7cm。页码。页码用小五号字，居中标于页面底部。摘要、目录等文前部分的页码用罗马数字单独编排，正文以后的页码用阿拉伯数字编排。2.3 摘要中文摘要一般为300字左右，外文摘要应与中文摘要内容相同，在语法、用词和书写上应正确无误，摘要页勿需写出论文题目。中、外文摘要应各占一页，编排装订时放置正文前，并且中文在前，外文在后。2.4 目录目录应包括论文中全部章节的标题及页码，含中、外文摘要；正文章、节题目；参考文献；致谢；附录。正文章、节题目（理工类要求编写到第3级标题，即.。文科、管理类可视论文需要进行，编写到23级标题。）2.5 论文正文2.5.1 章节及各章标题论文正文分章、节撰写，每章应另起一页。各章标题要突出重点、简明扼要。字数一般在15字以内，不得使用标点符号。标题中尽量不用英文缩写词，对必须采用者，应使用本行业的通用缩写词。2.5.2 层次层次以少为宜，根据实际需要选择。层次代号格式见表1和表2。表1 理工类论文层次代号及说明层次名称示 例说 明章第1章 章序及章名居中排，章序用阿拉伯数字节1.1 题序顶格书写，与标题间空1字，下面阐述内容另起一段条1.1.1 款1.1.1.1 题序顶格书写，与标题间空1字，下面阐述内容在标题后空1字接排项 (1) 题序空2字书写，以下内容接排，有标题者，阐述内容在标题后空1字 版心左边线 版心右边线表2 文管类论文层次代号及说明章节条款项一、 （一） 1. （1）居中书写空2字书写空2字书写空2字书写空2字书写 版心左边线 版心右边线各层次题序及标题不得置于页面的最后一行（孤行）。2.6 参考文献正文中引用文献标示应置于所引内容最末句的右上角，用小五号字体。所引文献编号用阿拉伯数字置于方括号“ ”中，如“二次铣削1”。当提及的参考文献为文中直接说明时，其序号应该与正文排齐，如“由文献8，1014可知”。经济、管理类论文引用文献，若引用的是原话，要加引号，一般写在段中；若引的不是原文只是原意，文前只需用冒号或逗号，而不用引号。在参考文献之外，若有注释的话，建议采用夹注，即紧接文句，用圆括号标明。不得将引用文献标示置于各级标题处。参考文献书写格式应符合GB77141987文后参考文献著录规则。常用参考文献编写项目和顺序应按文中引用先后次序规定如下：著作图书文献序号作者书名（版次）出版地：出版者，出版年:引用部分起止页 第一版应省略翻译图书文献序号作者书名（版次）译者出版地: 出版者，出版年:引用部分起止页 第一版应省略学术刊物文献序号作者文章名学术刊物名年，卷（期）：引用部分起止页学术会议文献序号作者文章名编者名会议名称，会议地址，年份出版地，出版者，出版年:引用部分起止页学位论文类参考文献序号研究生名学位论文题目出版地学校（或研究单位）及学位论文级别答辩年份:引用部分起止页 西文文献中第一个词和每个实词的第一个字母大写，余者小写；俄文文献名第一个词和专有名词的第一个字母大写，余者小写；日文文献中的汉字须用日文汉字，不得用中文汉字、简化汉字代替。文献中的外文字母一律用正体。作者为多人时，一般只列出前3名作者，不同作者姓名间用逗号相隔。外文姓名按国际惯例，将作者名的缩写置前，作者姓置后。学术会议若出版论文集者，可在会议名称后加上“论文集”字样。未出版论文集者省去“出版者”、“出版年”两项。会议地址与出版地相同者省略“出版地”。会议年份与出版年相同者省略“出版年”。学术刊物文献无卷号的可略去此项，直接写“年，（期）”。参考文献序号顶格书写，不加括号与标点，其后空一格写作者名。序号应按文献在论文中的被引用顺序编排。换行时与作者名第一个字对齐。若同一文献中有多处被引用，则要写出相应引用页码，各起止页码间空一格，排列按引用顺序，不按页码顺序。参考文献书写格式示例见附录1。2.7 名词术语科技名词术语及设备、元件的名称，应采用国家标准或部颁标准中规定的术语或名称。标准中未规定的术语要采用行业通用术语或名称。全文名词术语必须统一。一些特殊名词或新名词应在适当位置加以说明或注解。文管类专业技术术语应为常见、常用的名词。采用英语缩写词时，除本行业广泛应用的通用缩写词外，文中第一次出现的缩写词应该用括号注明英文全文。2.8 计量单位物理量计量单位及符号一律采用中华人民共和国法定计量单位（GB310031021993，见附录2），不得使用非法定计量单位及符号。计量单位符号，除用人名命名的单位第一个字母用大写之外，一律用小写字母。非物理单位（如件、台、人、元、次等）可以采用汉字与单位符号混写的方式，如“万tkm”，“t/（人a）”等。文稿叙述中不定数字之后允许用中文计量单位符号，如“几千克至1 000kg”。表达时刻时应采用中文计量单位，如“上午8点45分”，不能写成“8h45min”。计量单位符号一律用正体。2.9 外文字母的正、斜体用法按照GB310031021986及GB71591987的规定使用，即物理量符号、物理常量、变量符号用斜体，计量单位等符号均用正体。2.10 数字按国家语言文字工作委员会等七单位1987年发布的关于出版物上数字用法的规定，除习惯用中文数字表示的以外，一般均采用阿拉伯数字（参照附录3）。2.11 公式原则上居中书写。若公式前有文字（如“解”、“假定”等），文字顶格书写，公式仍居中写。公式末不加标点。公式序号按章编排，如第1章第一个公式序号为“（1-1）”，附录2中的第一个公式为（-1）等。 文中引用公式时，一般用“见式（1-1）”或“由公式（1-1）”。公式中用斜线表示“除”的关系时，若分母部分为乘积应采用括号，以免含糊不清，如a/(bcosx)。通常“乘”的关系在前，如acosx/b而不写（a/b）cosx。2.12 插表表格不加左、右边线。表序一般按章编排，如第1章第一个插表的序号为“表11”等。表序与表名之间空一格，表名中不允许使用标点符号，表名后不加标点。表序与表名置于表上，居中排写（见附录4）。表头设计应简单明了，尽量不用斜线。表头中可采用化学符号或物理量符号。全表如用同一单位，将单位符号移到表头右上角，加圆括号（见附录4中的例2）。表中数据应正确无误，书写清楚。数字空缺的格内加“”字线（占2个数字宽度）。表内文字和数字上、下或左、右相同时，不允许用“”、“同上”之类的写法，可采用通栏处理方式（见附录4中的例2）。表内文字说明不加标点。文管类的插表在表下一般根据需要可增列补充材料、注解、附记、资料来源、某些指标的计算方法等。表内文字说明，起行空一格，转行顶格，句末不加标点。表题用五号字，表内文字及表的说明文字均用五号字，中文用宋体。表格容量较大，必要时表格也可分为两段或多段（这只能发生在转页时），转页分段后的每一续表的表头都应重新排字，重排表头的续表上方右侧应注明（续表）字样。2.13 插图插图应与文字紧密配合，文图相符，技术内容正确。2.13.1 制图标准插图应符合技术制图及相应专业制图的规定。机械工程图：采用第一角投影法，应符合附录5所列有关标准的规定。电气图：图形符号、文字符号等应符合附录6所列有关标准的规定。流程图：符合国家标准。对无规定符号的图形应采用该行业的常用画法。2.13.2 图题及图中说明每个图均应有图题（由图号和图名组成）。图号按章编排，如第1章第一图的图号为“图1-1”等。图题置于图下。有图注或其他说明时应置于图题之上。图名在图号之后空一格排写。引用图应说明出处，在图题右上角加引用文献编号。图中若有分图时，分图号用a)、b)等置于分图之下。图中各部分说明应采用中文（引用的外文图除外）或数字项号，各项文字说明置于图题之上（有分图题者，置于分图题之上）。图题用五号字，图内文字及说明均用五号字，中文用宋体。2.13.3 插图编排插图与其图题为一个整体，不得拆开排写于两页。插图应编排在正文提及之后，插图处的该页空白不够排写该图整体时，则可将其后文字部分提前排写，将图移到次页最前面。2.13.4 坐标单位有数字标注的坐标