海明码生成与校验电路设计与实现.doc

沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 报报 告告 课程设计名称 计算机组成原理课程设计计算机组成原理课程设计 课程设计题目 海明码生成与校验电路设计与实海明码生成与校验电路设计与实 现现 院 系 专 业 班 级 学 号 姓 名 指导教师 完成日期 2016年1月14日 沈阳航空航天大学课程设计报告 目目 录录 第第 1 1 章章 总体设计方案总体设计方案 1 1 1 1 设计原理 1 1 2 设计思路 错误 未定义书签 错误 未定义书签 1 3 设计环境 错误 未定义书签 错误 未定义书签 第第 2 2 章章 详细设计方案详细设计方案 3 3 2 1 顶层方案图的设计与实现 3 2 2 功能模块的设计与实现 4 2 2 1 海明码 SHENGCHENG 模块的设计与实现 4 2 2 2 海明码 ERROR 模块的设计与实现 6 2 2 3 海明码 JIAOYAN 模块的设计与实 现 8 3 1 编程下载 错误 未定义书签 错误 未定义书签 3 2 硬件测试及结果分析 错误 未定义书签 错误 未定义书签 参考文献参考文献 1 15 5 附附 录 程序清单或电路原理图 录 程序清单或电路原理图 1 16 6 精品文档 1 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 1 欢迎下载 第 1 章 总体设计方案 1 11 1 设计原设计原理理 海明校验码是由理查得 海明 Richard Hanmming 于 1950 年提出的 它 不仅具有检测错误的能力 同时还具有给出错误所在的准确位置的能力 这在 通信领域有着很广泛的应用 海明码是奇偶校验的一种扩充 它采用多位校验码的方式 在这些校验位 中的每一位都对不同的信息数据位进行奇偶校验 通过合理地安排每个校验位 对原始数据进行校验位组合 可以达到发现错误 纠正错误的目的 1 数据位和校验位的关系 假设数据位有 m 位 如何设定校验位 k 的长度才能满足纠正一位错误的要 求呢 我们这里做一个简单的推导 k 位的校验码可以有 2 k 个值 如果能够满 足 2 k 1 m k m k 为编码后的总长度 在理论上 k 个校验码就可以判 断是哪一位 包括信息码和校验码 出现问题 2 海明码的编码规律 若海明码的最高位号为 m 最低位号为 1 即 HmHm 1 H2H1 则海明码的编 码规律通常是 a 校验位与数据位之和为m 每个校验位Pi在海明码中被分在 2i 1的位置 其余各位为数据位 并按从低向高逐位依次排列的关系分配各数据位 b 海明码的每一位 Hi 包含数据位和校验位本身 由多个校验位校验 其 关系是被校验的每一位位号要等于校验它的各校验位的位号之和 这样安排的 目的 是希望校验的结果能正确反映出出错位的位号 1 21 2 设计思路设计思路 每个字节由 8 个二进制位组成 此处的 k 为 8 按照数据位和校验位的对 应关系 r 应为 5 由于总校验位只是检测两位出错还是一位出错 因此设计时 不必考虑它的值 设 r 为 4 故海明码的总位数为 12 可表示为 H12H11 H3H2H1 4 个校验位 P4 P1 对应的海明码位号分别为 H8 H4 H2 H1 其余为数据位 Di 则有如下排列关系 D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1 由上表可得出 P1 D2 D4 D5 D7 D8 P2 D2 D3 D5 D6 D8 P3 D1 D5 D6 D7 P4 D1 D2 D3 D4 H1H2H3H4H5H6H7H8H9H10H11H12 P1P2D8P4D7D6D5P8D4D3D2D1 精品文档 2 2 欢迎下载 2 欢迎下载 2 欢迎下载 2 欢迎下载 2 欢迎下载 海明码的校验 S1 P1 D2 D4 D5 D7 D8 S2 P2 D2 D3 D5 D6 D8 S3 P3 D1 D5 D6 D7 S4 P4 D1 D2 D3 D4 1 31 3 设计环境设计环境 硬件环境 伟福 COP2000 型计算机组成原理实验仪 XCV200 实验板 微 机 EDA 环境 Xilinx foundation f3 1 设计软件 COP2000 仿真软件 精品文档 3 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 3 欢迎下载 第 2 章 详细设计方案 2 12 1 设计与实现设计与实现 实现海明码的生成与校验逻辑功能 采用原理图设计输入方式完成 电路实 现基于 XCV200 可编程逻辑芯片 完成原理图的设计后 把输入 输出信号安排到 XCV200 指定的引脚上去 实现芯片的引脚锁定 原理图主要由生成 错误模块和校验三个模块组装而成的一个完整的设计 实体 分别为 生成模块 校验模块 错误模块 图图 2 12 1 生成模块生成模块 精品文档 4 4 欢迎下载 4 欢迎下载 4 欢迎下载 4 欢迎下载 4 欢迎下载 图图 2 22 2 错误模块错误模块 图图 2 32 3 校验模块校验模块 2 22 2 功能模块的设计与实现功能模块的设计与实现 2 2 12 2 1 生成模块的设计与实现生成模块的设计与实现 1 1 元件结构 元件结构 海明码生成模块 原理是通过输入的数据 I1 I8 按照公式 P1 D2 D4 D5 D7 D8 P2 D2 D3 D5 D6 D8 P3 D1 D5 D6 D7 P4 D1 D2 D3 D4 精品文档 5 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 5 欢迎下载 生成了 4 位校验码 P1 P2 P3 P4 从而得出了 12 位海明码 图图 2 42 4 生成模块内部电路生成模块内部电路 2 2 功能仿真 功能仿真 对生成模块进行功能仿真 验证其功能的正确性 精品文档 6 6 欢迎下载 6 欢迎下载 6 欢迎下载 6 欢迎下载 6 欢迎下载 图图 2 52 5 SHENGCHENGSHENGCHENG 模块仿真模块仿真 结果分析 输入 I1 I8 为 10100000 输出 O1 O12 为 101101000000 结果是 正确的海明码 2 2 22 2 2 错误模块的设计与实现错误模块的设计与实现 1 1 元件结构 元件结构 本模块的原理是通过 3 线 8 线译码器的 3 进 1 出 输出一个 1 与 8 位输入 数据中的一位异或 使之发生错误 从而得出一组错误的数据 精品文档 7 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 7 欢迎下载 图图 2 62 6 错误产生模块内部电路错误产生模块内部电路 2 2 功能仿真 功能仿真 对创建的 ERROR 元件进行功能仿真 验证其功能的正确性 精品文档 8 8 欢迎下载 8 欢迎下载 8 欢迎下载 8 欢迎下载 8 欢迎下载 图图 2 72 7 ERRORERROR 模块仿真模块仿真 结果分析 输入 L1 L3 为 000 输入 I1 I8 为 10100000 输出 K1 为 0 产生 一位错误 2 2 32 2 3 校验模块的设计与实现校验模块的设计与实现 1 1 元件的内部结构 元件的内部结构 原理是通过公式 S1 P1 D2 D4 D5 D7 D8 S2 P2 D2 D3 D5 D6 D8 S3 P3 D1 D5 D6 D7 S4 P4 D1 D2 D3 D4 连成的电路对数据进行校验 判断数据是那一位出错 并对出错的那一位与 错误数据异或 从而得出正确的数据 精品文档 9 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 9 欢迎下载 图图 2 82 8 校验模块内部电路校验模块内部电路 2 2 功能仿真 功能仿真 对校验模块进行功能仿真 验证其功能的正确性 图图 2 92 9 校验模块仿真校验模块仿真 精品文档 10 10 欢迎下载 10 欢迎下载 10 欢迎下载 10 欢迎下载 10 欢迎下载 2 32 3 仿真调试仿真调试 仿真调试是为了验证设计电路逻辑功能的正确性 输入 8 位二进制数据位生 成 12 位海明码 中间经三八译码器来改变一位数据位 经校验电路修改 最后输出 正确的 8 位二进制数据位 1 1 创建仿真信号 创建仿真信号 在进行仿真时 输入数据位用了上面的两组数据 第一组数据 I1 I8 为 10100000 生成的海明码 O1 O12 为 10110100000 第二组数据 I1 I8 为 10010001 生成的海明码 O1 O12 为 001000110001 这两组数据又经三八译码器改变其中一位错的数据输入到校验电路里 经校 验后输出原本的数据位 最终实现了海明码生成和校验功能 2 2 仿真结果 仿真结果 功能仿真波形结果如图 2 10 图 2 11 所示 仿真数据结果如表 2 3 所示 对表中内容进行计算 可以看出功能仿真结果是正确的 进而说明此次电路设计 成功 输入数据输入数据 8 8 位数位数 据据 I1 I8 I1 I8 3 3 线线 8 8 线译码器输线译码器输 入入 L1 L3 L1 L3 输出海明码输出海明码 O1 O12 O1 O12 输出校验后的数据输出校验后的数据 D1 D8 D1 D8 1010000000010110100000010100000 1001000100100100011000110010001 仿真调试时采用两组数据I1 I8 第一组数据 10100000 第二组数据 10010001 精品文档 11 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 11 欢迎下载 图图2 102 10 第一组数据功能仿真波形结果第一组数据功能仿真波形结果 精品文档 12 12 欢迎下载 12 欢迎下载 12 欢迎下载 12 欢迎下载 12 欢迎下载 图图 2 112 11 第二组数据功能仿真波形结果第二组数据功能仿真波形结果 精品文档 13 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 13 欢迎下载 第 3 章 编程下载与硬件测试 3 13 1 编程下载编程下载 利用 Xilinx ISE 的编程下载功能 下载编译我的工程 从而得到的 bin 文 件 即可下载到 XCV200 实验板的 XCV200 可编程逻辑芯片中 完成编译下载 3 23 2 硬件测试及结果分析硬件测试及结果分析 利用 XCV200 实验板进行硬件功能测试 海明码数据位的输入数据通过 XCV200 实验板的输入开关实现 输出数据通过 XCV200 实验板的 LED 指示灯实现 输入数据得到下图的数据 图图 3 13 1 第一组数据第一组数据 cop2000cop2000 仿真下载结果仿真下载结果 结果分析 输入 K1 1 K1 3 为 000 对应 L1 L3 输入 I1 I8 为 10010001 输出 B7 A4 为 001000110001 对应 O1 O12 精品文档 14 14 欢迎下载 14 欢迎下载 14 欢迎下载 14 欢迎下载 14 欢迎下载 图图 3 23 2 第二组数据第二组数据 cop2000cop2000 仿真下载结果仿真下载结果 结果分析 输入 K1 1 K1 3 为 000 对应 L1 L3 输入 I1 I8 为 10010010 输出 B7 A4 为 111100110010 对应 O1 O12 精品文档 15 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 15 欢迎下载 参考文献 1 曹昕燕 EDA 技术实验与课程设计 M 北京 清华大学出版社 2006 2 范延滨 微型计算机系统原理 接口与 EDA 设计技术 M 北京 北京邮电大 学出版社 2006 3 唐朔飞 计算机组成原理 第 2 版 M 北京 高等教育出版社 2008 精品文档 16 16 欢迎下载 16 欢迎下载 16 欢迎下载 16 欢迎下载 16 欢迎下载 附 录 程序清单或电路原理图 电路原理总图电路原理总图 精品文档 17 17 欢迎下载 17 欢迎下载 17 欢迎下载 17 欢迎下载 17 欢迎下载 课程设计总结 课程设计总结 通过本次课设 我更深入的学习和了解了海明码 加强了我对海明码 的认识 而且还学习了 Xilinx foundation f3 1 设计平台的应用 对我以 后的学习很有帮助 增强了自己对信息的搜集与应用能力 增加了自己的 计算机硬件知识 也培养了自己对计算机硬件的兴趣 虽然在设计过程中 遇到了许多困难和问题 但解决后也同时给自己带来了喜悦和成功感 这 更让我对组原产生了兴趣 在电