哈工大电信学院FPGA报告讲述.doc

FPGA设计与应用 综合实验报告 班级： 姓名： 学号： 日期：2016年11月3日 实实验性质：验证性 实验类型：必做 开课单位：电信院 学时：10学时 一、实验目的 1、了解分频器和计数器的基本实现原理； 2、掌握七段数码管的使用方法； 3、掌握锁相环的使用方法； 4、掌握串口通信的基本原理和实现方法； 5、了解线性分组码的基本原理及实现方法； 6、掌握大型工程的模块设计方法。 二、实验要求 该综合实验由两个独立的实验构成，分别是： 综合实验1：(7,4)汉明编码、串口发送和数码管显示综合实验。在该实验中，要求能够利用4个拨码开关产生4个信息比特送给FPGA；随后FPGA利用(7,4)汉明码对这4个信息比特进行编码；编码后的7位码字一方面通过串口送给计算机进行显示，另一方面通过七段数码管进行显示。由于(7,4)汉明码的每个码字只有7个比特，而串口通信通常需要8个比特，所以采用低位插零的方式将7位汉明码字扩充为8个比特再进行串口传输和数码管显示。要求使用2个七段数码管，其中一个显示扩充汉明码中的高4位（即信息位），而另一个数码管显示扩充汉明码中的低4位（即校验位） 综合实验2：(7,4)汉明译码、串口接收和数码管显示综合实验。在该实验中，要求能够利用计算机的串口发送汉明码字（可以是没有错误的汉明码字，也可以是有一个比特错误的汉明码字）；然后利用FPGA进行串口数据接收；接收后进行(7,4)汉明译码，并将译码后的结果送给七段数码管进行显示。要求使用4个七段数码管，其中2个数码管用于显示从串口接收到的数据，另一个数码管用于显示汉明译码后的正确信息比特，最后一个数码管用于指示出错比特的位置。 三、实验准备(10分) 3.1 串口通信的基本原理(5分) 串口通信指口按位发送和接收字节。通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根 线上接收数据。其他线用于握手，但不是必须的。串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。波特率表示每秒传输的位数，接受发送双方必须匹配。不发送数据时，连线上为高电平。发送数据时，要首先发送一个起始位，为低电平，然后按照协议发送需要的数据，八位或者九位（带有校验位），然后发送一个停止位，为高电平。接收时，要首先确定起始位，然后按照协议接受八位或者九位数据。接受完成后继续判断起始位，开始下一个接受周期。 3.2 (7, 4)汉明码的编译码基本原理(5分) 一般来说，若汉明码长为n，信息位数为k，则监督位数r=n-k。若希望用r个监督位构造出r个监督关系式来指示一位错码的n种可能位置，则要求 或 （1） 下面以（7，4）汉明码为例说明原理： 设汉明码（n,k）中k=4，为了纠正一位错码，由式（1）可知，要求监督位数r≥3。若取r=3,则n=k+r=7。我们用来表示这7个码元，用的值表示3个监督关系式中的校正子，则的值与错误码元位置的对应关系可以规定如表1所列。 错码位置 错码位置 001 101 010 110 100 111 011 000 无错码 则由表1可得监督关系式： （2） 在发送端编码时，信息位的值决定于输入信号，因此它们是随机的。监督位、、应根据信息位的取值按监督关系来确定，即监督位应使式（2）~式（4）中、、的值为0（表示编成的码组中应无错码） () 当数字信号编码成汉明码形式（本文中即A）后在信道中传输，由于信道中噪声的干扰，可能由于干扰引入差错，使得接收端收到错码，因此在接收端进行汉明码纠错，以提高通信系统的抗干扰能力及可靠性。 监督位计算结果: C6 C5 C4 C3 C2 C1 C0 U X 0 0 0 0 0 0 0 0 00H 0 0 0 1 1 0 1 0 1AH 0 0 1 0 1 1 1 0 2EH 0 0 1 1 0 1 0 0 34H 0 1 0 0 0 1 1 0 46H 0 1 0 1 1 1 0 0 5CH 0 1 1 0 1 0 0 0 68H 0 1 1 1 0 0 1 0 72H 1 0 0 0 1 1 0 0