1、沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-1-沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-1-目 錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第1章總體設(shè)計(jì)方案1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.1設(shè)計(jì)原理1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 1.2設(shè)計(jì)思路1 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 1.3設(shè)計(jì)環(huán)境3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第2章詳

2、細(xì)設(shè)計(jì)方案5 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 2.1頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 5 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件 5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2.1.2器件的選擇與引腳鎖定 5 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1.3編譯、綜合、適配7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)7

3、HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2.2.1取補(bǔ)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2.2.2選擇器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 9 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2.2.3乘數(shù)補(bǔ)碼移位寄存器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 12 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 2.2.4部分積移位寄存器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 14 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2.

4、2.5加法器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 16 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 2.3仿真調(diào)試16 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 第3章 編程下載與硬件測(cè)試 19 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 3.1編程下載19 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.2硬件測(cè)試及結(jié)果分析19 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 參考文獻(xiàn)21 HYPERLINK l b

5、ookmark48 o Current Document 附錄（電路原理圖）22沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- -沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- -沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告-1-第1章總體設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)原理海明校驗(yàn)碼是由理查得海明（Richard Hanmming）于1950年提出的，它不 僅具有檢測(cè)錯(cuò)誤的能力，同時(shí)還具有給出錯(cuò)誤所在的準(zhǔn)確位置的能力，這在通信 領(lǐng)域有著很廣泛的應(yīng)用。海明校驗(yàn)碼是在數(shù)據(jù)中加入幾個(gè)校驗(yàn)位，并把數(shù)據(jù)的每一個(gè)二進(jìn)制位分配在 幾個(gè)奇偶校驗(yàn)組中。當(dāng)某一位出錯(cuò)后，就會(huì)引起有關(guān)的幾個(gè)校驗(yàn)組的值發(fā)生變化， 這不但可以發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，還能指出是哪一位出錯(cuò)，為自動(dòng)糾錯(cuò)提供了證據(jù)。

6、海明碼 能檢測(cè)出2位錯(cuò)誤，并能糾正1位錯(cuò)誤。（1）數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位的關(guān)系假設(shè)校驗(yàn)位的個(gè)數(shù)為r,則它能表示2r個(gè)信息，用其中的一個(gè)信息指出 沒有 錯(cuò)誤”其余的2r-1個(gè)信息指出錯(cuò)誤發(fā)生在哪一位。然而錯(cuò)誤也可能發(fā)生在校驗(yàn)位， 因此只有k=2r-1-r個(gè)信息能用于糾正被傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)，也就是說要滿足關(guān)系：2r=k+葉1（發(fā)現(xiàn)一位錯(cuò)）2r-1=k+r （發(fā)現(xiàn)與自動(dòng)校正一位錯(cuò)，并發(fā)現(xiàn)兩位錯(cuò)）數(shù)據(jù)位與校驗(yàn)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系K值最小的r值14451151226627577581208（2）海明碼的編碼規(guī)律若海明碼的最高位號(hào)為 m,最低位號(hào)為1,即HmHm-1H2H1，貝U海明碼的編 碼規(guī)律通常是：i 1.校驗(yàn)位與數(shù)

7、據(jù)位之和為 m每個(gè)校驗(yàn)位P在海明碼中被分在2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。海明碼的每一位H （包含數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位本身）由多個(gè)校驗(yàn)位校驗(yàn)，其關(guān) 系是被校驗(yàn)的每一位位號(hào)要等于校驗(yàn)它的各校驗(yàn)位的位號(hào)之和。這樣安排的目的，是希望校驗(yàn)的結(jié)果能正確反映出出錯(cuò)位的位號(hào)1.2設(shè)計(jì)思路（一）海明碼的生成：因?yàn)橐蟮氖?8位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以此處的k為8, 按照數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位的對(duì)應(yīng)關(guān)系，r應(yīng)為5,由于總校驗(yàn)位只是檢測(cè)兩位出錯(cuò)還是 一位出錯(cuò)，因此設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮它的值，設(shè)r為4,故海明碼的總位數(shù)為12,可表示為：H12 H1， 4個(gè)校驗(yàn)位 P4P1對(duì)應(yīng)的海明碼位號(hào)分別為：H8

8、/H4/H2/H1，貝U有如下排列關(guān)系：D8D7D6D5P4D4D3D2P3D1P2P1按照海明碼的原理得出如下的表格:海明碼位號(hào)數(shù)據(jù)位/校驗(yàn)位參與校驗(yàn)的校驗(yàn)位 位號(hào)被校驗(yàn)位的海明碼 位號(hào)=校驗(yàn)位位號(hào) 之和H1P111=1H2P222=2H3D11,23=1+2H4P344=4H5D21,45=1+4H6D32,46=2+4H7D41,2,47=1+2+4H8P488=8H9D51,89=1+8H10D62,810=2+8H11D71,2,811=1+2+8H12D84,812=4+8P1=D1 D2 D4 D5 D7P2=D1 D3 D4 D6 D7P3=D2 D3 D4 D8P4=D5 D

9、6 D7 D8（二）海明碼的校驗(yàn):海明碼校驗(yàn)函數(shù)(S函數(shù))及校驗(yàn)過程 偶校驗(yàn)S1=P1 D1 D2 D4 D5 D7S2=P2 D1 D3 D4 D6 D7S3=P3 D2 D3 D4 D8S4=P4 D5 D6 D7 D8課程設(shè)計(jì)的要求為：采用自上而下的設(shè)計(jì)方法，頂層設(shè)計(jì)使用原理圖設(shè)計(jì)輸入方式； 底層設(shè)計(jì)輸 入方式自行選定；課程設(shè)計(jì)的電路主要應(yīng)包括：寄存器P函數(shù)發(fā)生器和門電路等。其中控制 信號(hào)可選用外部開關(guān)或VHDL語(yǔ)言以控制器方式實(shí)現(xiàn)，其他部分可以調(diào)用系統(tǒng)資 源庫(kù)中的器件；數(shù)據(jù)位數(shù)由指導(dǎo)老師指定；對(duì)設(shè)計(jì)電路進(jìn)行仿真并驗(yàn)證其正確性，仿真數(shù)據(jù)由指導(dǎo)老師給出；實(shí)現(xiàn)編程下載和硬件測(cè)試；獨(dú)立設(shè)計(jì)調(diào)試

10、仿真下載和硬件測(cè)試并通過指導(dǎo)老師現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收；撰寫課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告。課程設(shè)計(jì)的思路為：海明碼的生成有著規(guī)律，通過其規(guī)律找出相同點(diǎn)1.3設(shè)計(jì)環(huán)境硬件環(huán)境?偉福COP2000型計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)儀COP2000計(jì)算機(jī)組成原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由 ?COP2000集成調(diào)試軟件COP2000集成開發(fā)環(huán)境是為(2) EDA環(huán)境?Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)軟件圖 1.1 Xilinx foundation f3.1 設(shè)計(jì)平臺(tái)Xilinx foundation f3.1是Xilinx公司主要的可編程器件開發(fā)工具，它可用來(lái)開發(fā)xilinx公司的Spar - tan ? Virtex ? XC 3 0 0

11、 0? XC 4 0 0 0? XC5 2 0 0 系列的FPGA芯片和XC 9 5 0 0系列的CPLD芯片。該平臺(tái)功能強(qiáng)大，主要用于百萬(wàn)邏輯門級(jí)的設(shè)計(jì)和lGb/s的高速通信內(nèi)核的設(shè)計(jì)。利用該系統(tǒng)可完成從設(shè)計(jì)構(gòu) 想到比特流下載的全部過程。該平臺(tái)以工程管理器為主界面，同時(shí)集成了Xilinx公司 以及其他公司的一些優(yōu)秀軟件。第2章詳細(xì)設(shè)計(jì)萬(wàn)案2.1頂層方案圖的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)頂層方案圖是2.1.1創(chuàng)建頂層圖形設(shè)計(jì)文件頂層圖形文件的設(shè)計(jì)實(shí)體 頂層圖形文件結(jié)構(gòu)如圖2.1所示:L0C=P50LOC=P213 LQC-P103 LOC=P102 LOC=P101 LOC=P100 LOC=P97 LOC=P9

12、6 L0C=P95 LOC=P37 LOC=P86 LOC=P35 LOC=P34 LQC-P32 L0C=P81 LOC=P30 LOC=P47 LOC-P64 LOC=P&S LOC=P66 LOC=P70 L0C=P71 LOC=P72 LOC=P73 L0C=P&3 LOOP 帕 L0C=P46頁(yè)貢JrIAA寅斎應(yīng)頁(yè)頁(yè)T 3：頁(yè)AT %直區(qū)寅頁(yè)頁(yè)T應(yīng)直IA寅rr曲Y5化Y3V1SS它S1113I1Z6TlUfiB5I1D產(chǎn)I7E*30|E1口CUEZCLR.HWDCCZONGOPADQFDOf ADOPADOFADOPA0LOC=P1 47LOCPI 52LOCMP17&LOC=P1C

13、4LOC=P1S5LOC=P203LOCMP111LOC=P110圖2.1頂層圖形文件結(jié)構(gòu)圖2.1.2器件的選擇與引腳鎖定器件的選擇由于硬件對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2.1所示:引腳鎖定把頂層圖形文件中的圖形文件中的輸入/輸出信號(hào)XCV200芯片引腳信號(hào)GRDP50ZCLOCKP213FJWP47CLRP49VCCP48S1P80S2P81S3P82S4P84S5P85S6P86S7P87Y1P95Y2P96Y3P97Y4P100Y5P101Y6P102Y7P103E0P63E1P73E2P72E3P71E4P70E5P66E6P65E7P64表2.1信號(hào)和芯片引腳對(duì)應(yīng)關(guān)系2.1.3編譯、綜合、適配利用Xi

14、linx foundation f3.1的原理圖編輯器 2.2功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)功能模塊主要2.2.1取補(bǔ)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行求補(bǔ)的方法電路模塊設(shè)計(jì)原理圖。求乘數(shù)補(bǔ)碼電路原理結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，實(shí)際電路如圖2.3所示&ell血* *Q2atdll圖2.2電路模塊邏輯框圖41 A D 昭 :KORL5圖2.3實(shí)際取補(bǔ)電路創(chuàng)建元件圖形符號(hào)其元件圖形符號(hào)如圖2.4所示：XElE EOAlB1A2B2A3B3A4B4A5B5A6B6圖2.4求乘數(shù)補(bǔ)碼電路模塊元件圖形符號(hào)Xili nx功能仿真對(duì)創(chuàng)建的取補(bǔ)模塊進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性，可用foundation f3.1編譯器的Simulator

15、模塊實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果如圖2.5所示:紳 Logiv S ru azc-Xil n-丁一li （丨-rm . ie-.-.er Z jFile Signal Wavefoirm Device Options Tools View Window Help龜1 明 勺| Furctional 創(chuàng) ft |_tJ| O| |Ereak_J| 扁 | 忒 |n777T77rn ?uX=|C啊Jj = =cm | 亠苗加 |4 RLLLJJ500ns lus1. Sus 2us2. Sus 3us3. Bus4 - SulG”01 11111 p 1 111 1 I 11 p 11 1 1 11II 11

16、1 1 111 111 11111 1 1 1111 II 1 1 1 111 11 1 1111 1 1 11 H 1 1 1 1111 P1 111 n I 11 P11 1 1 11 11111 li n 11iiX ElX A6Le1 uiX A517&agkB接加法 器的已輸 入端圖2.12部分積移位寄存器原理圖(2)功能仿真對(duì)創(chuàng)建的寄存器模塊進(jìn)行功能仿真，驗(yàn)證其功能的正確性，可用Xili nxfoundation f3.1編譯器的Simulator模塊實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果如圖2.13所示:$195.S7.M$195 S6.、CsCs$195 3 .,CsSI95.S3.Cs$195.S2

17、.CsSI95.S1.C孚$195 SO.BF7，BF6BF5BF4BF3BF2 BF1,.LCsBF0OOOOOOO1111沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- -沈陽(yáng)航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告- -2.2.5加法器模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)加法器模塊是在系統(tǒng)提供的八位加法器（ADD8 ）的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況 改造而來(lái)。由于系統(tǒng)ADD8的輸入輸出的高低位與前幾個(gè)模塊的正好相反，所以 為了實(shí)現(xiàn)功能對(duì)ADD8進(jìn)行了改裝。改裝后內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.14所示。圖2.14改裝后加法器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖心亡 P二12.3仿真調(diào)試仿真調(diào)試主要驗(yàn)證設(shè)計(jì)電路邏輯功能、時(shí)序的正確性，本設(shè)計(jì)中主要采用功能仿真方法對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真。通過

18、多組數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真測(cè)試，分別對(duì)兩個(gè)正數(shù)相乘，一個(gè)正數(shù)與一個(gè)負(fù)數(shù)相乘，兩個(gè)負(fù)數(shù)相乘結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。(1)建立仿真波形文件及仿真信號(hào)選擇功能仿真時(shí)，首先建立仿真波形文件，選擇仿真信號(hào)，對(duì)選定的輸入信號(hào)設(shè)置參數(shù)，選定的仿真信號(hào)和設(shè)置的參數(shù)如表2. 3所示輸入信號(hào)輸出信號(hào)S1S7Y1 Y7CLRCLOCKFJWI0 17,113-18011101100001001000000001010101000000011,101100111101100001001000000001010101011111100,010100111101110001001000000001010101000000011,101100

19、表2.3仿真信號(hào)相關(guān)參數(shù)表(2)功能仿真結(jié)果與分析仿真結(jié)果分別如圖2.15(a)、(b)、(c)所示(a)1013.511U13.S21013.53匚嗎1013.54Ls陰莊Cs013.S6.CsXU13.S7Cs1013.?1.匸r1013.72匚!SiD13.T3.LS1013和i.Hi013.5CsiU13.?&.c=i013.?7LsDll.ZCUOCK.匚MrPl 3 TOLU13 .11U13.I2c013.13cU13.Hr013.15：. 013.U.LU13.17L013.113C013.112c013.111013 I10=LU13.HU13.I6.-(b)二IT13.S1

20、Cs-013 . 2 LsV13.SJ1D13.S4 3-IT13.S5匚EIH3 烝-013.S7-H13.71 ：ssria.YELSLun.?3.-V13.T4Cs:U1?.巧.CsL0il3.?6:-IT13.V7Cs1Ifn .ZELOCK.噲0U13.I0IT13.I1IT13.I2VI3.13 .QU13.I4(T13.I5.IT13.I6IT13.I?0013.I1HDI 3.112DI 3.Illiri3.noV13.190(T13.I8 (c)圖2.15功能仿真波形結(jié)果由表2.3和圖2.15所示信息對(duì)比可知，多組仿真都完全正確，說明本設(shè)計(jì)能 實(shí)現(xiàn)補(bǔ)碼一位乘法計(jì)算功能。第3章

21、 編程下載與硬件測(cè)試3.1編程下載利用COP2000仿真軟件的編程下載功能，將得到.bit文件下載到XCV200實(shí) 驗(yàn)板的XCV200可編程邏輯芯片中。3.2硬件測(cè)試及結(jié)果分析利用XCV200實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行硬件功能測(cè)試。.的輸入數(shù)據(jù)通過XCV200實(shí)驗(yàn)板的輸入開關(guān)實(shí)現(xiàn)，輸出數(shù)據(jù)通過 XCV200實(shí)驗(yàn)板的LED指示燈實(shí)現(xiàn)，其 對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3.1所示。XCV200芯片引腳信號(hào)XCV200實(shí)驗(yàn)板P95K0 :6P96K0 :5P97K0 :4P100K0 :3P101K0 :2P102K0 :1P103K0 :0P80K1 :6P81K1 :5P82K1 :4P84K1 :3P85K1 :2P86K1 :1P87K1 :0P63K2 :7P73K2 :0P72K2 :1P71K2 :2P70K2 :3P66K2 :4P65K2 :5P64K2 :6P213P213P48K3: 1P49K3 : 2P47K3 : 3表3.1 XCV200實(shí)驗(yàn)板信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系參考文獻(xiàn)曹昕燕.EDA技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)M .北京：清華大學(xué)出版社，2006范延濱.微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)原理、接口與EDA設(shè)計(jì)技術(shù)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006王愛英.計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)（第三版）M.北京：清華大學(xué)出版社，2006白中英.計(jì)算機(jī)組成原理（第