hdb3编码器的fpga实现毕业论文设计说明书.docx

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hdb3编码器的fpga实现毕业论文设计说明书

内蒙古科技大学

本科生毕业设计说明书（毕业论文）

题目：

HDB3编码器的FPGA实现

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

HDB3编码器的FPGA实现

摘要

数字基带信号的要求主要有两点，第一是对各代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；第二是对所选的码型的波形的要求，期望波形适宜于在信道中传输。

HDB3（三阶高密度双极性码）因其具有无直流分量、较少低频分量和连零位数目最多不超过三个,以及便于提取定时信息和具有检错能力等特点，所以选择了HDB3码。

本文介绍了HDB3码的编解码原理，分析了HDB3码较其它码型所具有的优势，结合可编程逻辑器件集成度高，速度快，功耗低的特点，选用Xilinx公司的Spartan-3系列FPGA（FieldProgrammableGateArray）芯片Spartan-3E进行HDB3编解码电路的实现。

通过仿真，观察到电路各点的仿真输出波形与HDB3码的理论输出值一致。

该方法可满足实际的通信系统传输要求，具有实际应用价值。

关键词：

数字基带信号；HDB3；FPGA；

HDB3EncoderFPGAImplementation

Abstract

DigitalbasebandsignalsTherearetwomainrequirements,thefirstisthecode'srequirements,expectationswillbecompiledfortheoriginalinformationsymbolsusedinthetransmissionpattern;thesecondistheselectedwaveformpatternrequirements,expectationswaveformsuitablefortransmissioninthechannel.HDB3（highdensitybipolarordercode）becauseofitsnon-DCcomponents,thelowfrequencycomponents,andevenfewerthenumberofzerouptomorethanthree,andtofacilitateextractionoftiminginformationanderrordetectioncapabilitywithfeatures,soIchoseHDB3code.ThisarticledescribestheHDB3codedecodingprincipleoftheHDB3codepatternthantheotheradvantagesofcombininghighlyintegratedprogrammablelogicdevices,highspeed,lowpowerconsumption,selectedXilinx'sSpartan-3seriesFPGA（FieldProgrammableGateArray）Spartan-3EchipforHDB3codeccircuitimplementation.Throughsimulation,observationpointsinthesimulationofthecircuitoutputwaveformandthetheoreticaloutputvalueHDB3linecode.Themethodcanmeetthepracticalrequirementsofcommunicationsystemstransmitandhaspracticalvalue.

Keywords:

Digitalbasebandsignal;HDB3;FPGA;

2.3单双极性变换过程………………………………………………………...11

2.4实例分析…………………………………………………………………...12

第一章绪论

一.1可编程逻辑器件的发展【1】【2】

数字集成电路它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路发展到超大规模集成电路以及许多具有特定功能的专用集成电路。

但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导器厂商来独立承担。

系统设计师们更愿意自己设计专用的ASIC（专用集成电路ApplicationSpecificIntegratedCircuit）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际的应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD）,其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。

随着FPGA芯片技术的发展和系统设计手段的不断进步，用硬件描述语言（HDL）进行数字通信功能模块或整个系统的设计，在仿真测试及电路实现等方面具有传统设计方法不可比拟的优越性。

用FPGA实现的HDB3码编码器电路具有电路简单，性能可靠，开发成分低的优点。

将编码器用于光纤以太网到E1信号相互转接通信设备中，再2048kb/s时钟速率下实际运行，其性能指标完全能够满足CCITT建议G.703标准。

用FPGA实现的HDB3码编码器，可充分利用FPGA片内资源，是数据传输，编码解码及多路复用集中于单一芯片，有利于提高系统的经济性和可靠性，具有一定的应用价值。

现场可编程逻辑门阵列FPGA它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。

它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

FPGA的使用非常灵活，同一片FPGA通过不同的编程数据可以产生不同的电路功能。

可以由电路设计者根据设计要求，借助于FPGA开发工具对其编程，以实现各种数字电路逻辑功能，确定逻辑功能的逻辑器件利用FPGA内部的逻辑结构，可以实现任何复杂的组合逻辑电路和时序电路，是实现数字电路的理想器件，在通信、数据处理、网络、仪器、工业控制、军事和航空航天等众多领域得到了广泛应用。

随着功耗和成本的进一步降低，FPGA还将进入更多的应用领域[3]。

下面将具体介绍可编程逻辑器件的发展及其应用。

可编程逻辑器件PLD是一种数字电路，它可以由用户来编程和进行配置，利用它可解决不同的逻辑设计问题。

PLD有基本逻辑门电路、触发器以及内部链接电路构成，利用软件和硬件（编程器）可已对其进行编程，从而实现特定的逻辑功能。

可编程逻辑器件自70年代初期以来经历了从PRO、NPL、APA、LGA、L到CPL和FPGA的发展过程，在结构、工艺、集成度、功能、速度和灵活性方面都有很大的改进和提高，其大致的演变过程主要有以下三个发展阶段：

1.1.1早期的可编程逻辑器件：

70年代初期的PLD主要用于解决各种类型的存储问题，如可编程只读存储器（PROM）、紫外线可擦除只读存储器（EPROM）和电可擦除只读存储器（EEPROM），由于结构的限制，他们只能完成简单的数字逻辑功能。

1.1.2结构上稍为复杂的可编程芯片：

70年代末到80年代初，AMD公司和Lattjce公司先后推出了可编程逻辑器件PLD，产品主要为PLA（可编程阵列逻辑，ProgrammableArrayLogic）、GAL（通用阵列逻辑，GenericArrayLogic）和PLA（可编程逻辑阵列，ProgrammableLogicArray）。

这一类PLD在设计上具有很强的灵活性，可以实现速度特性较好的逻辑功能，但由于结构简单，它们只能实现规模较小的电路。

1.1.3功能齐全、编程灵活的可编程逻辑器件：

80年代中期，Altera公司和Xilin公司同期推出了CPLD（复杂可编程逻辑器件ComplexProgrammableLogicDvice）和FPGA（现场可编程门阵列FieldProgrammableGatesArray）,它们都具有体系结构和逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围宽等特点，可以实现见大规模的电路。

进入90年代后，可编程逻辑集成电路技术进入飞速发展的时期，除继续提高器件的集成度和速度等技术指标外，在系统可编程技术ISM（In-SystemProgrammable）和世界扫描测试技术的出现，使得可编程逻辑器件在器件编程技术和期间测试技术方面也获得了化时代的进步。

一.2可编程逻辑器件的应用前景【2-4】

随着电子技术的高速发展，今天的CPLD和FPGA器件在集成度、功能和性能（速度及可靠性）方面已经能够满足大多数场合的使用要求。

用CPLD、FPGA等大规模可编程逻辑器件取代传统的集成电路、接口电路和专用集成电路已成为技术发展的必然趋势。

1.2.1PLD在ASIC上的应用

在ASIC设计方法中，通常采用全定制和半定制电路设计方法，设计完成后，如果不能满足要求，就得重新设计在进行验证。

这样就使得设计开发周期变长，产品上市时间难以保证，大大增加了产品的开发费用。

FPGA/CPLD芯片是特殊的ASIC芯片，它们除具有ASIC的特点之外，还具有自身的优势。

目前，ASIC的容量越来越大，密度已达到平均每平方英寸1百万个门电路。

但随着密度的不断提高，芯片则受到引脚的限制，片上芯片虽然很多，但接入内核的引脚数目却是有限的。

而选用FPGA/CPLD则不存在这样的限制，因为现在可达到金属层数目增强了产品的优势，FPGA/CPLD芯片的规模越来越大，其单片逻辑门数已达到上百万门，实现的功能也