(7,4)汉明码课程设计要点

通信原理课程设计 基于VHDL语言的（7，4）汉明码编译码的设计

【摘要】本文主要介绍利用ALTERA公司的Quartus II软件实现

（7，4）汉明码的编码和译码的设计，设计共分为三个模块：m序列产生与分组模块、编码模块、译码模块，实现m序列的分组输出。在QuartusII编辑环境下用VHDL文本输入的输入方法编制程序，经编译正确后进行波形仿真，调试，从而验证设计的正确性。

关键字:汉明码，编码，译码，VHDL

【Abstract】This article propose a method for Hamming

encoder and Hamming decoder which is based on the VHDL language. It introduces the theory of Hamming encoder and Hamming decoder and the source program based on VHDL, and the way simulated and checked through QuartusII.Throughout the whole design is totally divided into three modules: the m sequence generated and the Packet Module,the encoding module,the decoding Module.

Keywords: Hamming, coder,encoder, decoder ,VHDL

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通信原理课程设计 基于VHDL语言的（7，4）汉明码编译码的设计

目录

第1章 问题的提出及方案论证 ..................................................................................................... 3

1.1 问题的提出 ....................................................................................................................... 3 1.2 方案论证 ........................................................................................................................... 3

1.2.1 Quartus II和VHDL简介 .................................................................................... 3 1.2.2 软件设计方案介绍 ............................................................................................... 6

第2章 设计方案的实施 ................................................................................................................. 8

2.1 m序列模块 ........................................................................................................................ 8

2.1.1 m序列简介 ........................................................................................................... 8 2.1.2 m序列模块设计流程 ........................................................................................... 9 2.2 （7，4）汉明码知识介绍 ............................................................................................. 10 2.2.1基本概念 ...................................................................................................................... 10 2.2.2监督矩阵 ...................................................................................................................... 11 2.2.3生成矩阵 ...................................................................................................................... 12 2.2.4 伴随式（校正子）S ................................................................................................... 12 2.3 汉明码编码模块 ............................................................................................................. 13

2.3.1汉明码编码原理 .................................................................................................... 13 2.3.2 汉明码编码程序设计流程 ......................................................................................... 14 2.4 汉明码译码模块 ............................................................................................................. 15

2.4.1汉明码译码原理 .................................................................................................. 15 2.4.2汉明码译码程序设计流程 .................................................................................... 16

第3章 软件调试及遇到的问题 ................................................................................................... 19

3.1 软件调试仿真波形图 ...................................................................................................... 19 3.2 软件调试过程中遇到的问题 .......................................................................................... 21 第4章 总结体会 ........................................................................................................................... 22 附录： ............................................................................................................................................ 23 参考文献......................................................................................................................................... 30

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第1章 问题的提出及方案论证

1.1 问题的提出

在上学期的通信原理课程中，我们学习了线性码的基本理论知识。通过学习，我们知道线性码是按照一组线性方程构成的。汉明（Hamming）码又是一种能够纠正一位错码效率较高的线性分组码。本次课程设计的任务就是利用EDA技术在Quartus II软件下用VHDL语言实现（7，4）汉明码的编译码设计和仿真。从而在实践过程中，加深对汉明码编译码原理的理解。 1.2 方案论证

1.2.1 Quartus II和VHDL简介

1. Quartus II 软件简介

QuartusⅡ是Altera公司推出的CPLD/FPGA的开发工具，QuartusⅡ提供了完全集成且与电路结构无关的开发环境，具有数字逻辑设计的全部特性。

Altera的Quartus II可编程逻辑软件属于第四代PLD开发平台。该平台支持一个工作组环境下的设计要求，其中包括支持基于Internet的协作设计。Quartus平台与Cadence、ExemplarLogic、 MentorGraphics、Synopsys和Synplicity等EDA供应商的开发工具相兼容。改进了软件的LogicLock模块设计功能，增添了FastFit编译选项，推进了网络编辑性能，而且提升了调试能力。支持

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MAX7000/MAX3000等乘积项器件

其中，Quartus II软件5.1支持可编程逻辑和结构化ASIC设计达到最佳效能的新特性包括：

? Stratix II GX器件支持：设计人员采用Quartus II软件5.1， 现在可以开始进行Stratix II GX全系列产品设计。

? PowerPlay技术包：随着PowerPlay技术包的全面推出，Quartus II软件用户现在具备了业界可编程逻辑功耗分析和优化的最高级工具。与Quartus II软件5.0相比，5.1版的功耗优化特性平均降低了20％的动态功耗，而Altera Stratix II器件则达到了60％。此外，5.1版包括了新的功耗优化向导，完善了Quartus II软件4.1引入的面积和性能优化向导，在优化Quartus II软件设计应用方面，为用户提供实时、循序渐进的帮助。

? 渐进式设计流程：渐进式编译使设计人员能够将设计分为物理和逻辑分区，然后进行综合和适配。5.1版引入了渐进式编译自下而上的流程，每个工程师可以独立的开发和优化功能，然后轻松将其集成在一个完整的设计中。这种特性完善了年初引入的自上而下基于模块的流程，使设计人员在优化其他模块时，能够保留专用模块的性能不变。

? 流行的IP模块：Altera订购包现在含有对部分流行MegaCore功能的全面许可，帮助设计人员缩短设计时间。此外， Quartus II软件网络版和订购版现在均包括一套嵌入式外设——已经同Nios II嵌入式处理器一起，分别进行了许可。

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? 外部逻辑分析仪接口：Quartus II设计人员不但可以使用SignalTap? II嵌入式逻辑分析仪特性，还可以使用新的逻辑分析仪接口功能，在利用逻辑分析仪进行板级调试时，能够掌握内部FPGA节点的情况。 2. VHDL语言简介

VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit

HardwareDescription Language,被IEEE和美国国防部确认为标准硬件描述语言。VHDL主要用于描述数字系统的结构，行为，功能和接口，除了含有许多具有硬件特征的语句外，VHDL的语言形式和描述风格与句法是十分类似于一般的计算机高级语言。VHDL的程序结构特点是将一项工程设计，或称设计实体（可以是一个元件，一个电路模块或一个系统）分成外部（或称可是部分,及端口)和内部（或称不可视部分），既涉及实体的内部功能和算法完成部分。在对一个设计实体定义了外部界面后，一旦其内部开发完成后，其他的设计就可以直接调用这个实体。这种将设计实体分成内外部分的概念是VHDL系统设计的基本点。应用VHDL进行工程设计的优点如下几点： （1）与其他的硬件描述语言相比，VHDL具有更强的行为描述能力，从而决定了他成为系统设计领域最佳的硬件描述语言。强大的行为描述能力是避开具体的器件结构，从逻辑行为上描述和设计大规模电子系统的重要保证。

（2）VHDL丰富的仿真语句和库函数，使得在任何大系统的设计早期就能查验设计系统的功能可行性，随时可对设计进行仿真模拟。

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