组成原理课程设计报告-4PPM码解码器设计与实现

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目 录

第1章 总体设计方案 ................................................................................................... 1 1.1 设计原理 ................................................................................................................. 1 1.2 设计思路 ................................................................................................................. 1 1.3 设计环境 ................................................................................................................. 1 第2章 详细设计方案 ................................................................................................... 3 2.1 总体方案的设计与实现 ......................................................................................... 3 2.1.1总体方案的逻辑图 ........................................................................................... 3 2.1.2器件的选择与引脚锁定 ................................................................................... 3 2.2 功能模块的设计与实现 ....................................................................................... 4 2.2.1 移位寄存器模块的设计与实现 ...................................................................... 4 2.2.2 计数器模块的设计与实现 .............................................................................. 6 2.2.3 4-2编码电路模块的设计与实现 ..................................................................... 8 2.2.4 并串转换模块的设计与实现 ........................................................................ 10 2.3 仿真调试 ............................................................................................................. 12 第3章 编程下载与硬件测试 ..................................................................................... 14 3.1 编程下载 ............................................................................................................. 14 3.2 硬件测试及结果分析 ......................................................................................... 14 参考文献 ......................................................................................................................... 15 附 录 ........................................................................................................................... 16

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第1章 总体设计方案

1.1 设计原理

4PPM码（0001 0010 0100 1000）经过解码后变成二进制数字序列（11 10 01 00）。用移位寄存器来实现4PPM码串行输入，用相应的逻辑门电路实现4-2编码器，以及用改进的移位寄存器二进制序列串行输出，同时加上相应的时钟控制，通过这四部分组成4PPM码解码器，实现4PPM码到二进制序列的解码。

1.2 设计思路

4ppm码解码器的设计主要包含如下4个部分： ①移位寄存器； ②计数器； ③4-2编码器；

④串行输入并行输出转换器。

在4个部分中分别设计实现相应功能的器件，包括逻辑门、D触发器、时钟信号等。在连接具体电路时配合相应脉冲和门电路以达到预期效果。4ppm码解码器的底层、顶层的设计都采用原理图设计输入方式，经编译、调试后形成4ppm.bit文件并下载到XCV200可编程逻辑芯片中，经硬件测试验证设计的正确性。

1.3 设计环境

（1）EDA环境

?Xilinx foundation f3.1设计软件

Xilinx Foundation F3．1是Xilinx公司主要的可编程器件开发工具，它可用来开发Xilinx公司的Spar－tan，Virtex，XC3000，XC4000， XC5200系列的FPGA芯片和XC9500系列

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计方案 的CPLD芯片。该平台功能强大，主要用于百万逻辑门级的设计和1Gb／s的高速通信内核的设计。利用该系统可完成从设计构想到比特流下载的全部过程。该平台以工程管理器为主界面，同时集成了Xilinx公司以及其他公司的一些优秀软件。

设计入口工具包括原理图编辑器、有限状态机编辑器、硬件描述语言（HDL）

编辑器、LogiBLOX模块生成器、Xilinx内核生成器等软件。其功能是：接收各种图形或文字的设计输入，并最终生成网络表文件。设计实现工具包括流程引擎、限制编辑器、基片规划器、FPGA编辑器、FPGA写入器等软件。设计实现工具用于将网络表转化为配置比特流，并下载到器件。设计验证工具包括功能和时序仿真器、静态时序分析器等，可用来对设计中的逻辑关系及输出结果进行检验，并详尽分析各个时序限制的满足情况。

（2）硬件环境

?伟福COP2000型计算机组成原理实验仪

COP2000计算机组成原理实验系统由实验平台、开关电源、软件三大部分组成实验平台上有寄存器组R0-R3、运算单元、累加器A、暂存器B、直通/左移/右移单元、地址寄存器、程序计数器、堆栈、中断源、输入/输出单元、存储器单元、微地址寄存器、指令寄存器、微程序控制器、组合逻辑控制器、扩展座、总线插孔区、微动开关/指示灯、逻辑笔、脉冲源、20个按键、字符式LCD、RS232口。

COP2000计算机组成原理实验系统各单元部件都以计算机结构模型布局，清晰明了，系统在实验时即使不借助PC 机，也可实时监控数据流状态及正确与否, 实验系统的软硬件对用户的实验设计具有完全的开放特性，系统提供了微程序控制器和组合逻辑控制器两种控制器方式， 系统还支持手动方式、联机方式、模拟方式三种工作方式，系统具备完善的寻址方式、指令系统和强大的模拟调试功能。

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第2章 详细设计方案

2.1 总体方案的设计与实现

顶层方案图是实现4PPM码解码功能，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。在完成原理图的功能设计后，把输入和输出信号安排到XCV200指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定。

2.1.1总体方案的逻辑图

顶层图形文件的设计实体主要由一个移位寄存器串行输入端，一个数据清零端CLR和一个脉冲控制端CLK，一个二进制序列串行输出端组装而成的一个完整的设计实体。编码过程中采用并行解码，输出时又通过转换器转换成串行输出。4PPM码解码器的设计采用自顶向下的设计思路和自底向上的实现思想。4PPM码解码器作为顶层模块，可利用Xilinx foundation f3.1中的器件来实现，顶层图形文件结构如图2.1所示：

图2.1 PPM码解码器整体设计框图

2.1.2器件的选择与引脚锁定

如图2.1所示的电路图形文件中的输入/输出信号安排到Xlinx XCV200芯片

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指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及Xlinx XCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。

表2.1 信号和芯片引脚对应关系 元件符号中的输入/输出信号 CLK CLR IN OUT XCV200芯片引脚 P213 P94 P95 P147 图形文件中的输入/输出信号安排到Xlinx XCV200芯片指定的引脚上去，实现芯片的引脚锁定，各信号及Xlinx XCV200芯片引脚对应关系如表2.1所示。

2.2 功能模块的设计与实现

4PPM码解码器的整体设计包含移位寄存器模块、计数器模块、4-2编码电路模块、以及并串转换模块，设计时这四个模块用逻辑门电路以及触发器实现。

2.2.1 移位寄存器模块的设计与实现

2.2.1.1 功能描述

移位寄存器要实现功能是在每个时钟上升沿到达的时候将串行输入的二进制数读入到D触发器中，并实现移位寄存，最后实现并行输出。 2.2.1.2 电路图

使用串联的4个D触发器实现，在每个时钟信号的上升沿到达时D触发器读入数据，并将原有数据向后一个D触发器移位寄存，最后串行输出，以备后面的计数器采集读入的数据。具体设计原理图如图2.2所示：

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