316RZI码解码器的设计与实现

课程设计报告课程设计名称：计算机组成原理课程设计课程设计题目：3/16RZI码解码器的设计与实现院（系）：计算机学院专业：计算机科学与技术班级：学号：姓名：指导教师：完成日期：2016.01.15-I-目录第1章总体设计方案..................................................................................................11.1设计原理................................................................................................................11.2设计思路................................................................................................................11.3设计环境................................................................................................................2第2章详细设计方案..................................................................................................32.1总体方案的设计与实现........................................................................................32.2总体方案的逻辑图.................................................................................................52.2.1功能仿真.......................................................................................................6第3章编程下载与硬件测试......................................................................................73.1编程下载..............................................................................................................73.2硬件测试及结果分析..........................................................................................73.2.1硬件测试..........................................................................................................73.2.2结果分析..........................................................................................................8附录（电路原理图）................................................................................................9参考文献........................................................................................................................10第1章总体设计方案-1-第1章总体设计方案1.1设计原理本设计要求设计并实现3/16RZI解码器，将输入的3/16RZI码变成二进制数数字序列输出。在一个输入端连续的输入16个周期的脉冲，同时输入3/16RZI码，每次输入一个脉冲，就将输入的信号保存到D触发器中，最后16个数据信号都保存到了D触发器中。同时将所有D触发器连接一个16进制的数据选择器，通过一个16进制计数器控制数据选择器每个数据信号的输出，从而实现3/16RZI的解码。初始信号：解码后：1.2设计思路3/16RZI解码器的设计主要包含如下三个部分：○1一个16进制计数器②由16个D触发器组成的移位寄存器③一个16进制数据选择器数据选择器二进制数字输出3/16RZICLK计数器第1章总体设计方案-2-图1.13/16RZI的思路框图通过输入16个周期的脉冲同时将3/16RZI码存入到了移位寄存器中，然后再并行输入到数据选择器中，再通过计数器的控制将3/16RZI码变成二进制数字输出。对于以上设计思路部分中可以分别设计实现相应功能的器件，包括16位移位寄存器、16进制计数器、16进制数据选择器等。在连接具体电路时配合相应脉冲和门电路以达到效果。以上三个器件的底层、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*.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·硬件环境：伟福COP2000型计算机组成原理实验仪、XCV200实验板、微机·EDA环境：XilinxfoundationF3.1设计软件第2章详细设计方案-3-第2章详细设计方案2.1总体方案的设计与实现○116位移位寄存器的设计和实现16位移位寄存器单元有俩个输入量：CLK脉冲信号，3/16RZI数据信号。图2.1.116位移位寄存器图移位寄存器除了具有存储代码的功能以外，还有具有移位功能，就是指将寄存器里储存的代码能在脉冲的作用下依次左移。最后将输入的3/16RZI码并行输出到数据选择器进行选择输出。第2章详细设计方案-4-图2.1.216位移位寄存器仿真图②16位计数器的设计和实现该计数器是一个自启动计数器，由4个JK触发器组成，能够自行数到15。该计数器通过控制输入端的状态，当每次CLK信号到达时，使该翻转的那些触发器输入端控等于1，不该翻转的为0。这样，就可以用计数器电路的不同状态来记录CLK的脉冲数目，从而达到计数的目的。第2章详细设计方案-5-图2.1.316位计数器图2.2总体方案的逻辑图封装后本电路只有俩个输出，其中一个是脉冲信号，另一个是数据信号。一个是解码后输出的二进制信号。第2章详细设计方案-6-图2.2.1原理图封装后图2.2.1功能仿真功能仿真波形结果如图2.2.2所示,对表2.2.2与表1.1的内容进行对比，可以看出功能仿真结果是正确的，进而说明电路设计的正确性。图2.2.2功能仿真波形结果第3章编程下载与硬件测-7-第3章编程下载与硬件测试3.1编程下载利用COP2000仿真软件的编程下载功能，将得到final.bit文件下载到XCV200实验板的XCV200可编程逻辑芯片中。3.2硬件测试及结果分析3.2.1硬件测试利用XCV200实验板进行硬件功能测试。输入数据通过XCV200实验板的输入开关实现，输出数据通过XCV200实验板的LED指示灯实现，其对应关系如表3.1所示。表3.2.1XCV200实验板信号对应关系利用下表中的输入参数作为输入数据，逐个测试输出结果，即用XCV200实验板的开关K0输入数据，观察LED1的输出，得到如下表K0:00000001110000000A0000000000000000K0:011111111111111XCV200芯片引脚信号XCV200实验板XCV200实验板OUTPUTK4:3A0CLKCLOCKA2INPUTK0：0A3第3章编程下载与硬件测-8-A011111111111111图3.2.2测试结果利用表3-2中的输入参数作为输入数据，逐个测试输出结果，即用XCV200实验板的开关K0及CLK输入数据，同时观察数据状态灯显示结果，得到如图3.2.3所示的硬件测试结果。图3.2.3硬件测试结果3.2.2结果分析对表3.2.2与表3.2.3内容进行逐一比较可知，所以得出的结果正确，这是意料中的，而其他数据组的硬件测试结果都是正确的，说明解码器的设计完全正确。第3章编程下载与硬件测-9-附录（电路原理图）顶层设计原理图第3章编程下载与硬件测-10-参考文献[1].魏媛媛高晓清计算机组成原理与设计［M］.武汉：武汉大学出版社，2008[2]李景华.可编程逻辑器件与EDA技术［M］.北京：东北大学出版社，2001[3]杜建国.VerilogHDL硬件描述语言[M].北京：国防工业出版社，2004[4]王爱英.计算机组成与结构(第4版)[M].北京：清华大学出版社，2006[5]江国强.EAD技术习题与实验[M].北京：电子工业出版社，2005[6]王冠.VerilogHDL与数字电路设计[M].北京：机械工业出版社，2005-11-课程设计总结：这次组成原理课程设计虽然施老师和我说比较简单，即3/16RZI解码器，但还是花了大量的时间，原因在于开始时对XilinxFoundationF3.1软件的使用不熟悉和对自上而下的设计方法都不是很明白，特别是对这个RZI码一点不熟悉，网上也找不着资料，只能依靠老师的提示和解答。弄懂题目意思既花了俩三天，但随着课程设计的逐渐进行，整体的思路也逐渐明晰起来，开始加快了设计的进度。在整个课程设计，遇到很多问题，特别是耐性坚持的对待自己不熟悉的问题。幸运的是有指导老师耐心地给我们解答各类问题，帮助我们理解课设的内容和要求，给了我莫大的鼓舞和支持，还不断鼓舞我们既然做了就要坚持到底，最后我们把仿真，下载全弄好了，学到不少知识。同时，在整个课设中，我感受到了很多解决困能的方法，最重要的是我学会了用耐性，坚持不懈将问题解决，这是对一个浮躁的学生最好的锻炼。最后，我觉得大学期间的各类课程设计对于本科生是十分重要的，通过它我们能更好地理解该门课程，真真地做到掌握一门科学知识。因此，我们得认真严肃对待，绝对不能随便敷衍了事。指导教师评语：指导教师(签字)：年月日课程设计成绩