同步数字复接器的设计

1湖南文理学院课程设计报告课程名称：通信系统课程设计系部：电气与信息工程学院专业班级：通信08102班学号：200816020229学生姓名：王恒一指导教师：王立完成时间：2011-12-26报告成绩：评阅意见：评阅教师日期2目录摘要.............................................................1第一章设计简介及方案论述..............................................11.1数字复接概述....................................................11.2设计目的和设计要求：............................................11.2.1设计目的..................................................11.2.2设计要求..................................................1第二章同步数字复接器的总体设计........................................22.1四路同步复接器的原理框图模型....................................22.2系统的设计与实现................................................42.2.1系统顶层设计..............................................42.2.1.1四路同步复接器的VHDL建模............................42.2.2系统的底层设计............................................72.2.2.1分频器的建模与VHDL程序设计..........................82.2.2.2内码产生器..........................................102.2.2.3内码控制器..........................................112.2.2.5输出模块............................................15第三章问题及分析解决方法.............................................173.1时延问题以及分析处理...........................................173.2毛刺信号问题以及分析处理.......................................173.3VHDL语言调试过程中遇到的一些问题..............................18致谢..............................................................18参考文献..............................................................191摘要本文主要介绍了基于CPLD/FPGA可编程逻辑器件的同步数字复接器设计。在现代数字通信网中，我们经常为了提高传输效率，需要将若干路低速数字信号合并成一路高速数字信号，以便通过高速信道进行数据传输。实现此功能的数字设备成为数字复接系统。在数字复接系统中，发送端主要由时钟产生、码速调整、复接三部分组成，接收端主要由定时脉冲形成、分接、码速恢复三部分组成。本文在深入了解可编程逻辑器件及硬件描述语言的基础上，完成了同步数字复接器的分块建模，包括分频器、内码控制器、内码产生器、时序产生器和输出电路五大模块，以及相应的VHDL实现过程，对在设计过程中遇到的毛刺现象等问题进行了讨论，并在信号提取方面有了进一步的认识。【关键词】CPLD/FPGAVHDL数字复接数字分接2AbstractInthispaper,basedonCPLD/FPGAprogrammablelogicdevicesandhardwaredescriptionlanguageVHDL,toachievesynchronousdigitalmultiplexerdesign.Inmoderndigitalcommunicationnetworks,weoftenordertoimprovethetransmissionefficiency,theneedforanumberoflow-speeddigitalsignalpathallthewayintohigh-speeddigitalsignals,inordertocarryouthigh-speeddatachannel.Achievethisfunctiondigitaldevicesknownasdigitalmultiplexersystem.Multiplexerinthedigitalsystem,thesendingendbytheclockgeneration,codespeedadjustmentmultiplexeriscomposedofthreeparts,thereceivingendfromtimetotimebythepulseshape,tap,codespeedtherestorationofthreeparts.TheblockmodelingofSynchronousDigitalMultiplexerisbasedonin-depthunderstandingofprogrammablelogicdevicesandhardwaredescriptionlanguage,includingthefrequencydivider、Codecontroller、Codegenerator、timeprogramcontrollerandoutputcircuit,aswellastherealizationofthecorrespondingVHDLprocessesencounteredinthedesignofglitchesandotherissueswerediscussed,andsignalextractioninafurtherunderstandingofaspects.【Keywords】CPLD/FPGAVHDLdigitalmultiplexingdigitaldemulplexing1第一章设计简介及方案论述1.1数字复接概述在时分制的PCM通信系统中，为了扩大传输容量，必须提高传输速率。传输路数越多，每路样值8比特码占用的时间就越小，每个比特的时宽就越小，对应的频宽（传输速率）就越大。一个样值（8比特）占用的时宽基群：3.9us二次群：0.997us三次群：0.23us四次群：0.057us高次群的轮流采样在技术上不可能实现，只能采用数字复接方式实现高次群的传输。我们把这种两路或两路以上的低速数字信号合并成一路高速数字信号的过程称为数字复接。在时分制的PCM通信系统中，为了扩大传输容量，提高传输效率，必须提高传输速率。也就是说想办法把较低传输速率的数据码流变换成高速码流。数字复接终端就是这种把低速率码流变换成高速率码流的设备。数字复接系统由数字复接器和数字分接器两部分构成。把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接，把完成数字复接功能的设备称为数字复接器。在接收端把一路复合数字信号分离成各支路信号的过程称为数字分接，把完成这种数字分接功能的设备称为数字分接器。数字复接器和数字分接器和传输信道共同构成了数字复接系统1.2设计目的和设计要求：1.2.1设计目的通过对同步复接器的建模和设计，掌握同步复接的原理以及应用。1.2.2设计要求（1）阐述同步复接原理；（2）进行同步复接器的建模和设计；（3）写出详细的设计报告。2第二章同步数字复接器的总体设计2.1四路同步复接器的原理框图模型简单的思路同步复接器组成框图如图6。为了简单和容易实现，坚定设计任务要求为：同步时钟为256kHz,每个时隙为8位，四路支路信码可通过拨码开关预置；四路支路信码以同步复接方式合成一路帧长为32位复用串行码。其中一个时隙（一路支路信号）作为帧同步码并去为x1110010(巴克码)，因此数据码实际为三路共24位码。四路同步复接器原理框图模型同步复接信号的帧结构3框图说明（1）分频器1：4.096MHZ的晶体振荡器方波信号经分频后，得到256KHZ的时钟信号。（2）八选一数据选择器：在硬件功能上相当于74LS151数据选择器，其功能表如表5-2所示。（3）分频器2、译码器：其功能是产生四路时序信号，以控制选通开关，依次按路（每路八位）选通四路支路码，并合并成一路复用串行码。译码器的功能表如表5-2所示。（4）计数器：由于在每个数据选择器中有八位数据需要选择，即有八种状态，因此需要八种控制信号，依次选择每路支路信号的每一位，并按位以时钟节拍送入支路选通开关，等待时序信号控制。（5）拨码器：每路的拨码器为八位开关，往上拨，则对应的那一位为高电平，往下拨则为低电平。采用拨码器的好处，在此相当于提供了一个任意置数的四路数字信源，特别适合检验系统的设计结果。时序信号与对应的合路信号及其帧结构依照原理框图和上述功能表，用波形表示各类信号产生过程和同步复用信号的产生，如图7所示。时序信号及对应的合路信号帧结构42.2系统的设计与实现本设计采用VHDL语言作为硬件功能的描述,硬件采用Altera公司的FPGA芯片,以四路同步复接器为例运用模块化设计方法分别设计了分频器、内码控制器、时序产生器、内码产生器以及输出电路。.在QUARTUSII软环境下进行设计、编译和仿真,并结合FPGA(现场可编程门阵列)的特点,实现了一个可编程的四路同步复接器模块[10]。2.2.1系统顶层设计2.2.1.1四路同步复接器的VHDL建模根据上述的四路复接器的原理图以及尽可能节省资源，在建模的时候，本设计采用了将整个系统分为硬件和软件两部分来实现，并且尽可能用软件来实现更多的单元电路，其框图如图10所示。文件名：FUJIEQILLLIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYFUJIEQILLISPORT(CLK,ENA,A0,A1,A2,A3,A4,A5,A6,A7,B0,B1,B2,B3,B4,B5,B6,B7,C0,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7:INSTD_LOGIC;时钟分频器内码控制器内码控制器内码控制器内码控制器内码控制器时序控制器输出电路合路信号输出四路复接器的VHDL建模模型5S0,S1,S2,S3,FUJIOUT:OUTSTD_LOGIC);ENDFUJIEQILL;ARCHITECTUREFFOFFUJIEQILLISCOMPONENTCOUNT16-----调用计数器PORT(CLK:INSTD_LOGIC;D,C,B,A:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMPONENTNEIMACS0------调用内码产生器PORT(IN0_8,IN0_7,IN0_6,IN0_5,IN0_4,IN0_3,IN0_2,IN0_1,K3,K2,K1,SX0:INSTD_LOGIC;OUT0:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;;COMPONENTSHIXUSUCCESSFUL------调用时序发生器PORT(B:INSTD_LOGIC;S3,S2,S1,S0:OUTSTD_LOGIC);ENDCOMPONENT;COMP