昆 明 学 院
2013 届毕业论文（设计） 论文（设计）题目 基于FPGA的HDB3码的编码器 与译码器设计（软件设计）
子课题题目
姓 名 周艳 学 号 201004090147 所属院系 自动控制与机械工程学院
专业年级 2010级通信技术1班
指导教师 任杰
2013年 5月
基于FP GA的HDB3码的编码器与译码器设计（软件设计）
摘 要
HDB3码是基带传输码型之一，因为它具有无直流分量、低频分量少、连0数不超过3个这些特点，所以有利于信号的恢复和检验，所以HDB3码被广泛应用到井下电缆遥传系统以及高速长距离书记通信中等。FPGA具有成本低、可靠性高、开发周期短、可重复编程等特点。利用EDA技术，可对其实现硬件设计软件化，加速了数字系统设计的效率，降低了设计成本。本文先对HDB3码，FPGA器件和EDA技术的发展背景进行简述。接着阐述EDA技术中常用的VHDL语言的发展与优点，并以VHDL为核心，简要说明硬件电路的设计的方法步骤。然后介绍HDB3码的编译码原理以及其特点。最后，对HDB3码的编译原理进行重点分析，并且以VHDL语言为主，分别对编码器部分和译码器部分的具体实现方法进行说明，给出具体设计的思考方案和程序流程图，并对设计方案进行软件仿真，同时给出仿真结果并对其进行分析，证明设计方案的正确性。
关键词：HDB3码；FPGA；EDA;VHDL;编译码
基于FP GA的HDB3码的编码器与译码器设计（软件设计）
Abstract
HDB3 code is one of codes used in the transmission system. It has no DC components
and a few of LF components. Moreover, it has continuous zeros no more than three. The features of HDB3 code help the signal to be rebuilt and be checked for error easily, so HDB3 code is the commonly used code in the transmission system. Low cost, dependability, short design cycle and repeated program ability are the features of FPGA. You can design hardware of digital circuits by using software as a result of using FPGA with EDA. It will construct the digital system quickly system quickly and reduce the cost of design.
This paper first introduces the development and background of HDB3.FPGA and EDA, and then expands VHDL. which is commonly used as design-entry language for EDA.A summary of digital circuits’ design by using VHDL is provided. Moreover, the principle and decoder is designed by using VHDL. Finally, the plan of design, the flow of software design and the simulated waveform of HDB3 encoder and decoder is presented, showing correctness of the design.
Keywords: HDB3 code; FPGA ; EDA ; VHDL; Encoder and Decoder
基于FP GA的HDB3码的编码器与译码器设计（软件设计）
目录
第一章 概述 ............................................................. 1 1.1 HDB3码的简述 ........................................................ 1 1.2 FPGA简介 ............................................................ 2 1.2.1 FPGA的发展历程 .................................................... 2 1.2.2 FPGA基本结构及其特点 .............................................. 3 1.3 EDA技术 ............................................................. 4 1.4 VHDL硬件描述语言 .................................................... 4 1.4.1 简介 .............................................................. 4 1.4.2 VHDL具有的特点 .................................................... 5 1.4.3 VHDL的优点 ........................................................ 7 1.4.4 VHDL设计硬件电路的方法 ............................................ 7 第二章 HDB3码的编译规则 ................................................ 10 2.1主要的基带传输码型 .................................................. 10 2.1.1 NRZ码的编码规则 .................................................. 10 2.1.2 AMI码的编码规则 .................................................. 10 2.2 HDB3码的编码规则 ................................................... 11 2.3 HDB3码的译码规则 ................................................... 12 2.4 HDB3码的检错能力 ................................................... 12 第三章 HDB3编码器的FPGA实现 ........................................... 13 3.1 HDB3码编码器的实现分析 ............................................. 13 3.2 HDB3码编码器的设计思路 ............................................. 13 3.2.1 4连‘0’的检出加V及判‘1’极性 .................................. 13 3.2.2 取代节的选取 ..................................................... 13 3.3设计建模 ............................................................ 14 3.3.1插“V”码模块设计及仿真 ........................................... 15 3.3.2插“B”码模块设计及仿真 ........................................... 17 3.3.3 HDB3编码器的极性转换模块设计及仿真 ............................... 20 第四章 HDB3译码器的FPGA实现 ........................................... 24 4.1 译码器的实现分析 ................................................... 24 4.2 HDB3译码器的设计思路 ............................................... 24 4.3 V的检测 ............................................................ 25 4.4 扣V扣B ............................................................ 25 4.5 设计建模 ........................................................... 25 4.5.1扣V扣B的实现 .................................................... 26 4.6 软件仿真 ........................................................... 26 第五章 结论 ............................................................ 28 参考文献 ............................................................... 29 附录 ................................................................... 30 谢辞 ................................................................... 38
基于FP GA的HDB3码的编码器与译码器设计（软件设计）
第一章 概述
1.1 HDB3码的简述
HDB3（High Density Bipolar of order 3code）码的全称是三阶高密度双极性码，又称为四连“0”取代码，它是一种AMI码的改进，保持了AMI码的优点而克服其缺点。 HDB3码因具有无直流成分，低频成分和连0个数最多不超过三个等明显优点，对定时信号的恢复十分有利，而成为普遍使用的基带传输码型之一。在数字传输系统中，其传输对象通常是二元数字信息。一般使用有限的离散的波形来表示数字信息。这些离散波形可以是未经调制的不同电平信号，也可以是调制后的信号形式。由于未经调制的电平脉冲信号所占据的频带通常从直流和低频开始，因而成为数字基带信号。数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形式的数字基带信号（又称为码型）具有不同的频谱结构，合理地设计数字基带信号以使数字信息变换为适合给定信道传输特性的频谱结构，是基带传输首要考虑的问题。
实际上，在数字设备内部用导线连接起来的各器件之间就是用一些最简单的数字基带信号来传送定时和信息的。当数字信号进行行距离传输时，高频分量的衰减随距离的增大而增大，电缆中线对之间的电磁辐射也随着频率的增高而加剧，从而限制信号的传输距离和传输质量，同时信道中往往还存在隔直流电容和耦合变压器，他们不能传输直流分量及对低频分量有较大的衰减，因此对于一般信道高频和低频部分均是受限的。
对于以上信道，要求所使用传输码型的频谱不含直流分量，并且低频分量和高频分量都很少。传输码型中应含有定时时钟信息，以利于接收端提取定时时钟，在基带传输系统中，定时信息是在接收端恢复原始信息所必需的。在一般传输系统中为了节省频带从而不传输定时信息，必须在接收端从相应的基带信号中加以提取。实际传输中希望能及时监视误码，如果传输码型有一定的规律性，那么就可以根据这一规律性来检测传输的质量，以便做到自动监测，因此，传输码型应具有一定的误码检测能力。当然，对传输码型的选择还需要编码和译码设备尽量简单等要求，但以上的几点是最主要的额考虑因素。
HDB3码又叫三阶高密度双极性码(High Density Bipolar)，是在AMI码的基础上改进的一种双极性归零码，它除具有AMI码功率谱中无直流分量，可进行差错自检等优点外，还克服了AMI码当信息中出现连“0”码时定时提取困难的缺点，而且HDB3
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