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基于FPGA的汉明距离电路的实现

文章来源:admin    时间:2024-06-02

  

  当今时代已经成为信息化时代,而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。数字化技术已经引发了一场范围广泛的产业革命,各种家用电器设备,信息处理设备都将向着数字化的方向变化。如数字电视、数字广播、数字电影、DVD等等,同时现在的通信网络也向着数字化的方向发展。随着数字化的发展,数字集成电路也得到了广泛应用。20世纪80年代中期,Altera和Xilinx分别推出了类似于PAL结构的扩展型CPLD和与标准门阵列类似的FPGA,它们都具有体系结构和逻辑单元比较灵活、集成度高以及适用范围广等特点。同时,这两种器件也兼容了PLD和通用门阵列的优点,可实现较大规模的电路编程同时也很灵活。

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  汉明距离在信息论中的定义是两个等长字符串之间的汉明距离,也就是两个字符串对应位置的不同字符的个数。例如:*1011101与1001 001之间的汉明距离就是2;*2143896与2233796之间的汉明距离为3;*“toned”与“roses”之间的汉明距离为3凯时ag优质运气营商凯时ag优质运气营商。

  在通信中,累计定长二进制字中发生翻转的错误数据位通常也被称为信号距离凯时ag优质运气营商。事实上凯时ag优质运气营商凯时ag优质运气营商,汉明重量分析在包括信息论、编码理论凯时ag优质运气营商、密码学等领域都有应用。

  在扩频通信和数字突发通信系统中,接收机进行的数字相关检测或独检测,实际上就是本地一组确定序列的一位二进制数,接收机将接收到的数据连续不断的送入N位移位寄存器中,这样,任一瞬间移位寄存器中的内容即为一串二进制码,移位寄存器的输出作为ROM的地址输入,这样,经查找表运算后凯时ag优质运气营商,ROM就可输出所需的数据,并将所得数据送入汉明计算电路以得到汉明距离,再经过门限判决输入的汉明距离。其汉明距离的计算电路框图如图1所示。

  图2是本系统中的并入串出移位寄存器电路图。图2中,当移位/置入控制端()为低时,并行数据(AH)被置入寄存器;而当为高电平时凯时ag优质运气营商,并行置数功能被禁止。当CLK和CLK INK有一个为低电平且为高电平时,另一个时钟则可以输入;当CLK和CLK INK有一个为高电平时,另一个时钟被禁止:而只有在CLK为高电平时凯时ag优质运气营商,CLK INK才可变为高电平。

  用FPGA设计汉明距离电路的另一个关键是存储器ROM凯时ag优质运气营商,图3所示是一个lpm_rom的器件图。设计时凯时ag优质运气营商,移位寄存器的输出作为ROM的地址输入,这样,经查找表运算后,ROM就可以输出所需的汉明数据。

  图4所示是本系统中的逻辑计算电路的c5in3out的器件图。通过c5in3out可计算出序列D6~D32的汉明距离。序列D0~D5(即图4中的A,B,C,D凯时ag优质运气营商,E)的汉明距离可以采用逻辑函数获得。逻辑计算电路有三个二进制输出变量凯时ag优质运气营商,由最高有效位到最低有效位依次为A、B、C(即图4中的X,Y,Z),其逻辑表达式为:

  图5所示是一个汉明加法器的add器件图。add通常是采用求和网络法求和。求和网络法将ROM输出的数据两两通过一个加法器相加后,可将得出的结果再两两通过一个加法器相加,依次将各项计算结果相加在一起,其最终的累加结果便是汉明距离凯时ag优质运气营商。

  2 汉明电路的仿线位并入串出移位寄存器的maxpluslI仿线位并入串出移位寄存器maxplusII波形仿线所示。其中的Clk为移位时钟信号;Load为并行数据预置使能信号;Din是8位二进制并行预置数据端口;Qb表示当前值reg(0)向qb输出;Reg(8)为当前值和移位值(如:9A 1001 1010B;移位后:4D 0100 1101 B:第二次移位:A6 10100110 B)。

  选取查找表-求和网络法来实现32位汉明距离的计算时,可分别将(D6~D14)、 (D15~D23)凯时ag优质运气营商、(D24~D32)作为查找表的地址线的汉明距离。而其序列D0~D5的汉明距离可以采用逻辑函数获得,具体的波形仿线』为汉明距离电路的输入端口;Out『4..0』为汉明距离计算输出端口(内置的32位数可用十六进制表示为000000 00)凯时ag优质运气营商。例如F800A08C即1111 1000 0000 0000 1010 0000 10001100B凯时ag优质运气营商,输出的汉明距离d为10。

  设计完成后,可使用FPGA(即现场可编程门阵列)进行下载验证,FPGA是专用

  (ASIC)领域中的一种半定制电路,FPGA既可解决定制电路的不足,又可克服原有可

  件门电路数有限的缺点。而使用MaxPlusⅡ软件和VHDL语言进行电路设计,不仅可以进行逻辑仿真,还可以进行时序仿真。由于本设计在编写过程中使用了较多的与门和异或门,所以,在波形仿真图中凯时ag优质运气营商凯时ag优质运气营商凯时ag优质运气营商,波形显示具有比较长的延时。但是,自行编写的计数器功能完善,程序简单明了,完全可以实现32位汉明距离的计算。

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