摘 要：在系統(tǒng)可編程(ISP)技術(shù)消除了傳統(tǒng)電子設(shè)計的一系列弊病，帶來數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計手段的革新，大大加快了大規(guī)模集成電路的應(yīng)用和研究，是現(xiàn)代工程師必須掌握的理想工具之一。基于ISP技術(shù)現(xiàn)代電子設(shè)計平臺和開發(fā)軟件，首先簡述運用ISP技術(shù)實現(xiàn)HDB3碼編碼的基本原理及方法，然后基于ISP技術(shù)現(xiàn)代電子設(shè)計平臺和開發(fā)軟件，實現(xiàn)了HDB3編解碼電路的硬件配置和功能仿真設(shè)計。

關(guān)鍵詞：ISP技術(shù);HDB3;編碼;解碼

中圖分類號：TN912.3 文獻標識碼：A

文章編號：1004373X(2008)0517603

Design and Simulation of ISP Technology of HDB3 Code

YIN Lixian，WU Zaihua

(Hunan College of Information，Changsha，410200，China)

Abstract：In-System Programmable (ISP) technology which brings the great innovation to digital circuit and system design implement，avoids certain disadvantage of traditional PLD，and makes great progress in LSI′s application and research.It is an ideal implement that modern engineers should have.This paperdescribs the basic principle and method of HDB3，based on the principle and exploited software of ISP technology，successfully realizes the code and decode of HDB3 including circuit hardware configuration and functional simulation design.

Keywords：ISP technology;HDB3;code;encode

可編程器件及其技術(shù)自20世紀90年代以來得到了迅猛發(fā)展，他促進了邏輯設(shè)計的概念和方法以及數(shù)字電路實現(xiàn)手段的轉(zhuǎn)換。ISP技術(shù)消除了傳統(tǒng)可編程邏輯器件(PLD)的某些限制和連接弊病，可以在電路板上直接進行編程和重復(fù)編程，有利于在板和系統(tǒng)級設(shè)計、制造及編程，根據(jù)用戶和市場需求進行產(chǎn)品開發(fā)，從而有效地降低了產(chǎn)品成本，縮短產(chǎn)品進入市場的時間。Lattice公司的ISP器件可由該公司的ispDesignExpert軟件所支持，且能夠在系統(tǒng)電路板上直接進行重構(gòu)，因而無需單獨的編程器即可在桌面上進行電路的仿真、測試和查錯等工作，迅速地改變原電路和更新系統(tǒng)的性能，完成設(shè)計。

1 HDB3編碼基本原理

為了滿足基帶傳輸?shù)囊?，單極性脈沖序列必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)幕鶐Ь幋a，以保證傳輸碼型中無直流分量，有一定的自檢能力和適應(yīng)不同信源的統(tǒng)計特性的能力。在基帶傳輸中，常用的碼型有：傳輸極性交替碼(AMI碼)、三階高密度雙極性碼(HDB3碼)、4B3T碼、傳號翻轉(zhuǎn)碼(CMI)以及雙相碼(Manchester碼)等。

1.1 HDB3碼的構(gòu)成規(guī)則

首先簡單介紹AMI碼的構(gòu)成規(guī)則，把單極性脈沖序列中相鄰的“1”碼(即正脈沖)變?yōu)闃O性交替的正、負脈沖，將“0”碼保持不變，把“1”碼變?yōu)?1、-1交替的脈沖。

HDB3碼是一種AMI碼的改進型，又稱四連“0”取代碼。在AMI碼中，如果連續(xù)較長的一段序列為“0”碼，則在接收端會因為長時間無交替變化波形的控制而丟失同步信號。為克服傳輸波形中出現(xiàn)的長連“0”的情況，設(shè)計了AMI碼的改進型HDB3碼，其碼型中最長連“0”數(shù)不超過3個。

HDB3碼的編碼原理可簡述如下：在消息的二進制代碼序列中，當(dāng)連“0”碼的個數(shù)不超過３時，HDB3編碼規(guī)律與AMI 碼相同，即“1”碼變?yōu)椤埃薄?、“－１”交替脈沖；當(dāng)出現(xiàn)４個及以上連“0”碼時，把連“0”段按４個“0”分節(jié)，即“0000”，并使第4個“0”碼變?yōu)椤?”碼，用V脈沖表示，這樣就可以消除長連“0”現(xiàn)象。為了便于識別V脈沖，必須使V脈沖極性與前一個“１”脈沖極性相同，這樣就破壞了AMI 碼極性交替的規(guī)律，所以V脈沖為破壞脈沖。把V脈沖和前３個連“0”稱為破壞節(jié)“000V”，為了使脈沖序列仍不含直流分量，則必須使相鄰的破壞點V脈沖極性交替，為了保證上述條件成立，必須使相鄰的破壞點之間有奇數(shù)個“１”碼。如果原序列中破壞點之間的“１”碼為偶數(shù)個，則必須補為奇數(shù)，即將破壞節(jié)中的第一個“0”碼變?yōu)椤埃薄?，用B脈沖表示，這時破壞節(jié)變?yōu)椤癇00V”形式。這樣就保證B脈沖極性與前一“１”脈沖極性相反，而B脈沖極性和V脈沖極性相同。

1.2 HDB3碼的特點

其特點主要有：

(1) 與AMI碼一樣無直流分量，且低頻分量也很少；其功率譜也與AMI碼類似，其方波中豐富的高頻分量同樣被消除了；

(2) 由于引入取代節(jié)，因而解決了AMI碼在連“0”過長時提取位定信號的困難；

(3) 具有內(nèi)在檢錯能力。

由此可見，HDB3碼是一種優(yōu)良碼，目前廣泛應(yīng)用于基帶傳輸接口碼。

2 ISP技術(shù)在HDB3編碼中的應(yīng)用

2.1 用ISP實現(xiàn)HDB3碼編碼

2.1.1 編碼設(shè)計思想

HDB3碼為三階高密度雙極性碼，其編碼設(shè)計思想為：

(1) 由于ISP不能輸出負電平，只能輸出“１”、“0”，所以先要對他的輸出進行編碼，如表1所示。

(2) 考慮將某些“0”改為“1”。用一個四位移位寄存器來對輸入的序列進行檢測，當(dāng)檢測到4個連0時，將其第四個0改為1。再設(shè)置一個T觸發(fā)器來檢測兩個相鄰的破壞節(jié)之間“1”的個數(shù)，若T觸發(fā)器為“0”，則說明兩個相鄰的破壞節(jié)之間“1”的個數(shù)為偶數(shù)個，需要將第2個破壞節(jié)的第一個“0”置“1”，若T觸發(fā)器為“1”，則說明兩個相鄰的破壞節(jié)之間“1”的個數(shù)為奇數(shù)個，不變。

(3) 正、負號的考慮。除了破壞節(jié)的V即“1”的符號與他前面最近的“1”的符號相同外，其他的“1”的符號都是正、負交替的。所以再設(shè)置一個T觸發(fā)器，當(dāng)他檢測到“1”時就使Q2翻轉(zhuǎn)。當(dāng)然，這樣就不可避免地使破壞節(jié)的V的符號也出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，為了防止他的翻轉(zhuǎn)，用一個三位移位寄存器來跟蹤V碼，以保證V碼的符號與他前面最近的“1”的符號相同。

2.1.2 編碼流程圖

編碼流程圖如圖1所示。

2.1.3 編碼程序仿真結(jié)果

仿真結(jié)果說明：由于輸入的數(shù)據(jù)流經(jīng)過了5個寄存器，輸出就延長了4個時鐘脈沖周期，所以仿真輸出的有效起始位置應(yīng)該是4個時鐘脈沖以后(即圖2上的黑線以后的部分)。

根據(jù)前面所提編碼表格1，當(dāng)Q1Q2=11代表“+1”，Q1Q2=10 代表“-1”，Q1Q2=00或01代表“0”，則輸出Q1、Q2可翻譯成：

2.2 用ISP實現(xiàn)HDB3碼譯碼

2.2.1 譯碼設(shè)計思想

(1) 由HDB3碼的編碼規(guī)則可知，“0000”都被“000+1”或“000-1”或“+100+1”或 “-100-1”取代，故只要能檢測出“+1000+1”、“-1000-1”、“+100+1”、“-100-1”，將他們分別改為“10000”、“10000”、“0000”、“0000”即可。

(2)、當(dāng)然“+1”、“-1”、“0”還是由Q1Q2來表示，那么就需要有兩個5位移位寄存器(c和d)，Q1通過d，Q2通過c。通過d、c來檢測。如果檢測到兩個移位寄存器分別為“10001”、“0xxx0”或“10001”、“1xxx1”或“1001x”、“1xx1x”或“1001x”、“0xx0x”(“x”代表任意，即可以是“1”也可以是“0”)，數(shù)據(jù)輸出是將d里面的數(shù)據(jù)流輸出，所以只要將d中所檢測到的以上數(shù)據(jù)分別改為“10000”、“10000”、“0000x”、“0000x”，就可得到HDB3碼的譯碼了。

2.2.2 譯碼仿真結(jié)果

對應(yīng)譯碼結(jié)果為：

3 結(jié) 語

隨著可編程技術(shù)及器件的迅速發(fā)展，當(dāng)今硬件設(shè)計日

趨軟件化。為適應(yīng)社會發(fā)展與需求，作者進行了基于ISP技術(shù)的研究與應(yīng)用，采用軟件設(shè)計思維，將原理圖與程序仿真相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了HDB3的編碼和譯碼功能。

參考文獻

［1］劉篤仁.在系統(tǒng)可編程技術(shù)器件原理與應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

［2］易波.數(shù)字通信原理實驗與仿真[M].長沙:國防科技大學(xué)出版社，1998.

［3］吳桂華.在系統(tǒng)可編程邏輯器件的設(shè)計方法及其應(yīng)用[J].中南民族大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2002，21(2):51-53.

［4］樊昌信，詹道庸，徐炳祥，等.通信原理[M].北京:國防工業(yè)出版社，2003.

［5］鐘川桃，楊國輝.輕松實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計 ISP芯片開發(fā)可編程數(shù)字頻率計[J].電子測試，2006(12):73-75.

作者簡介

尹立賢 男，1962年出生，湖南益陽人，高級講師。主要研究方向為ISP技術(shù)，數(shù)字通信。

吳再華 男，1971年出生，湖南益陽人，講師，工學(xué)碩士。研究方向為現(xiàn)代電子技術(shù)、信號與信息處理、智能控制技術(shù)等。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?！?/p>