编码器设计 2
优先编码器课程设计
优先编码器课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解优先编码器的概念,掌握其工作原理和功能。
2. 学生能掌握优先编码器在不同情况下的应用,如数字电路、信号处理等。
3. 学生能运用所学知识分析优先编码器的电路图,并解释其工作过程。
技能目标:1. 学生能运用所学知识设计简单的优先编码器电路,提高实际问题解决能力。
2. 学生能在团队合作中发挥自己的优势,与他人共同完成优先编码器电路的设计和搭建。
3. 学生能通过实验操作,提高动手能力和观察分析能力。
情感态度价值观目标:1. 学生对电子技术产生兴趣,培养积极探究科学问题的态度。
2. 学生在学习过程中,培养严谨、细致、专注的学习习惯。
3. 学生能认识到电子技术在实际生活中的广泛应用,增强学以致用的意识。
课程性质:本课程为电子技术基础课程,旨在帮助学生掌握优先编码器的基本知识和应用技能。
学生特点:学生处于初中年级,具有一定的电子技术基础,对实验操作感兴趣,但需加强对理论知识的学习。
教学要求:结合学生特点,注重理论与实践相结合,提高学生的实际操作能力。
同时,关注学生的情感态度价值观培养,激发学生的学习兴趣和探究精神。
通过分解课程目标为具体学习成果,为教学设计和评估提供依据。
二、教学内容1. 优先编码器的概念与分类:介绍优先编码器的定义、功能及其分类,结合教材第二章第三节内容,让学生了解优先编码器的基本概念。
2. 优先编码器的工作原理:详细讲解优先编码器的工作原理,结合教材第二章第四节内容,分析优先编码器的内部结构及工作过程。
3. 优先编码器的应用:分析优先编码器在不同场景下的应用,如数字电路、信号处理等,引用教材第二章第五节实例,让学生了解其实际应用。
4. 优先编码器电路设计:教授如何设计简单的优先编码器电路,结合教材第二章第六节内容,引导学生运用所学知识解决实际问题。
5. 实验操作:组织学生进行优先编码器电路的搭建和测试,参考教材第二章实验部分,提高学生的动手能力和观察能力。
基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现
基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现基于TMR的高位高精度磁编码器的设计与实现摘要:磁编码器是一种能够测量旋转位置的传感器,其精度对于高精度控制应用至关重要。
本文介绍了一种基于磁隧道磁电阻(Tunnel Magneto-Resistance, TMR)技术的高位高精度磁编码器设计方案。
首先,通过分析TMR效应及其优势,给出了TMR磁编码器设计的工作原理和方案。
接着,介绍了基于FPGA 的系统设计与实现,包括数据处理的算法、信号采集的硬件电路设计等。
然后,进行了实验验证,在不同速度下对系统的性能进行了测试。
结果表明,该TMR磁编码器的精度可以达到0.01°,且具有良好的适应性和稳定性,可以满足高精度控制和导航应用的要求。
关键词:磁编码器;TMR效应;高位高精度;FPGA;实验验证1. 引言磁编码器是一种利用磁信号测量位置的传感器,具有性能稳定、反应速度快、精度高等优点。
在工业自动化、航空导航、医疗器械等领域应用广泛。
目前,磁编码器的应用需求越来越高,要求其具有更高的分辨率、精度和可靠性,以满足高精度控制和导航的要求。
随着技术的不断发展,磁编码器的设计技术也在不断革新和更新。
2. TMR磁编码器的设计原理TMR是一种磁电阻效应,具有高灵敏度和良好的温度稳定性,在自动化领域得到了广泛应用。
TMR磁编码器是利用TMR效应来实现旋转位置测量的传感器,其巨磁电阻率会随磁场方向的变化而发生改变,于是可以通过读取电阻值的变化来确定位置信息。
本文所设计的TMR磁编码器采用三层结构的磁性材料层,其中中间层是磁性隧道结(Tunnel Magneto-Resistance, TMR)层,其上下两侧都有磁性极化层。
当外部磁场方向发生改变时,会导致TMR层电阻发生变化,根据此变化量即可判断磁盘的运动状态。
由于TMR层的灵敏度较高,可以实现磁盘运动状态的更加精确的检测和测量。
3. 系统设计与实现本文设计的TMR磁编码器采用FPGA作为系统核心,搭载了大量的硬件逻辑单元,可以快速完成数据采集、处理和输出。
PCM编码器设计
PCM编码器设计PCM(脉冲编码调制)编码器是一种将模拟信号转换为数字信号的设备。
它用于音频和视频编码中,可以将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号,以便进行存储、传输和处理。
1.采样频率选择:选择适当的采样频率来采集原始模拟信号。
常用的采样频率有44.1kHz、48kHz和96kHz等。
选择适当的采样频率可以平衡信号的质量和文件的大小。
2.量化位数选择:选择适当的量化位数来描述采样信号的离散级别。
通常使用8位、16位或24位量化位数。
较高的量化位数可以提高信号的动态范围和信噪比,但需要更多的存储空间和传输带宽。
3. 量化器设计:采用适当的算法和电路设计一个精确的量化器,将连续模拟信号映射到离散级别。
一个常用的量化算法是线性二进制量化(linear binary quantization),它将输入信号划分为离散的级别,并将其映射到用二进制表示的编码值。
4. 压缩编码设计:设计一个有效的编码器,将量化后的信号进行进一步的压缩。
常用的压缩编码算法有Huffman编码和Lempel-Ziv编码等。
这些算法根据信号的统计特性和出现概率来对信号进行编码,以减少编码后的数据量。
5.错误纠正设计:为了增加PCM数据的可靠性,在编码过程中可以添加纠错码,以便在传输或存储过程中,能够检测和纠正部分错误。
常用的错误纠正编码包括海明码和循环冗余校验码(CRC)等。
6.附加功能设计:可以根据具体需求添加一些附加功能,如音频增强、降噪、立体声编码等。
这些功能可以提高音频质量,增加用户体验。
7.性能评估和优化:设计完成后,需要对PCM编码器的性能进行评估和优化。
包括信号质量评估、压缩率评估和编码速度评估等。
同时可以根据评估结果对设计进行优化,以改进性能。
总的来说,设计一个PCM编码器需要考虑采样频率、量化位数、量化器设计、压缩编码设计、错误纠正设计、附加功能设计、性能评估和优化等因素。
通过合理的设计和优化,可以实现高质量的PCM编码器,提高音频和视频编码的效率和质量。
实验二 基于VHDL格雷码编码器的设计
实验二基于VHDL格雷码编码器的设计一、实验目的1、了解格雷码变换的原理。
2、进一步熟悉QUARTUSII软件的使用方法和VHDL输入的全过程。
3、进一步掌握实验系统的使用。
二、实验原理格雷(Gray)码是一种可靠性编码,在数字系统中有着广泛的应用。
其特点是任意两个相邻的代码中仅有一位二进制数不同,因而在数码的递增和递减运算过程中不易出现差错。
但是格雷码是一种无权码,要想正确而简单的和二进制码进行转换,必须找出其规律。
根据组合逻辑电路的分析方法,先列出其真值表再通过卡诺图化简,可以很快的找出格雷码与二进制码之间的逻辑关系。
其转换规律为:高位同,从高到低看异同,异出‘1’,同出‘0’。
也就是将二进制码转换成格雷码时,高位是完全相同的,下一位格雷码是‘1’还是‘0’,完全是相邻两位二进制码的“异”还是“同”来决定。
下面举一个简单的例子加以说明。
假如要把二进制码10110110转换成格雷码,则可以通过下面的方法来完成,方法如图2-1。
图2-1 格雷码变换示意图因此,变换出来的格雷码为11101101。
三、实验内容本实验要求完成的任务是变换12位二进制码到12位的格雷码。
实验中用12位拨动开关模块的K1~K12表示8位二进制输入,用LED模块的LED1~LED12来表示转换的实验结果十二位格雷码。
实验LED亮表示对应的位为‘1’,LED灭表示对应的位为‘0’。
通过输入不同的值来观察输入的结果与实验原理中的转换规则是否一致。
实验箱中的拨动开关、与FPGA的接口电路,LED灯与FPGA的接口电路以及拨动开关、LED与FPGA的管脚连接在实验一中都做了详细说明,这里不在赘述。
四、实验步骤1、 打开QUARTUSII 软件,新建一个工程。
2、建完工程之后,再新建一个VHDL File 。
新建一个VHDL 文件的过程如下: 1)选择QUARTUSII 软件中的File>New 命令,出现New 对话框。
如图2-2所示。
VHDL的编码器和译码器的设计 (2)
1引言随着社会的发展,科学技术也在不断的进步。
计算机从先前的采用半导体技术实现的计算器到现在广泛应用的采用高集成度芯片实现的多功能计算器。
计算机电路[1]是计算机的重要组成部分,了解计算机电路的知识是促进计算机的发展的先决条件。
而编码器和译码器是计算机电路中的基本器件,对它们的了解可以为以后的进一步深化研究打下一个良好的基础。
在硬件电子电路设计领域中,VHDL语言[2]则是EDA的关键技术之一。
VHDL语言具有强大的语言结构,可用明确的代码描述复杂的控制逻辑设计,并且具有多层次的设计描述功能,支持设计库和可重复使用的元件的生成。
近十几年来,EDA技术获得飞速发展。
它以计算机为平台,根据硬件描述语言VHDL,自动地完成逻辑编辑、化简分割、综合及优化,布局布线,仿真直至对特定目标芯片的适配编译,逻辑映射和编程下载等工作。
在本设计主要介绍的是一个基于超高速硬件描述语言VHDL对计算机电路中编码器和译码器进行编程实现。
本设计主要介绍的是一个基于超高速硬件描述语言VHDL对计算机电路中编码器和译码器进行编程实现。
1.1 课程设计的目的本次设计的目的就是通过实践掌握计算机组成原理的分析方法和设计方法,了解EDA技术并掌握VHDL硬件描述语言的设计方法和思想。
以计算机组成原理为指导,通过学习的VHDL语言结合电子电路的设计知识理论联系实际,掌握所学的课程知识和基本单元电路的综合设计应用。
通过对基于VHDL的编码器和译码器的设计,巩固和综合运用所学知识,提高IC设计能力,提高分析、解决计算机技术实际问题的独立工作能力。
1.2 课程设计的基本内容根据计算机组成原理[3]中组合逻辑电路设计的原理,利用VHDL设计计算机电路中编码器和译码器的各个模块,并使用EDA 工具对各模块进行仿真验证和分析。
(1)熟悉编码器、译码器的工作原理,合理利用各种软硬件资源。
本设计编码器由八-三优先编码器作为实例代表,而译码器则包含三-八译码器和二-四译码器两个实例模块组成。
便携式演播室级MPEG一2硬件编码器的设计与实现
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【 图分 类 号 】T 9 98 中 N 1.1 【 献标 识 码 】A 文
De i n a d I l me t t n o r b e S u i a s H a d r c d r Ba e n M P sg n mp e n a i f Po t l t d o Cl s r wa e En o e s d o o a EG 一 2
实验二 8线-3线编码器设计
实验名称 8线-3线编码器设计指导老师尚丽娜成绩专业电科班级 1102 姓名汪磊学号31102333一、实验目的1、学习QuartusII软件,学习使用硬件描述语言设计电路。
2、学习DE1平台基本构成,能够使用DE1平台进行简单设计。
二、实验要求使用QuartusII文本输入法设计8线-3线编码器。
使用QuartusII软件进行文本输入,并对设计电路进行仿真,并下载到硬件平台,自行定义硬件平台使用端口。
三、实验设备PC机、DE1硬件平台四、实验原理根据8线—3线编码器的真值表原理进行实验,下表为8线—3线编码器的真值表五、实验过程library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity bm8_3 isport(a:in std_logic_vector(7 downto 0);b:out std_logic_vector(2 downto 0));end bm8_3;architecture zhang of bm8_3 isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="000";when"00000010"=>b<="001";when"00000100"=>b<="010";when"00001000"=>b<="011";when"00010000"=>b<="100";when"00100000"=>b<="101";when"01000000"=>b<="110";when others=>b<="111";end case;end process;end zhang;六、实验结果该程序还存在一些不足,当出现10000000是和非正常输入的时候是一样的输出,所以我们进行了一些修改,修改程序与结果如下:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity e isport(a:in std_logic_vector(7 downto 0);b:out std_logic_vector(3 downto 0));end e;architecture zhang of e isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="0000";when"00000010"=>b<="0001";when"00000100"=>b<="0010";when"00001000"=>b<="0011";when"00010000"=>b<="0100";when"00100000"=>b<="0101";when"01000000"=>b<="0110";when"10000000"=>b<="0111";when others=>b<="1111";end case;end process;end zhang;思考题一:思考题二:entity e isport(a:in bit_vector(7 downto 0);b:out bit_vector(3 downto 0)); end e;architecture zhang of e isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="0000";when"00000010"=>b<="0001";when"00000100"=>b<="0010";when"00001000"=>b<="0011";when"00010000"=>b<="0100";when"00100000"=>b<="0101";when"01000000"=>b<="0110";when"10000000"=>b<="0111";when others=>b<="1111";end case;end process;end zhang;七、心得体会对操作更加熟练,加深对其的认识。
实验3编码器译码器及应用电路设计
实验3编码器译码器及应用电路设计引言:编码器和译码器是数字电路中常用的电路模块。
它们分别用于将逻辑信号转换为编码信号和将编码信号转换为逻辑信号。
本实验将介绍编码器、译码器的基本原理以及它们的应用电路设计。
一、编码器的原理及应用编码器是一种多输入、多输出的逻辑电路。
它根据输入的逻辑信号,将其编码成对应的输出信号。
常见的编码器有BCD二进制编码器、优先编码器、旋转编码器等。
1.BCD二进制编码器BCD二进制编码器是一种将BCD码转换为二进制码的电路。
BCD码是由4位二进制数表示的十进制数。
BCD编码器可以将输入的BCD码(0-9)转换为对应的二进制码(0000-1001)。
2.优先编码器优先编码器是一种将多个输入信号优先级编码成二进制输出的电路。
它可用于实现多路选择器和多路复用器等电路。
优先编码器将输入的信号进行优先级编码,并将最高优先级的信号对应的二进制码输出。
3.旋转编码器旋转编码器是一种可以检测旋转方向和位移的编码器。
它通常用于旋转开关、旋钮等输入设备的位置检测。
旋转编码器可以将旋转输入转换为相应的编码输出信号,以便进行方向和位移的判断。
二、译码器的原理及应用译码器是一种将编码信号转换为对应的逻辑信号的逻辑电路。
它与编码器相反,根据输入的编码信号选择对应的输出信号。
常见的译码器有BCD译码器、行列译码器等。
1.BCD译码器BCD译码器是一种将BCD编码转换为对应的逻辑信号的电路。
它可以将输入的BCD编码(0000-1001)转换为对应的输出信号(0-9)。
BCD译码器可以用于显示数字、控制LED灯等应用。
2.行列译码器行列译码器是一种多输入、多输出的译码器。
它常用于矩阵键盘、扫描式显示器等应用中。
行列译码器可以将输入的行列编码转换为对应的输出信号,以实现输入设备和输出设备之间的数据传输。
1.4位BCD码转换为二进制码的电路设计该电路可以将输入的4位BCD码转换为对应的二进制码。
采用BCD二进制编码器进行设计,具体连接方式如下:-将4个BCD输入信号与编码器的输入端相连;-将编码器的输出信号与对应的二进制码输出端相连。
实验二 8线-3线编码器设计
实验名称 8线-3线编码器设计指导老师尚丽娜成绩专业电科班级 1102 姓名汪磊学号31102333一、实验目的1、学习QuartusII软件,学习使用硬件描述语言设计电路。
2、学习DE1平台基本构成,能够使用DE1平台进行简单设计。
二、实验要求使用QuartusII文本输入法设计8线-3线编码器。
使用QuartusII软件进行文本输入,并对设计电路进行仿真,并下载到硬件平台,自行定义硬件平台使用端口。
三、实验设备PC机、DE1硬件平台四、实验原理根据8线—3线编码器的真值表原理进行实验,下表为8线—3线编码器的真值表五、实验过程library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity bm8_3 isport(a:in std_logic_vector(7 downto 0);b:out std_logic_vector(2 downto 0));end bm8_3;architecture zhang of bm8_3 isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="000";when"00000010"=>b<="001";when"00000100"=>b<="010";when"00001000"=>b<="011";when"00010000"=>b<="100";when"00100000"=>b<="101";when"01000000"=>b<="110";when others=>b<="111";end case;end process;end zhang;六、实验结果该程序还存在一些不足,当出现10000000是和非正常输入的时候是一样的输出,所以我们进行了一些修改,修改程序与结果如下:library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity e isport(a:in std_logic_vector(7 downto 0);b:out std_logic_vector(3 downto 0));end e;architecture zhang of e isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="0000";when"00000010"=>b<="0001";when"00000100"=>b<="0010";when"00001000"=>b<="0011";when"00010000"=>b<="0100";when"00100000"=>b<="0101";when"01000000"=>b<="0110";when"10000000"=>b<="0111";when others=>b<="1111";end case;end process;end zhang;思考题一:思考题二:entity e isport(a:in bit_vector(7 downto 0);b:out bit_vector(3 downto 0)); end e;architecture zhang of e isbeginprocess(a)begincase a iswhen"00000001"=>b<="0000";when"00000010"=>b<="0001";when"00000100"=>b<="0010";when"00001000"=>b<="0011";when"00010000"=>b<="0100";when"00100000"=>b<="0101";when"01000000"=>b<="0110";when"10000000"=>b<="0111";when others=>b<="1111";end case;end process;end zhang;七、心得体会对操作更加熟练,加深对其的认识。
编码器的设计VHDL
实验二编码器实验目的1、设计并实现一个8线-3线优先编码器2、掌握实验箱的工作原理及基本操作方法实验器材1、SOPC实验箱2、计算机(装有Quartus II 7.0软件)实验预习1、预习优先编码器的原理与结构。
2、书写预习报告,必须有完整的VHDL设计程序及实验步骤。
实验原理常用的编码器有:4-2编码器、8-3编码器、16-4编码器,下面我们用一个8线-3线编码器的设计来介绍编码器的设计方法。
8-3编码器如图2.1所示,其真值表如表2-1所示。
图2.1 8-3编码器表2-1 8-3优先编码器真值表输入输出EIN 0N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7N A2N A1N A0N GSN EON1 X X X X X X X X 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 X X X X X X X 0 0 0 0 0 10 X X X X X X 0 1 0 0 1 0 10 X X X X X 0 1 1 0 1 0 0 10 X X X X 0 1 1 1 0 1 1 0 10 X X X 0 1 1 1 1 1 0 0 0 10 X X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 10 X 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 10 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1程序方法一Library IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;use IEEE.std_logic_unsigned.all;Entity B_bcd isport(D:in std_logic_vector(3 downto 0);B:out std_logic_vector(4 downto 0)); END Entity B_bcd;Architecture one of B_bcd isBeginProcess(D)BeginIF(D<="1001" AND D>="0000")Then B<='0'&D;ELSIF (D>"1001" AND D<="1111")Then B<=D+"00110";Else B<=NULL;END IF;END Process;END architecture one;程序方法2Library IEEE;use IEEE.std_logic_1164.all;use IEEE.std_logic_unsigned.all;Entity B_bcd isPort(D3,D2,D1,D0:in std_logic;B4,B3,B2,B1,B0:out std_logic);END entity B_bcd;Architecture one of B_bcd isSignal D:std_logic_vector(3 downto 0); Signal B:std_logic_vector(4 downto 0); BeginD<=D3 & D2 & D1 & D0;Process(D)BeginIF(D<="1001" AND D>="0000")Then B<='0'&D;ELSIF(D>"1001" AND D<="1111")Then B<=D+"00110";ELSE B<=NULL;END IF;END PROCESS;B0<=B(0);B1<=B(1); B2<=B(2); B3<=B(3); B4<=B(4);END architecture one;VCCSW4INPUT VCC SW3INPUT VCC SW2INPUT VCC SW1INPUT LED5OUTPUT LED4OUTPUT LED3OUTPUT LED2OUTPUT LED1OUTPUT D[3..0]B[4..0]B_bcdinst NOTinst5NOTinst6NOTinst7NOTinst8NOTinst9D [3..0]B [4..0]B[4..0]D[3..0]。
数控机床主轴编码器安装结构优化设计及改进
数控机床主轴编码器安装结构优化设计及改进数控机床主轴编码器是一种高精度的测量设备,可以通过对主轴和工作台的位置信息进行实时监测和反馈,来保证加工过程的精度和稳定性。
为了满足工业生产对于高精度的要求,数控机床主轴编码器设计需要遵循一定的技术原则和优化方法。
本文从结构设计和性能改进两个方面进行探讨,以期为数控机床主轴编码器的设计和应用提供参考,进一步提升数控机床加工的精度和性能。
一、结构设计优化数控机床主轴编码器的设计结构需要满足以下几点原则:(1)精度要求高:数控机床的加工精度要求通常在0.01mm以下,所以主轴编码器在设计中需要确保其量测精度达到0.001mm级别。
(2)结构简单可靠:数控机床工作环境恶劣,需尽可能减少摩擦和故障率,同时需要简单易于维护的结构。
(3)便于安装和调试:主轴编码器的安装位置通常在机床的主轴上,需要能够便于安装和调试。
在以上基本要求的基础上,可以适当优化主轴编码器的安装结构,以进一步提高其性能和使用效果。
下面分别从安装位置和气动装置两个方面进行改进。
1、安装位置优化数控机床主轴编码器常常安装在主轴的顶部,以测量主轴轴心的位置和运动轨迹。
该安装方式的优点在于能够最大限度地减少误差和补偿量,但缺点是安装难度大,且需要连续测点才能达到最佳效果。
因此,基于实际需要,可以采用多种安装位置来适应不同的加工需求和特殊情况。
例如,对于较小型号的数控机床,主轴编码器可以通过接近开关(或光电开关)的方式直接安装在轴承座上,从而达到快速安装和便于调整的目的。
对于大型机床和拓展型机床,主轴编码器也可以通过支架的方式安装在主轴底部或侧部,从而避免中空轴的存在,减少安装难度和误差。
数控机床加工过程中通常需要用到较高的气压,此时气动装置是主轴编码器能否正常工作的重要因素。
为了确保主轴编码器的稳定性和可靠性,气动装置需要经过优化和改进。
首先,气源的选用很重要。
通常采用的气源压力为0.4-0.6MPa,如果气源压力偏高或偏低会影响气动装置的工作效果。
某型产品轴角编码器工程设计
第 5期
电 脑 开 发 与 应 用
文 章 编 号 :0 35 5 ( 0 0 0 — 0 10 1 0 —8 0 2 1 )50 4 —3
某 型产 品轴 角 编 码器 工 程设 计
En n e i sg f Pr du to o r a n Ty f Ax a g e En o e gi e r ng De i n o o c i n f r a Ce t i pe o i lAn l c d r
1 轴 角 编 码 器 原 理 概 述
当系 统启 动后 , 系统 程序 需要 引入 目标 诸元 时 , 就
传 感器轴 角编 码器 等 。某 型产 品中采用 的是 一种新 颖
独 特的轴 角编 码方案一 旋转 变压器 峰值 采样正 余切 编 码 方案 。 此方案 的突出优点 是原理 简单 , 借助计 算 机软 件 简化硬 件设 计 , 调试 以及 调整零 位简单 。 变软件 可 改 以适 应 于不 同频 率 的旋 转 变 压器 所构 成 的轴 角 / 字 数 转换 系统 。
【 关键 词】 轴 角编码 器 ,峰 值 采样 正余 切编 码 ,粗精 组合 ,粗 大误 差判 断及 纠错
中 图 分 类 号 :TN7 2 6 文 献 标 识 码 :A
AB TRACT F o t s e t f t e r n r c ie,t i a t l r y t ma ia l x o n e h e k s mp e ta s o me S r m wo a p cs o h o y a d p a tc h s r i e mo e s s e t ly e p u d d t e p a a l r n f r r c c r t tn h f c t n e tc d n c e n t n i e rn e i n p i cp e . e o t t n i g a v n a e o h rn i l i i l , o a ig s a t o a g n o i g s h me a d is e g n e i g d sg rn i ls Th u s a d n d a t g ft e p i cp e ss mp e
4线2线优先编码器设计
4线2线优先编码器设计自动化1005班吴国鹏U201013735一、设计要求:1、设计一个4线2线优先编码器,其功能如P285表9.43所示。
2、用实验板上的发光二极管或译码显示电路显示结果。
二、设计分析:1、优先编码器:允许同时输入两个以上的有效编码信号。
当同时输入几个有效编码信号时,优先编码器能按预先设定的优先级别,只对其中优先权最高的一个进行编码。
2、二进制编码器的结构框图3、4线-2线优先编码器―――根据轻重缓急,规定好这些控制对象允许操作的先后次序,即优先级别。
识别这类请求信号的优先级别并进行编码的逻辑部件称为优先编码器。
4线-2线优先编码器的功能表如下:、三、源代码module A4_TO_2(in_I,out_A);input [3:0] in_I;output [1:0] out_A;reg [1:0] out_A;always @(in_I)begincase(in_I)4'b0001 : out_A=2'b00;4'b0010 : out_A=2'b01;4'b0011 : out_A=2'b01;4'b0100 : out_A=2'b10;4'b0101 : out_A=2'b10;4'b0110 : out_A=2'b10;4'b0111 : out_A=2'b10;4'b1000 : out_A=2'b11;4'b1001 : out_A=2'b11;4'b1010 : out_A=2'b11;4'b1011 : out_A=2'b11;4'b1100 : out_A=2'b11;4'b1101 : out_A=2'b11;4'b1110 : out_A=2'b11;4'b1111 : out_A=2'b11;endcaseendendmodule四、仿真波形。
如何设计简单的编码器与解码器
如何设计简单的编码器与解码器设计简单的编码器与解码器是数字通信系统中的重要任务之一。
编码器的作用是将输入信号转换为编码信号,而解码器则是将编码信号还原为原始输入信号。
在本文中,将介绍如何设计一个简单但高效的编码器与解码器。
一、编码器设计编码器的设计需要根据具体的应用场景和要求进行选择,常见的编码器包括哈弗曼编码、差分编码、相位编码等。
这里以差分编码为例进行说明。
差分编码是一种通过记录信号的差异来进行编码的方法。
其基本原理是将当前信号与前一个信号进行差异比较,将差异结果作为编码输出。
这种方法能够在一定程度上降低信号传输过程中的干扰和噪声影响。
差分编码器的设计步骤如下:1. 初始化:设定前一个信号的初始值为0。
2. 读取输入信号:获取当前输入信号的数值。
3. 计算差异:将当前输入信号与前一个信号进行相减,得到差异值。
4. 输出编码:将差异值作为编码输出。
5. 更新前一个信号:将当前输入信号作为下一次的前一个信号。
二、解码器设计解码器的设计需要与编码器相对应,以确保能够正确还原编码信号。
差分解码器的设计步骤如下:1. 初始化:设定前一个信号的初始值为0,用于解码信号还原。
2. 读取编码信号:获取当前编码信号的数值。
3. 还原差异:将编码信号作为差异值还原出当前信号的数值。
4. 输出解码信号:将还原的当前信号作为解码输出。
5. 更新前一个信号:将还原的当前信号作为下一次的前一个信号。
三、代码实现下面给出一种简单的编码器与解码器的Python代码实现。
以差分编码为例:```python# 编码器def encoder(input_signal):prev_signal = 0encoded_signal = []for signal in input_signal:diff = signal - prev_signalencoded_signal.append(diff)prev_signal = signalreturn encoded_signal# 解码器def decoder(encoded_signal):prev_signal = 0decoded_signal = []for diff in encoded_signal:signal = diff + prev_signaldecoded_signal.append(signal)prev_signal = signalreturn decoded_signal# 示例input_signal = [1, 3, 5, 7, 9]encoded_signal = encoder(input_signal) decoded_signal = decoder(encoded_signal) print("输入信号:", input_signal)print("编码信号:", encoded_signal) print("解码信号:", decoded_signal)```以上代码实现了对输入信号进行差分编码和解码的功能。
如何设计简单的数字编码器
如何设计简单的数字编码器数字编码器是一种将数字信息转换为二进制形式的设备或算法。
它在数字电子系统中起着至关重要的作用。
本文将介绍如何设计一种简单的数字编码器,以便更好地理解数字编码器的原理和设计过程。
1. 理解数字编码器的基本原理在开始设计之前,我们需要先了解数字编码器的基本原理。
数字编码器主要包括输入和输出两部分。
输入是一组数字信号,输出是对应的二进制编码。
根据不同的需求,可以选择不同的编码方式,如二进制、格雷码等。
2. 确定编码器的输入和输出类型在设计过程中,我们需要明确编码器的输入和输出类型。
输入可以是模拟信号、数字信号或其他形式的数据。
输出通常为二进制编码,可以是并行输出或串行输出。
3. 选择合适的编码方式根据具体需求,选择合适的编码方式非常重要。
常见的编码方式有二进制编码、格雷码、反码等。
二进制编码是最常用的一种编码方式,它将每个数字表示为一串0和1的组合。
格雷码是一种特殊的二进制编码方式,相邻两个编码之间只有一个位数发生变化,有利于减少错误。
4. 使用逻辑门实现编码器在数字电路中,可以使用逻辑门来实现数字编码器。
逻辑门包括与门、或门、非门等。
通过合理地组合和连接逻辑门,可以构建出满足需求的数字编码器。
5. 进行逻辑电路设计根据选择的编码方式和逻辑门的特点,进行逻辑电路设计。
可以使用逻辑图或者真值表来表示电路的输入和输出关系。
通过逻辑电路设计软件,可以进行电路的模拟和验证。
6. 确定编码器的输入和输出接口在设计过程中,需要确定编码器的输入和输出接口。
输入接口可以是按钮、开关或者其他形式的输入设备。
输出接口可以是LED灯、数码管等。
保证输入和输出接口的稳定性和可靠性对于设计一个优秀的数字编码器非常重要。
7. 进行功能测试和性能评估在完成编码器的设计之后,需要进行功能测试和性能评估。
通过输入不同的数字信号,对比输出的二进制编码是否与预期一致。
同时,评估编码器的转换速度、能耗、稳定性等性能指标。
2位二进制编码器真值表的表达式
在计算机科学中,二进制编码器是一种重要的逻辑电路,用于将输入的二进制数转换成其对应的禁区编码输出。
在这里,我们将主要探讨2位二进制编码器真值表的表达式,以便更加深入地理解这一概念。
让我们来看看2位二进制编码器的基本工作原理。
在这种编码器中,有两个输入引脚,分别用来输入两位二进制数,通常标记为A和B。
根据这两个输入,编码器会产生4个输出中的一个,用以表示输入的二进制数对应的禁区编码。
这种编码方式常用于控制电路和数字系统中,以便对不同的状态进行编码和识别。
接下来,我们将逐步分析2位二进制编码器真值表的表达式。
为了更清晰地展示,我们将使用序号标注进行具体说明。
1. 我们需要确定2位二进制编码器的输入和输出。
在这里,我们有两个输入A和B,以及四个输出F0、F1、F2和F3。
2. 我们来分析编码器的真值表。
在这里,我们可以列出A、B和对应的输出F0、F1、F2和F3的所有可能组合,从00到11。
这些组合将帮助我们确定每个输入二进制数对应的输出编码。
3. 根据真值表,我们可以得出2位二进制编码器的输出表达式。
以最简单的AND和OR逻辑门为例,我们可以通过逻辑代数的方法得出输出表达式,用以表示输入的二进制数所对应的编码。
4. 通过逻辑代数的运算,我们可以得出F0、F1、F2和F3的表达式。
这些表达式将更加形象地展示输入和输出二进制数之间的逻辑关系和编码方式。
5. 总结回顾:通过深入分析2位二进制编码器真值表的表达式,我们可以清晰地理解不同输入二进制数对应的输出编码,以及逻辑代数在编码器中的应用。
这将有助于我们在实际应用中更加灵活地处理不同的二进制编码场景。
在个人观点方面,我认为深入理解二进制编码器的真值表表达式对于计算机科学和数字系统的学习至关重要。
这种理解不仅可以帮助我们更加准确地进行编码和解码操作,还可以为我们在逻辑设计和电路控制方面提供有效的参考和指导。
我强烈建议在学习和实践过程中,要对2位二进制编码器的真值表表达式进行深入探讨和研究。
实验2-优先编码器
实验3:优先编码器的Verilog HDL描述及仿真一、实验目的及要求:1.掌握优先编码器的Verilog HDL描述方法2.理解逻辑综合的概念3.掌握RTL电路原理图分析的分析方法二、实验工具:Quartus_II 9.0三、实验原理:1. 优先编码器简介在数字系统中,常常需要将某一信息变换为某一特定的代码,把二进制代码按一定的规律编排,时每组代码具有一定的含义称为编码。
具有编码功能的逻辑电路称之为编码器。
常常会有几个部件同时发出服务请求的可能,而在同一时刻只能给其中一个部件发出允许操作信号。
因此,必须根据轻重缓急,规定好这些控制对象允许操作的先后次序,即优先级别。
8-3优先编码器有8个输入端,3个输出端。
还有一个输入使能,输出使能和优先编码器工作状态标志。
编码器以低为有效。
输入优先级别的次序为7,6,5,…,0。
当某一输入端有低电平输入,且比它优先级高的输入没有低电平输入时,输出端才输出相应输入端的代码。
优先编码器的真值表如下表1所示。
表1.2.Verilog程序设计与逻辑综合2.1 8-3线编码器示例always @ (din)begincase(din)8’b0000_0001: dout = 3’b000;8’b0000_0010: dout = 3’b001;8’b0000_0100: dout = 3’b010;8’b0000_1000: dout = 3’b011;…8’b1000_0000: dout = 3’b111;default : dout = 3’bx;endcaseend2.2 优先编码器设计优先编码器与上面描述的普通8-3线编码器不同,每次只需判断优先级高的输入端是否有效always @ (din)begincasex(din)8’b1xxx_xxxx: dout = 3’b111;8’b01xx_xxxx: dout = 3’b110;8’b001x_xxxx: dout = 3’b101;8’b0001_xxxx: dout = 3’b100;…8’b0000_0001: dout = 3’b000;default : dout = 3’bx;endcaseend2.3.逻辑综合逻辑综合是在标准单元库和特定的设计约束的基础上,把设计的高层次描述转换成优化的门级网表的过程。
CRC编码器的设计
CRC编码器的设计
CRC(循环冗余校验)编码器是一种常用的错误检测编码器,其设计目标是通过增加校验位来提高数据的可靠性,以便在传输过程中检测出错误情况。
1.确定生成多项式:
CRC编码器的核心是一个生成多项式,它用于计算校验位。
生成多项式可以是任意的,在计算中应该选择与通信环境适应的生成多项式。
一般情况下,长度为n的CRC编码器使用n+1位的生成多项式,其中最高位和最低位都是1、生成多项式的选择对于CRC编码的性能有很大的影响,需要进行仔细的考虑和测试。
2.计算校验位:
校验位的计算是CRC编码器的关键步骤。
校验位的计算是通过将数据和生成多项式进行按位异或运算得到的。
具体步骤如下:
-在待发送的数据后面添加n个零(其中n是生成多项式的位数减1),得到新的数据块。
-将新的数据块除以生成多项式,得到的余数就是校验位。
3.添加校验位:
校验位计算完成后,将校验位添加到原始数据中。
校验位通常作为一个帧的最后一个字节。
4.发送数据:
将带有校验位的数据发送给接收端。
CRC编码器的性能可通过几个参数来评估,如最大错误检测能力(可以检测到的最大连续错误的位数)、最小错误检测能力(可以检测到的最小连续错误的位数)等。
这些参数与生成多项式的选择有关,因此在设计CRC编码器时,需要仔细选择生成多项式,以满足通信环境的要求。
总之,CRC编码器是一种常用的错误检测编码器,通过增加校验位来提高数据的可靠性。
设计一个有效的CRC编码器需要确定生成多项式、计算校验位、添加校验位和发送数据等步骤,并注意选择适合的生成多项式来满足通信环境的要求。
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辽宁工业大学数字系统综合实验课程设计(论文)题目:编码器设计院(系):专业班级:学号:学生姓名:指导教师:教师职称:起止时间:课程设计(论文)任务及评语院(系):教研室:学号学生姓名专业班级课程设计(论文)题目编码器设计课程设计(论文)任务分别采用分立元件设计方式和集成元件设计方式,设计一个16-4优先编码器,并用MAX+PLUSⅡ验证设计的正确性。
设计要求:1.熟练掌握组合逻辑电路的设计思路和方法;2.熟练掌握MAX+PLUSⅡ原理图输入方法;3.熟练掌握MAX+PLUSⅡ仿真方法并对设计进行仿真验证,直至得出正确的设计方案;4.熟练掌握MAX+PLUSⅡ编程下载方法并利用EDA实验箱验证设计的正确性;5.熟练掌握优先编码器的设计方法;6.对分立元件设计方式和集成元件设计两种设计方案进行比较。
报告要求:1.能够对原理及设计方案进行适当的说明;2.按照给定的模板要求完成设计报告。
指导教师评语及成绩平时成绩(20%):论文成绩(50%):答辩成绩(30%):总成绩:指导教师签字:学生签字:年月日目录第1章设计要求及设计原理 (1)第2章优先编码器74148 (2)2.1 74148的输入输出 (2)2.2内部结构 (3)2.3真值表和逻辑式 (4)第3章用集成元件设计方式的设计原理 (6)3.1电路图 (6)3.2仿真图 (7)3.3设置引脚接线 (7)3.4实验箱效果 (8)第4章用分立元件设计方式的设计原理 (9)4.1逻辑图 (9)4.2仿真图 (11)4.3设置引脚接线 (11)4.4实验箱效果 (12)第5章总结 (13)第1章设计要求及设计原理为了区分一系列不同事物,将其中的每个事物用一个二值代码表示,这就是编码的含意。
在二值逻辑电路中,信号都是以高、低电平的形式给出的。
因此,编码器的逻辑功能就是将输入的每一个高、低电平信号编成一个对应的二进制代码。
目前经常使用的编码器有普通编码器和优先编码器两类。
在普通编码器中,任何时刻只允许输入一个编码信号,否则输出将发生混乱。
在优先编码器中,允许同时输入两个以上的编码信号,但只对其中优先权最高的一个进行编码。
要求分别采用分立元件设计方式和集成元件设计方式,设计一个16线-4线优先编码器,并用MAX+PLUSⅡ验证设计的正确性。
用两片74148接成16线-4线优先编码器,将A0-A1516个低电平输入信号编为0000-1111共16个4位二进制代码,其中A15的优先权最高,A的优先权最低。
由于每片74148只有8个编码输入,所以需将16个输入信号分别接到两片上。
现将A15-A88个优先权高的输入信号接到(1)片的I7-I0输入端,而将A7-A08个优先权低的输入信号接到(2)片的I7-I输入端。
按照优先权顺序的要求,只有A15-A8均无输入信号时,才允许对A7-A的输入信号进行编码。
因此,只要将第一片的“无编码信号输入”信号EO作为第二片的选通输入信号EI就行了。
此外,当第一片有编码信号输入时,它的GS=0,无编码信号输入时GS=1,正好可以用它作为输出编码的第四位,以区分8个高优先权输入信号和8个低优先权输入信号的编码。
编码输出的低3位应为两片输出Y2、Y1、Y的逻辑与或,得出Z2Z1Z0;编码输出的最高位应为(1)片GS输出端的逻辑非,得出Z3。
依照上面的分析,便得到图1.1的逻辑图。
图1.1 用两片74148接成16线-4线优先编码器的逻辑图第2章优先编码器74148在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上编码信号。
不过在设计优先编码器时,已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级别高的输入信号编码,优先级别低的输入信号则不起作用。
74148是一个8线-3线优先编码器,74HC148兼容CMOS电平,供电3-12V,74LS148兼容TTL 电平,供电4.5-5.5V。
2.1 74148的输入输出I0-I7为8个输入端,Y0、Y1和Y2为3位二进制码输出,EI为允许输入端,EO为允许输出端,GS为编码群输出端,因此,称它为8-3线优先编码器。
见图2.1。
图2.1 74148引脚的输入输出接法2.2内部结构8个输入端通过与、或、非的逻辑运算实现按优先级别不同进行编码的优先编码器。
结构如图2.2。
图2.2 74148内部结构2.3真值表和逻辑式由真值表2.1可知,输入I0-I7和输出Y、Y1、Y2的有效工作电平均为低电平.在I0-I7输入端中,下角标号码越大的优先级越高。
例如,I、I2、I3、I5和I7均为1 ,I1、I4和I6为0时,输出按优先级较高的I6编码,即Y2Y1Y0 = 001,而不是按优先级较低的I1和I4编码。
此后,若I6变为1,则按I4编码, Y2Y1Y0=011 。
若I 4也变为1,输出才按I 1编码,Y2Y 1Y 0=110。
输入EI 和输出EO 、GS 在容量扩展时使用。
EI 为工作状态选择端(或称允许输入端),当EI=0时,编码器工作,反之不进行编码工作;EO 为允许输出端,当允许编码(即EI=0)而无信号输入时,EO 为0。
GS 为编码群输出端,当不允许编码(即EI=1),或者虽允许编码(EI=0)但无信号输入(即I 0-I 7均为1)时,GS 为1。
换而言之,允许编码且有信号输入(即I 0-I 7中至少有一个为0)时,GS 才为0。
表2.1 74148真值表EII 0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7Y 2Y 1Y 0EO GS1 * * * * * * * * 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * * * * 0 0 0 0 1 0 0 * * * * * * 0 1 0 0 1 1 0 0 * * * * * 0 1 1 0 1 0 1 0 0 * * * * 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 * * * 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 * * 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 * 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 011111111111输出逻辑式为:EIIII II I I I I I Y *)(76564364210+++= (2.1)EIIII I I I I I Y *)(765435421+++= (2.2)EIIIII Y*)(76542+++= (2.3) EI EO II I I I I I I *7654321=(2.4)EIGS IIIIIIII *)(76543210+++++++= (2.5)它的输入输出均以低电平作为有效信号。
第3章用集成元件设计方式的设计原理A15-A88个优先权高的输入信号接到(1)片的I7-I0输入端,而将A7-A08个优先权低的输入信号接到(2)片的I7-I输入端。
按照优先权顺序的要求,只有A15-A8均无输入信号时,才允许对A7-A的输入信号进行编码。
因此,只要将第一片的“无编码信号输入”信号EO作为第二片的选通输入信号EI就行了。
此外,当第一片有编码信号输入时,它的GS=0,无编码信号输入时GS=1,正好可以用它作为输出编码的第四位,以区分8个高优先权输入信号和8个低优先权输入信号的编码。
编码输出的低3位应为两片输出Y2、Y1、Y的逻辑与或,得出Z2Z1Z0;编码输出的最高位应为(1)片GS输出端的逻辑非,得出Z3。
3.1电路图依照上面分析,连接电路,如图3.1。
图3.1 用两片74148接成16线-4线优先编码器的MAX+PLUSⅡ的电路图3.2仿真图依次将A15-A取0,进行仿真,结果见图3.2,发现Z3Z2Z1Z0符合理论值。
图3.2 用两片74148接成16线-4线优先编码器的MAX+PLUSⅡ的仿真图3.3设置引脚接线为了更好利用EDA实验箱验证设计的正确性,对引脚进行手动设置,接到(I/O)口。
具体情况见图3.3及图3.4。
图3.3 用两片74148接成16线-4线优先编码器的MAX+PLUS Ⅱ的引脚图3.4 用两片74148接成16线-4线优先编码器的MAX+PLUS Ⅱ的引脚接线3.4实验箱效果设置好引脚后,对EDA 实验箱通电,并下载。
通过对输入信号的控制,验证结果与理论结果相同。
010=A 则1010Z Z Z Z 0123=,为图3.5效果。
图3.5 总体效果第4章用分立元件设计方式的设计原理用分立元件设计方式,即用与门、或门、非门、与非门、或非门来设计16-4线优先编码器。
4.1逻辑图用分立元件设计方式设计16-4线优先编码器可先用层次电路设计8-3线优先编码器,再用上述原理设计16-4线优先编码器。
总体结构如图4.1,层次电路如图4.2。
这种方法与集成元件设计方式相比,电路较为复杂。
图4.1 用分立元件设计方式设计16-4线优先编码器的MAX+PLUSⅡ的电路图(层次电路)图4.2 层次电路GATE1 4.2仿真图依次将A15-A取0,进行仿真,结果见图4.3,发现Z3Z2Z1Z0符合理论值。
图4.3 用分立元件设计方式设计16-4线优先编码器的MAX+PLUSⅡ的仿真图4.3设置引脚接线为了更好利用EDA实验箱验证设计的正确性,对引脚进行手动设置,接到(I/O)口。
具体情况见图4.4及图4.5。
图4.4 用分立元件设计方式设计16-4线优先编码器的MAX+PLUS Ⅱ的引脚图图4.5 用分立元件设计方式设计16-4线优先编码器的MAX+PLUS Ⅱ的引脚接线4.4实验箱效果设置好引脚后,对EDA 实验箱通电,并下载。
通过对输入信号的控制,验证结果与理论结果相同。
015=A 则1111Z Z Z Z 0123=,为图4.6效果。
图4.6 总体效果第5章总结设计16线-4线优先编码器,用集成元件设计方式比用分立元件设计方式电路简单,容易让人理解。
此次设计中采用两种方式,2片74148设计的优先编码器电路简洁,功能明了。
在MAX+PLUSⅡ软件中连接电路通过仿真验证了设计的正确性。
实验箱中,随着输入信号高低电平的改变,输出信号-发光二极管的明暗也随之有次序的改变。
整体来说,虽然连线较多容易出错,但还是一个成功的设计。
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