了解格雷碼編碼器的設計原理

時間：2024-05-19 07:09:33

一、 實驗目的
1、      了解格雷碼變換的原理。
2、      進一步熟悉QUARTUSII軟件的使用方法和VHDL輸入的全過程。
3、      進一步掌握實驗系統的使用。
二、 實驗原理
格雷（Gray）碼是一種可靠性編碼，在數字系統中有著廣泛的應用。其特點是任意兩個相鄰的代碼中僅有一位二進制數不同，因而在數碼的遞增和遞減運算過程中不易出現差錯。但是格雷碼是一種無權碼，要想正確而簡單的和二進制碼進行轉換，必須找出其規律。
根據組合邏輯電路的分析方法，先列出其真值表再通過卡諾圖化簡，可以很快的找出格雷碼與二進制碼之間的邏輯關系。其轉換規律為：高位同，從高到低看異同，異出‘1’，同出‘0’。也就是將二進制碼轉換成格雷碼時，高位是完全相同的，下一位格雷碼是‘1’還是‘0’，完全是相鄰兩位二進制碼的“異”還是“同”來決定。下面舉一個簡單的例子加以說明。
假如要把二進制碼10110110轉換成格雷碼，則可以通過下面的方法來完成，方法如圖4-2-1。

圖4-2-1  格雷碼變換示意圖
因此，變換出來的格雷碼為11101101。
三、 實驗內容
本實驗要求完成的任務是變換8位的二進制碼到8位的格雷碼。實驗中用八位撥動開關模塊的K1～K8表示8位二進制輸入，用LED模塊的D1～D8來表示轉換的實驗結果8位格雷碼。實驗LED亮表示對應的位為‘1’，LED滅表示對應的位為‘0’。通過輸入不同的值來觀察輸入的結果與實驗原理中的轉換規則是否一致。
四、 實驗步驟
1、     打開QUARTUSII軟件，新建一個工程。
2、     建完工程之后，再新建一個VHDL File。新建一個VHDL文件的過程如下：
1）選擇QUARTUSII軟件中的File>New命令，出現New對話框。如圖4-2-2所示。

圖4-2-2 新建設計文件選擇窗口
2）在New對話框（圖4-2-2）中選擇Device Design Files頁下的VHDL File，點擊OK按鈕，打開VHDL編輯器對話框，如圖4-2-3所示。

圖4-2-3  VHDL編輯窗口
3、      按照實驗原理和自己的想法，在VHDL編輯窗口編寫VHDL程序，用戶可參照光盤中提供的示例程序。
4、      編寫完VHDL程序后，保存起來。方法同實驗一。
5、      對自己編寫的VHDL程序進行編譯并仿真，對程序的錯誤進行修改。
6、      編譯仿真無誤后，根據用戶自己的要求進行管腳分配。分配完成后，再進行全編譯一次，以使管腳分配生效。
7、      根據實驗內容用實驗導線將上面管腳分配的FPGA管腳與對應的模塊連接起來。
如果是調用的本書提供的VHDL代碼，則實驗連線如下：
K1-K8：被編碼信號，接8個撥動開關K1-K8（LOCK KEY AREA）。
D1-D8：編碼輸出信號，接8個LED燈D1-D8（LED AREA）。
8、      用下載電纜通過JTAG口將對應的sof文件加載到FPGA中。觀察實驗結果是否與自己的編程思想一致。
五、 實驗現象與結果
以設計的參考示例為例，當設計文件加載到目標器件后，確認信號連接線已正確連接，撥動撥動開關，LED會按照實驗原理中的格雷碼輸入一一對應的亮或者滅。
六、 實驗報告
1、    繪出仿真波形，并作說明。
2、    進一步熟悉QUARTUSII軟件。
3、    將實驗原理、設計過程、編譯仿真波形和分析結果、硬件測試結果記錄下來。
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