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1、 目录 1绪论 6 1.1现代通信网的概述 6 1.2 EDA 技术 7 1.2.1 EDA技术简介 7 1.2.2 EDA技术的特点 7 1.2.3 EDA技术的应用形式 7 1.2.4 EDA技术的发展趋势 8 1.3数字复接系统概论 8 1.3.1 数字复接的基本概念 8 1.3.2 数字复接技术的发展 9 1.3.3 数字复接技术的研究现状 9 1.3.4 数字复接系统的研究意义 9 1.4选题的意义 9 1.5本文章节安排 10 2硬件描述语言与可编程逻辑器件 10 2.1硬件描述语言（VHDL） 10 2.1.1 VHDL 简介 10 2.1.2 VHDL 优点 11 2.1.3
2、VHDL程序的基本结构 11 2.2 FPGA （现场可编程门阵列）芯片 12 2.2.1 FPGA 的简介 12 2.2.2 FPGA 的基本特点 13 2.2.3 FPGA 的工程设计流程 13 3同步数字复接器的总体设计 14 3.1四路同步复接器的原理框图模型 14 3.1.2 框图说明 15 3.1.3 时序信号与对应的合路信号及其帧结构 15 3.2系统的设计与实现 16 3.2.1 Quartus II 开发平台的简介 16 3.3 VHDL源程序仿真流程 17 3.4系统顶层设计 19 3.4.1 四路同步复接器的 VHDL建模19 3.5系统的底层设计 22 3.5.1 分频
3、器的建模与 VHDL程序设计 22 基于FPGA的同步数字复接器设计 3.5.2 内码产生器 23 3.5.3 内码控制器 25 3.5.4 时序产生器的建模与程序设计 25 3.5.5 输出模块 28 4设计中遇到的问题及讨论 30 4.1 关于设计中的时延问题 30 4.2毛刺信号及其消除30 4.3 VHDL语言调试过程中遇到的一些问题 30 总结与展望 30 参考文献 32 致谢错误!未定义书签。插图索引 图 1VHDL程序设计基本结构 12 图 2 CPLD结构图 13 图 3 FPGA结构图 13 图 4 FPGA工程设计流程 14 图 5四路同步复接器原理框图模型15 图6同步复
4、接的帧结构 15 图 7时序信号及对应的合路信号帧结构 16 图 8 Quartus II设计流程 17 图 9VHDL 仿真流程 18 图10四路复接器的 VHDL建模模型 19 图 II四路同步数字复接器的时序仿真图 22 图 12分频器的VHDL建模符号 22 图 13分频器的时序仿真波形 23 图 14内码产生器的建模符号 24 图 15内码产生器的时序波形 25 图 16时序产生器建模符号 26 图 17译码器的 VHDL建模流程图 26 图 18 2/4译码器产生的时序仿真波形 27 图 19时序发生器的仿真波形及相位关系图 28 图 20输出模块的建模符号 29 图 21三态门的
5、输出仿真波形 30基于FPGA的同步数字复接器设计 摘要 本文主要介绍了基于 CPLD/FPGA 可编程逻辑器件的同步数字复接器设计。在现代数字通信 网中，我们经常为了提高传输效率，需要将若干路低速数字信号合并成一路高速数字信号， 以便通过高速信道进行数据传输。实现此功能的数字设备成为数字复接系统。在数字复接系 统中，发送端主要由时钟产生、码速调整、复接三部分组成，接收端主要由定时脉冲形成、 分接、码速恢复三部分组成。 本文在深入了解可编程逻辑器件及硬件描述语言的基础上，完成了同步数字复接器的分块建 模，包括分频器、内码控制器、内码产生器、时序产生器和输出电路五大模块，以及相应的 VHDL实现
6、过程，对在设计过程中遇到的毛刺现象等问题进行了讨论，并在信号提取方面有 了进一步的认识。 【关键词】CPLD/FPGA VHDL数字复接数字分接 The Design of Synchronous multiplexer Based on FPGA Abstract In this paper，based on CPLD/FPGA programmable logic devices and hardware description language VHDL，to achieve synchronous digital multiplexer design. In modern digita
7、l communication networks，we often order to improve the transmission efficiency, the need for a number of low-speed digital signal path all the way into high-speed digital signals， in order to carry out high-speed data channel Achieve this function digital devices known as digital multiplexer system.
8、 Multiplexer in the digital system, the sending end by the clock generation，code speed adjustment multiplexer is composed of three parts, the receiving end from time to time by the pulse shape, tap，code speed the restoration of three parts. The block modeling of Synchronous Digital Multiplexer is ba
9、sed on in-depth understanding of programmable logic devices and hardware description language，including the frequency divider、Code controller、Code generator、time program controller and output circuit, as well as the realization of the corresponding VHDL processes encountered in the design of glitche
10、s and other issues were discussed，and signal extraction in a further understanding of aspects. 【Key words】 CPLD/FPGA VHDL digital multiplexing digital demulplexing 绪论 引言 在数字通信中，为了扩大传输容量和提高传输效率，通常需要将若干个低速数字码流按一定格 式合并成一个高速数据码流流，以便在高速宽带信道中传输。数字复接就是依据时分复用基 本原理完成数码合并的一种技术，并且是数字通信中的一项基础技术。 当今社会是数字话的社会，数字集
11、成电路应用广泛。而在以往的 PDH复接电路中，系统的 许多部分采用的是模拟电路，依次有很大的局限性。随着微电子技术的发展，出现了现场可 编辑逻辑器件(PLD)，其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器 件(CPLD)。本文就是用硬件描述语言等软件与技术来实现一个基于 CPLD/FPGA的简单数 字同步复接系统的设计。 现代通信网的概述 现代通信技术，就是随着科技的不断发展，如何采用最新的技术来不断优化通信的各种方式， 让人与人的沟通变得更为便捷，有效。通信技术和通信产业 20世纪 80年代以来发展最快的 领域之一，不论是在国际还是在国内都是如此，这是人类进入信息社会的
12、重要标志之一。 通信就是互通信息。纵观同新的发展分为以下三个阶段：第一阶段是语言和文字通信阶 段。在这一阶段，通信方式简单，内容单一。第二阶段是电通信阶段。1837 年，莫尔斯发 明电报机，并设计莫尔斯电报码。1876 年，贝尔发明电话机。这样，利用电磁波不仅可以 传输文字，还可以传输语音，由此大大加快了通信的发展进程。1895 年，马可尼发明无线 电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。第三阶段是电子信息通信阶段。从总体上看， 通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。通信系统是指点对点通所需的全部设施， 而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施。而现代的主要通信技术 有数
13、字通信技术，程控交换技术，信息传输技术，通信网络技术，数据通信与数据网，ISDN 与 ATM技术，宽带 IP技术，接入网与接入技术。 数字通信即传输数字信号的通信，是通过信源发出的模拟信号经过数字终端的信源编码 成为数字信号，终端发出的数字信号，经过信道编码变成适合与信道传输的数字信号，然后 由调制解调器把信号调制到系统所使用的数字信道上，在传输到对段，经过相反的变换最终 传送到信宿。数字通信以其抗干扰能力强，便于存储，处理和交换等特点，已经成为现代通 信网中的最主要的通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统。 EDA技术 EDA技术简介 什么叫EDA技术？由于它是一门迅速发展的新技术
14、，涉及面广，内容丰富， 人们的理解各异，目前尚无统一的看法。EDA技术有狭义的EDA技术和广义的 EDA技术之分。 狭义的EDA技术，就是指以大规模可编程逻辑器件为设计载体，以硬件描 述语言为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程逻辑器件的开 发软件及实验开发系统为设计工具，通过有关的开发软件，自动完成用软件方式 设计的电子系统到硬件系统的逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合及优化、 逻辑布局布线、逻辑仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射、编译 下载等工作，最终形成集成电子系统或专用集成芯片的一门新技术，或称 IES/ASIC自动设计技术n。 广义的EDA技术，除了狭义
15、的EDA技术外，还包括计算机辅助分析CAA技术， 印刷电路板计算机辅助设计PCBCAD技术。在广义的EDA技术中，CAA技 术和PCB-CAD技术不具备逻辑综合和逻辑适配的功能，因此它不能称为真正 意义上的EDA技术。 EDA技术的特点 利用EDA技术进行电子系统的设计，具有以下几个特点： 用软件的方式设计硬件 用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的.开发软件自动完成的 3. 设计过程中可有关软件进行各种仿真 4. 系统可现场编程，在线升级 5. 整个系统可集成在一个芯片上，体积小、功耗低、可靠性高 6. 从以前的“组合设计”转向真正的“自由设计” 7. 设计的移植性好，效率高 8.
16、非常适合分工设计，团体协作。因此，EDA技术是现代电子设计的发展趋势 EDA技术的应用形式 随着EDA技术的深入发展和EDA技术软硬件性能价格比的不断提高，EDA 技术应用将向广度和深度两个方面发展13。根据利用EDA技术所开发的产品的 最终主要硬件构成来分，EDA技术的应用发展将表现为如下几种形式： (1) FPGA系统：使用EDA技术开发FPGA,使自行开发的FPGA作为电子 系统、控制系统、信息处理系统的主体。 “FPGA+MCU”系统：使用EDA技术与单片机相接结合，使自行开发的 FPGA+MCU作为电子系统、控制系统、信息处理系统的主体。 “FPGA+专用DSP处理器”：将EDA技术与DSP专用处理器配合使用， 使自行开发的“FPGA+专用DSP处理器”，构成一个数字信号处理系统的整体。 基于FPGA实现的现代的DSP系统：基于SOPC技术、EDA技术与FPGA 技术实现方式的现代的DSP系统。 基于FPGA实现的SOC片上系统：使用大规模的FPGA实现的，内含一 个或数个嵌入式CPU或DSP，能够实现复杂系统功能的单一芯片系统。 基于FPGA实现的嵌入式系统：使用FPGA实
