实验一 汉字编码与校验设计实验

这次实验利用logisim进行设计,进行了以下这四个实验,其中分为汉字国标码转区位码实验、汉字机内码获取实验、海明编码电路设计与海明解码,实验报告分为四个部分,在这四个部分中依次对四个实验的方案设计,设计思路进行了介绍

1 汉字国标码转区位码实验

1.1设计要求

这个实验基于logisim软件进行设计,实验要求在对应电路中完成国标码转区位码的子电路设计,当汉字显示能够正确显示“华”,说明实验正确。

1.2方案设计

1.2.1 设计思路

国标码GB2312采用了94×94=8836的二维矩阵对字符中的所有汉字字符进行编码,,采用十进制表示,所有字符都在矩阵中有唯一位置,这个位置可以用区号和位号组合表示,称为汉字的区位码,他们可以互相转换:区位码+A0A0H=GB2312,所以区位码=GB2312-A0A0H,由此可以得出设计思路,实验要求用加法器实现,并且输出区号和位号,因此对于输入端的另一个输入应该为A0A0H变补后的字节。

1.2.2 设计原理

通过上面的设计思路,我们可以完成下面电路的设计,输入端的另一个输入为A0A0H变补后的字节,可以直接用DEF0来作为A0A0H通过求补器送到输入端的字节,因为A0A0变补后是5F60H,两个字节最高位都+1,就是DFE0。但最高位在取区位码的时候没有使用(区号和位号最高位永远是0)区号位号最大都是94,7位二进制编码即可,最高位无用,因此效果一样。并且直接填def0的话,实验设计较将A0A0H求补相比,更为简单

1.2.3 实验图片

使用上面的设计思路与设计原理来进行电路的连接,这题连接其实较为简单

图1.1 2020051041 初始图片

图 1.2 2020051041 总体结构图

1.3实验步骤

  1. 实验文件data.circ与GB2312ROM.circ需要先放在同一个目录下,因为实验中调用了B2312ROM.circ的电路,不放在一起的话,会出现测评错误:系统提示找不到GB2312ROM.CIRC
  2. 将实验初始的元器件进行正确的连接,位号与区号,连接在输出端,GB2312连接在输入端
  3. 在输入端连接一个常量def0,常量不能输入十六进制数,因为常量默认输入十进制,所以需要增加0x开头

图1.3 2020051041 常量改后的值

1.4故障与调试

1.4.1接口位宽不匹配

故障现象:数据位宽不匹配

图 1.4 错误处截图
原因分析:,开始直接在输入端连的常量,数据位宽为1,和接口数据不匹配,需要进行修改
解决方案:将此常量的数据位宽改为16,并且值改为0xdef

1.5 测评结果

图1.5 代码与电路在头歌平台进行测评,结果正确

2 汉字机内码获取实验

2.1设计要求

使用logisim软件,在电路中的ROM存储器中存入题目所给的指定句子,该电路中计数器用于自动生成存放汉字 GB2312 编码的 ROM 组件的地址序列,启用时钟自动仿真后,右侧的 LED 矩阵区域会依次显示ROM中的事先预存的汉字内容

2.2方案设计

2.2.1 设计思路

这题的要求是,将“12345ABCDEFGabcdefg轻轻的我走了,正如我轻轻的来;我轻轻的招手,作别西天的云彩。那河畔的金柳,是夕阳中的新娘;波光里的艳影,在我的心头荡漾”的汉字转为机内码,这一块可以用网上在线的工具进行转码,然后对只读存储器进行编辑,其他部分都不需要进行改动,实验还是较为简单的

2.2.2 设计原理

有时汉字信息如果不进行特别标识,会与单字节的ASCII码混淆,因此解决方法之一是将一个汉字会被看成两个括展的ASCII码,使表示GB2312汉字的两个字节最高位都为1,这种高位为1的双字节汉字编码即为机内码。因此其实GB2312的汉字可以直接被机内码表示,使得这题的实验其实最重要的就在于汉字转为机内码的那一步,而并且有一关键点为每一个时钟,要正确实现一个汉字,原理还包括将数据存入ROM存储器中

2.2.3 实验图片

图2.1 2020051041 初始图片

图2.2 2020051041 转码

图2.3 2020051041 存储位置

图2.4 2020051041 在存储器中存储的机内码

图2.5 2020051041 成功运行

2.3实验步骤

1)先确认上一个实验正确完成,因为两个实验环环相扣,汉字机内码获取实验,是基于汉字国标码转区位码的实验进行的
2)将题目要求转换的字码复制,通过在线编译软件进行转码
3)复制第二步所获得阶码,将其粘贴到可读存储器中,并进行保存
4)保存成功后,点击时钟按钮进行测评

2.4故障与调试

2.4.1 结果输出不正确

故障现象:在对可读存储器中进行数据编辑后,点击时间按钮进行仿真,右侧LED矩阵无法正确显示实验结果

图2.6 2020051041 右侧LED矩阵没有正确输出

原因分析:再次检查本次实验页面,发现并没有问题出现,由此可得,问题可能出现在之前的实验当中,后面发现的确是第一个实验当中,存在问题,使得基于第一个实验的本次实验无法正常运行
解决方案:将第一题问题解决(问题为:接口数据不匹配),改正完之后,实验正确

2.4.2 数据结果输出太快

故障现象:不需要点击时钟信号,LED矩阵自己会跳动,输出正确结果,但输出频率太快

图2.7 2020051041 调为时间连续后,矩阵变化太快

图2.8 2020051041 如何调节时间频率大小

原因分析:当时自己调节电路仿真模块为时钟连续,可能频率调节过于大,使得输出速度过快
解决方案:其实采用电路自动仿真,将时钟调为连续的话,的确会比较方便,因为这样就不需要自己点击时钟信号了,可以直接看到LED矩阵的变化,但是需要将时间频率调好

2.5 测评结果

在进行改进后,系统能够正常运行,并且LED矩阵自动改变不会过于快,速度适中。

图2.9 2020051041 正常运行

图2.10 2020051041 头歌测评通过

3 海明编码电路设计

3.1设计要求

要求掌握海明编码的原理与设计,了解如何其编码的原理,以及如何进行分组,还需要认识到校验位的逻辑思路,完成最终电路的设计与运行

3.2方案设计

3.2.1 设计思路

首先先要了解到实验的原理,了解其是如何分组的,设计出22位的海明编码(16位原始数据+5位海明检验位+1位总的奇偶校验位),然后对题目所给出的海明码进行分组,之后对于分组完成的电路进行连接,连接完成后便可以进行运行

3.2.2 设计原理

1) 编码原理

实验要求设计出22位的海明编码(16位原始数据+5位海明检验位+1位总的奇偶校验位),但其只给出了16位的原始数据,因此只需要设计出五位海明校验位的电路与总奇偶校验位的电路,便可以实现编码这个过程

2) 分组原理

那么五位海明校验码是如何实现的呢,首先就要了解如何计算五位海明校验位
K+n<=2t-1,此时k=16,r=5(有五位校验位),因此总的数据位数有16+5+1=22位。设此时校验位为Pi(i=1,2,3,4,5),分别位于22位数据的第2(i-1)的位置上,故分别位于第1,2,4,8,16位上。
而对于这个校验码分完后的答案是什么呢
B1:P1,P2(3=1+2)
B2:P1,P3(5=1+4)
B3:P2,P3
B4:P1,P2,P4
B5:P1,P4
B6:P2,P4
B7:P1,P2,P4
B8:P3,P4
B9:P1,P3,P4
B10:P2,P3,P4
B11:P1,P2,P3,P4
B12:P1,P5
B13:P2,P5
B14:P1,P2,P5
B15:P3,P5
B16:P1,P3,P5

图3.1 2020051041 自己做的记录

图3.2 2020051041 全22位海明码

3) 校验位逻辑与电路设计

图3.3 2020051041 分组后结果

3.2.3 实验图片

图3.4 2020051041 实验引脚设计

图3.4 2020051041 实验画图

3.3实验步骤

1)先对16位原始数据进行分组,设置五位的海明校验位和1位总的奇偶校验位,之后进行集合
2)对其进行分组集合后的P1-P5进行连接,然后再对所有的数据进行连接,获得总奇偶校验码
3)连接完成后,运行电路

3.4故障与调试

3.4.1 结果输出不正确

故障现象:输出极其奇怪,就不只什么0,1;还有E这种输出

图3.5 2020051041 输出结果

原因分析:再次检查本次实验页面,发现并没有问题出现,再和老师交流之后,发现可能是输出引脚在编辑时,一不小心改装了引脚,使得结果输出变得奇怪,此错误和电路连接设计那一块没有相关问题
解决方案:全部重装一次,等于重做,之后答案输出正确

3.5 测评结果

改正问题后,实验输出正确,并且能够在头歌网上正确运行

图3.5 2020051041 头歌评测结果

4 海明解码电路设计

4.1设计要求

实验要求我们对22位海明编码进行解码成原来的16位,且判断是否出错,有一位错,两位错,还有无错。对于发生错误的地方,我们需要对其要进行纠正。使得最后输出结果正确

4.2方案设计

4.2.1 设计思路

对于此题,我们需要先了解海明码的解码原理,例如检错码是如何设计并且进行分组的,而检错码又有什么作用,错误逻辑和纠错原理是什么,我们在了解到上面的原理之后,还需要运用上述原理,然后对于电路进行设计,使得可以完成题目要求的内容,通过头歌网的测试

4.2.2 设计原理

  1. 检错码原理与作用
    检错码:一种编码。指在传输过程中发生错误后,在接收端能自动检查并发现错误的编码。
    海明码的检错、纠错基本思想是将有效信息按某种规律分成若干组,每组安排一个校验位进行奇偶性测试,然后产生多位检测信息,并从中得出具体的出错位置,最后通过对错误位取反(也是原来是1就变成0,原来是0就变成1)来将其纠正。
    要采用海明码纠错,需要按以下步骤来进行:
    计算校验位数,确定校验码位置,确定校验码,实现校验和纠错
    而对于这道题来说,我们在上一个实验,也就是编码实验中已经标注好了数据位与检错位,因此只需要分组就ok

图4.1 2020051041 分组成果

  1. 错误逻辑原理与设计
    根据刚检错码的设计原理,当G1G2G3G4G5=0,G6=0时,表示数据没有出错
    当G5G4G3G2G1!=0,G6=1时,表示发生一位数据出错
    当G5G4G3G2G1=0,G6=1,表示该奇偶校验位出错,即发生一位出错
    当G5G4G3G2G1!=0,G6=0,表示发生两位数据出错

4.2.3 实验图片

图4.2 2020051041 题目要求输出输入引脚

图4.3 2020051041 题目要求提示

图4.4 2020051041 电路连接

图4.5 2020051041 电路连接

4.3实验步骤

1)根据上一个实验的基础,将G21G2G3G4G5G6进行分组,检查分组正确后,对其电路进行连接
2)连接完成后,进行测评,不只是分组电路需要连接,其实更为重要的是检错电路
3)检查完成后,用头歌网进行测评

4.4故障与调试

4.4.1 结果输出不正确

故障现象:输出结构及其奇怪,类似于上题的错误
原因分析:再次检查本次实验页面,发现并没有问题出现,再和老师交流之后,发现可能是输出引脚在编辑时,一不小心改装了引脚,使得结果输出变得奇怪,此错误和电路连接设计那一块没有相关问题,错误原因也和上题一样
解决方案:全部重装一次,等于重做,之后答案输出正确

4.4.1 位宽不匹配

故障现象: 位宽不匹配,无法正常运行

图4.5 2020051041 错误图片

原因分析:位宽可能设定错误,重新再设一遍
解决方案:将连线出数据位改完后,答案正确
4.5 测评结果
改正问题后,实验输出正确,并且能够在头歌网上正确运行

图4.6 2020051041 头歌测评结果

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