新型数据格式转换的FPGA实现

基于FPGA的二进制代码转换电路的设计与实现【摘要】通过对可编程逻辑器件FPGA基础知识的学习，以此平台进行二进制代码转换电路的设计与实现，并使用QuartusII软件进行仿真实验测试，验证了系统的正确性。

与传统二进制代码转换电路相比，使用FPGA来进行二进制代码转换电路能够显著缩短设计的时间、减少外围电路的数量、降低开发成本、提高系统的可靠性，达到快速上市和降低成本的要求。

【关键词】EDA；FPGA；Quartus II；二进制代码转换一、设计目的及意义熟练掌握数字电路基本知识及逻辑器件的设计，掌握Verlog硬件编程语言的基本语法和简单实例操作，掌握在QuartusII的软件平台上进行逻辑设计的基本输入方法，掌握设计实验项目的编译、仿真、波形分析等。

通过EDA综合实验设计，从电路的设计到在EDA软件上的编译通过和运行，增强了从事电路设计的信心和专业水平。

二、设计原理1.8421BCD码和余3码8421BCD码是最基本的和最常用的BCD码，它和四位自然二进制码相似，各位的权值为8、4、2、1，故称为有权BCD码。

即用0000～1001分别代表它所对应的十进制数，将一个四位输入的8421BCD码转化为一个四位输出的余3码，由于8421BCD码不会出现1010～1111六种状态，所以把它们视为无关项。

根据两种BCD码的编码关系，其真值表如下：2.格雷码在数字系统中只能识别0和1，各种数据要转换为二进制代码才能进行处理，格雷码是一种无权码，采用绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。

格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因为，自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。

它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。

采用FPGA实现FFT算法随着数字技术的快速发展，数字信号处理已深入到各个学科领域。

在数字信号处理中，许多算法如相关、滤波、谱估计、卷积等都可通过转化为离散傅立叶变换(DFT)实现，从而为离散信号分析从理论上提供了变换工具。

但DFT计算量大，实现困难。

快速傅立叶(FFT)的提出，大大减少了计算量，从根本上改变了傅立叶变换的地位，成为数字信号处理中的核心技术之一，广泛应用于雷达、观测、跟踪、高速图像处理、保密无线通信和数字通信等领域。

目前，硬件实现FFT算法的方案主要有：通用数字信号处理器(DSP)、FFT专用器件和现场可编程门阵列(FPGA)。

DSP具有纯软件实现的灵活性，适用于流程复杂的算法，如通信系统中信道的编译码、QAM映射等算法。

DSP完成FFT运算需占用大量DSP的运算时间，使整个系统的数据吞吐率降低，同时也无法发挥DSP软件实现的灵活性。

采用FFT专用器件，速度虽能够达到要求。

但其外围电路复杂，可扩展性差，成本昂贵。

随着FPGA发展，其资源丰富，易于组织流水和并行结构，将FFT实时性要求与FPGA器件设计的灵活性相结合，实现并行算法与硬件结构的优化配置，不仅可以提高处理速度，并且具有灵活性高。

开发费用低、开发周期短、升级简单的特点。

针对某OFDM系统中FFT运算的实际需要，提出了基于FPGA的设计来实现FFT算法，并以16位长数据，64点FFT为例，在Quartus Ⅱ软件上通过综合和仿真。

2 FFT原理及算法结构FFT是离散傅立叶变换(DFT)的快速算法。

对于N点离散的有限长时问序列x(n)，其傅里叶变换为：完成N点的DFT需要N2次复数乘法和N(N-1)次复数加法。

点数大时，计算量也大，所以难以实现信号的实时处理。

FFT的基本思想是利用旋转因子WN的周期性、对称性、特殊性以及周期N的可互换性，将长度为N点的序列DFT运算逐次分为较短序列的DFT运算，合并相同项，大大减少了计算量。

基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计基于FPGA和W5500的串口数据切换系统研究与设计摘要：串口作为一种常见的通信接口，在嵌入式系统中广泛应用。

本文基于FPGA（Field Programmable Gate Array）和W5500芯片，设计了一种串口数据切换系统。

该系统能够实现多个串口的数据交换和切换操作，并具备高速传输和稳定性。

关键词：FPGA，W5500，串口，数据切换1. 引言串口是一种用于在设备之间进行数据传输的通信接口，在各种嵌入式系统中得到广泛应用。

然而，常见的串口接口数量有限，无法满足复杂系统对多串口的需求。

为了解决这一问题，本文提出了一种基于FPGA和W5500芯片的串口数据切换系统。

2. FPGA和W5500芯片简介2.1 FPGAFPGA是一种可编程逻辑器件，可以根据需求进行编程，实现不同的电路功能。

其灵活性和高度可定制性使得FPGA成为嵌入式系统设计的重要工具。

2.2 W5500芯片W5500是一种以太网控制器，其集成了MAC（Media Access Control）和PHY（Physical Layer）功能。

该芯片能够实现高速数据传输，并支持TCP/IP协议栈。

3. 系统设计3.1 硬件设计本系统使用FPGA作为核心控制器，通过FPGA与多个串口通信。

为了实现数据切换，本文引入W5500芯片，利用其高速传输和稳定性，实现串口数据的交换和切换。

具体的硬件设计包括FPGA和W5500的连接，以及串口与W5500的连接。

3.2 软件设计本系统的软件设计主要包括FPGA的逻辑设计和W5500的驱动程序设计。

FPGA的逻辑设计根据具体需求，编写程序实现串口数据的交换和切换。

W5500的驱动程序设计则包括数据的接收和发送等功能。

4. 系统性能测试为了验证本系统的性能，对其进行了多方面的测试。

首先，测试系统能够稳定运行并实现串口数据的交换和切换。

其次，测试系统的数据传输速度和实时性，确保系统能够满足实际应用的需求。

一种基于FPGA的接口电路设计来源:大比特半导体器件网摘要：在航空电子系统中，经常需要对1553B总线和ARINC429总线进行双向数据转换以适应不同电子设备的接口要求。

由于两种总线标准传输协议不同，传输速率和数据格式有较大差异，常规系统需要多种专业数据转换芯片以满足数据转换要求。

本文介绍一种基于FPGA的通用数据转换模块设计。

引言在航空领域，1553B总线和ARINC429总线是应用较为广泛的两种总线标准，载机航电系统较多应用1553B总线，而机载武器系统则较多应用ARINC429总线，作为武器系统和航电系统通信控制中介的发射装置则需对两种总线标准进行数据转换。

现将两种总线数据格式进行简单介绍。

1)GJB1553B总线简介GJB1553B数据总线采用Manchester编码解码协议，以异步、命令/响应方式执行数据传输，通常采用半双工方式，其传输速率为1Mbit/s.Manchester码与常用的不归零码(NRZ)的编码不同，在电路中，NRZ 码的“0”用低电平表示;Manchester码的“0”用由低到高的电平跳变表示。

同理，NRZ码的“1”用高电平表示;Manchester码的“1”用由高到低的电平跳变表示。

在实际应用中采用差分Manchester码。

差分Manchester 码与不归零(NRZ)的波形对照如图1所示。

2)ARINC 429 简介ARINC429总线是目前应用较多的机载航空总线之一，它是一种单向是一种单向广播式总线，其信息传输速率为12.5~100kbit/s[2].ARINC429规定数据传输采用双极性归零码(如图2所示)，即调制信号有“高”、“零”、“低”状态组成，传输介质为双绞屏蔽电缆。

1 基于FPGA的转换电路硬件设计数据转换核心工作是对各种总线标准的数据进行编解码。

在传统数据转换电路中，一般先由各种总线标准的专业编辑码芯片对数据进行编解码，再对数据进行处理，传统的转换电路设计较为简单，但功耗较高，可编程逻辑的资源未能充分利用。