通過對可編程邏輯器件CPLD用VHDL語言進行編程，實現編碼譯碼過程，本設計采用HDB3碼對可編成邏輯器件進行編程。

1 CPLD相關內容及信道編解碼

CPLD(Complex Programmable Logic Device)是復雜可編程邏輯器件的簡稱，它是20世紀90年代初期出現的高密度可編程邏輯器件，采用E2CMOS工藝制作，一般由三種可編程電路組成，即可編程邏輯宏單元，可編程輸入/輸出單元和可編程內部連線。它可利用EDA技術中的MAX+ PLUS2作為開發工具，將設計的電路圖或硬件描述語言編寫的程序綜合成網表文件寫入其中，制成ASIC芯片。CPLD的突出優點是可反復編程，集成度非常高，數據速率快，同時具有較大的靈活性。

2 編碼器的VHDL建模與程序設計

2.1 HDB3碼編碼規則

HDB3碼是AMI碼的改進型，稱為三階高密度雙極性碼，它克服了AMI碼的長連0串現象。HDB3碼的編碼規則為先檢查消息代碼(二進制)的連0串，若沒有4個或4個以上連0串，則按照AMI碼的編碼規則對消息代碼進行編碼；若出現4個或4個以上連0串，則將每4個連0小段的第4個0變換成與前一非0符號(+1或-1)同極性的V符號，同時保證相鄰Y符號的極性交替(即+1記為+V，-1記為-V)；接著檢查相鄰V符號間非0符號的個數是否為偶數，若為偶，則將當前的V符號的前一非0符號后的第1個0變為+B或-B符號，且B的極性與前一非0符號的極性相反，并使后面的非0符號從V符號開始再交替變化。

2.2 HDB3編碼器的VHDL建模與程序設計

HDB3碼的VHDL建模思想是在消息代碼的基礎上，依據HDB3編碼規則進行插入“V”符號和“B”符號的操作，且用2位二進制代碼分別表示。最后完成單極性信號變成雙極性信號的轉換。其編碼模型如圖1所示。

信道編解碼器的設計與實現" src="http://files.chinaaet.com/images/20110530/6fffbf6b-6f0c-4aa2-b7e9-09155af419aa.jpg" />

2.2.1 插“V”模塊的實現

插“V”模塊主要是對消息代碼里的四連0串的檢測，即當出現四個連0串的時候，把第四個“0”變換成符號“V”，用“11”標識。“1”用“01”標識，“0”用“00”標識。實現的VHDL結構代碼如arty：

2.2.2 插“B”模塊的實現

插“B”模塊的建模思路是當相鄰“V”符號之間有偶數個非0符號時，把后一小段的第1個“0”變換成一個“B”符號。可用一個4位的移位寄存器來實現延遲，這樣經插“V”處理過的碼元，可在同步時鐘的作用下同時進行是否插“B”的判決，等到碼元從移位寄存器里出來的時候，就可以決定是應該變換成“B”符號，還是照原碼輸出。輸出端用“11”表示符號“V”，“01”表示“1”碼，“00”表示“0”碼，“10”表示符號“B”。VHDL的結構代碼如artb：

2.3 單極性變雙極性的實現

因為經過插“B”模塊后，“V”、“B”、“1”已經分別用雙相碼“11”、“10”、“01”標識。“0”用“00”標識。而在實際應用中，CPLD或FPGA端口的輸出電壓只有正極性電壓，且在波形仿真中也只有“+1”和“0”，而無法識別“-1”。所以要得到所需HDB3編碼的結果，需定義“00”、“01”、“10”來分別表示“0”、“-1”、“+1”。可將插“B”模塊后輸出的“00”、“01”、“10”、“11”組合轉換為“00”、“01”、“10”組合，再通過“00”、“01”、“10”控制四選一數字開關的地址來選擇輸出通道，就可以實現0、-B、+B。本設計使用CC4052的一組通道作為四選一數字開關，從而將CPLD或FPGA目標芯片的標識性輸出轉換成雙極性信號，最終實現HDB3非歸零編碼。

2.4 HDB3編碼器的仿真

在此，以四連“0”的可能性通過多“0”消息代碼進行分析，并利用EDA工具對VHDL源程序進行編譯、適配、優化、邏輯綜合與仿真。仿真結果顯示其完全可以達到編碼要求。而將HDB3編碼硬件描述下載到CPLD或FPGA目標芯片中，然后連接好CC4052進行實際應用測試(用示波器測得)的編碼波形如圖2所示。

3 實驗結果

利用QUARTUS2開發工具進行編譯和仿真，HDB3碼器仿真波形如圖3所示。

4 結論

本設計主要是通過用VHDL語言對可編程邏輯器件CPLD進行控制，基于Altera公司的Quartus X軟件開發平臺，以原理圖和VHDL語言方法混合輸入設計，實現了信道編碼、HDB3碼和卷積碼的編解碼過程。該設計方案與專用的基帶傳輸碼型編碼芯片相比，有以下優勢：體積小，集成度高，開發周期短，設計過程簡單便捷，運行速度快，使用方便，成本低。本文設計的編碼器能夠彌補專用基帶傳輸碼型編碼芯片的不足，具備一定的工程應用價值。