基于FPGA的二进制代码转换电路的设计与实现

周庆芳

【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。另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫格雷反射码或循环码。下表为几种自然二进制码与格雷码的对照表：

三、仿真

在仿真工具窗口中可以选择时序仿真或功能仿真，指定仿真波形文件的位置等操作，如图所示。

结果分析：模拟结果与结果一致，此仿真成功。

四、总结

本文通过更新数字系统设计手段，使用硬件描述语言代替传统的数字电路设计方法来设计数字系统，减少了在硬件电路连接上所面临的线路太多，不易检查等问题，同时降低了实验的成本，提高了实验和工程的效率。改善了二进制代码转换电路输入输出特性，满足二进制代码转换电路的基本原理和核心算法，实现了设计要求。