PPM即Pulse Position Modulation（脉冲位置调制），利用脉冲的相对位置来传递信息的一种调制方式。在这种调制方式中，数据能够高速的传递。本文就来详细介绍一下PPM解码器。
1、PPM的功能描述
输入信号
- clk，时钟周期为0.59us
- rst，异步复位信号，低电平有效
- din，输入的PPM编码后的数据
输出信号
- [7:0] dout，PPM解码后的8位数据
- d_en，输出数据有效标志，高电平有效，持续一个时钟周期
- f_en，帧头检测有效标志，高电平有效，持续一个时钟周期
2、PPM的功能分析
计数器用来控制时序，移位寄存器用来暂存数据，状态机用来进行状态转换。
2.1计数器
时钟的周期是0.59us，而输入的每一位数据宽度为9.44us=0.59us※16，解码2bit的数据需要的时间为75.52us=0.59us※128，解码一个完整的8位数据，需要302.08us=75.52us※4。基于以上分析，我们可以设置3个计数器来控制数据的采样。
- count0，0~15，每16个时钟周期采一位din信号。
- count1，0~7，解码2bit需要采到8位din信号。
- count2，0~3，完成一个完整的8位信号，需要解码2bit数据4次。
2.2移位寄存器
我们要对输入数据的8位数据进行判读，就要求我们对数据进行暂存。这里我们采用移位寄存器对输入数据进行暂存。与此同时，输出的8bit数据是2bit数据输出累加到8bit，所以我们也需要移位寄存器对输出数据进行暂存。
- [7:0] reg1，对输入的数据进行移位操作，{reg1[6:0],din}。
- [7:0] reg2，对输出的数据进行暂存，等待8bit移满，就进行数据的输出，{2'b11,reg2[7:2]}，{2'b00,reg2[7:2]}，{2'b10,reg2[7:2]}，{2'b01,reg2[7:2]}。
2.3状态机
在传送数据的时候，主要有两个状态。要么是收到帧头解码数据，要么是没有收到帧头不进行解码。
- S0，表示没有收到帧头，处于未工作状态。
- S1，表示收到帧头，开始进行解码。
注：以上电路图和状态转移图的判断条件有所简化。
具体代码如下：
module PPM(
clk,
rst,
din,
dout,
d_en,
f_en);
input clk,rst;
input din;
output [7:0] dout;
output d_en,f_en;
reg [7:0] dout;
reg d_en,f_en;
reg [3:0] count0;
reg [2:0] count1;
reg [2:0] count2;
reg [7:0] reg1;
reg [7:0] reg2;
reg cs,ns;
parameter SOF=8'b01111011,
EOF=4'b1101,
d_00=8'b10111111,
d_01=8'b11101111,
d_10=8'b11111011,
d_11=8'b11111110,
S0=1'b0,
S1=1'b1;
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
cs<=S0;
else
cs<=ns;
end
always@(cs or count0 or count1 or reg1)
begin
case(cs)
S0:begin
if((count0==15)&&(reg1==SOF))
begin
ns=S1;
f_en=1'b1;
end
else
begin
ns=S0;
f_en=1'b0;
end
end
S1:begin
if((count0==15)&&(count1==3)&&(reg1[3:0]==EOF))
begin
ns=S0;
f_en=1'b0;
end
else
begin
ns=S1;
f_en=1'b0;
end
end
default:begin
ns=ns;
f_en=1'b0;
end
endcase
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
begin
count0<=0;
reg1<=8'b00000000;
end
else
begin
if(count0==15)
begin
reg1<={reg1[6:0],din};
count0<=0;
end
else
count0<=count0+1;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
count1<=0;
else
begin
if(cs==S1)
if(count0==15)
if(count1==7)
count1<=0;
else
count1<=count1+1;
else
count1<=count1;
else
count1<=0;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
count2<=0;
else
begin
if((count0==15)&&(cs==S1)&&(count1==7))
if(count2==3)
count2<=0;
else
count2<=count2+1;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
d_en<=0;
else
begin
if((count0==15)&&(count1==7)&&(cs==S1)&&(count2==3))
d_en<=1;
else
d_en<=0;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
reg2<=8'b00000000;
else
begin
if(cs==S1)
if((count0==15)&&(count1==7)&&(count2<=3))
begin
case(reg1)
d_00:reg2<={2'b00,reg2[7:2]};
d_01:reg2<={2'b01,reg2[7:2]};
d_10:reg2<={2'b10,reg2[7:2]};
d_11:reg2<={2'b11,reg2[7:2]};
default:reg2<=reg2;
endcase
end
else reg2<=reg2;
else reg2<=0;
end
end
always@(posedge clk or negedge rst)
begin
if(!rst)
dout<=0;
else
begin
if((d_en)&&(cs==S1))
dout<=reg2;
else if (cs==S0)
dout<=0;
end
end
endmodule 对以上代码做如下说明：
用拼接符号{}实现了移位寄存器，在使用拼接符号时一定要指定每一个元素的位宽。在位拼接表达式中不允许存在没有指明位数的信号。
3、testbench的编写
我们下面举一个例子来说明用文件读入的方法对存储器赋值。
先定义一个有256个地址的字节存贮器
reg [7:0] mem[40:0]; 地址为0~40，一个地址上存放着8bit的数据
利用文件读入的方法对men赋值
- initial $readmemb("mem.txt",mem);
以二进制的方式读取mem.txt中的数据到mem中。 - initial $readmemh("mem.txt",mem,16);
以十六进制的方式读取mem.txt中的数据到mem[16]-mem[40]。 - initial $readmemh("mem.data",mem,23,1);
以十六进制的方式读取mem.txt中的数据到mem[23]-mem[1]。
对读入文件做几点说明
- 不同地址的数据以空格键或者回车键结束，从mem[0]开始读入数据。
- 对一个地址的数据读入是从高位开始的，即从mem[0][7]开始读入mem.txt中的第一个数据，第一位地址的第7个元素为mem[1][7]=0 。
- 对读入文件的命名规则，比如.txt文件名为mem，那么读入文件名应该为“mem.txt”。
- 在Verilog中支持的文件路径格式为
C:/Users/XQ/Desktop/mem.txt，而不是传统Windows底下的C:\Users\XQ\Desktop\mem.txt。 必须在run xx ns以后才能对存储器进行复制，初始的存储器的值都为xx。
下面是一个名为mem的txt文件：00000000 //无效输入 01111011 //帧头 10111111 //"00" 11101111 //"01" 11111011 //"10" 11111110 //"11"输出数据e4 11111011 //"10" 11111110 //"11" 10111111 //"00" 11101111 //"01"输出数据4e 11010000 //帧尾 00001100 01111011 //帧头 11111011 //"10" 11111110 //"11" 10111111 //"00" 11101111 //"01"输出数据4e 11111110 //"11" 11101111 //"01" 11111011 //"10" 11111110 //"11"输出数据e7 10111111 //"00" 11101111 //"01" 11111110 //"11" 11101111 //"01"输出数据74 11010010 //帧尾 11010010 01111011 //帧头 10111111 //"00" 11101111 //"01" 11111011 //"10" 11111110 //"11"输出数据e4 10111111 //"00" 11101111 //"01" 11111011 //"10" 11111110 //"11"输出数据e4 11111011 //"10" 11111110 //"11" 10111111 //"00" 11101111 //"01"输出数据4e 11010000 //帧尾
tb文件代码如下：
`timescale 1ns/1ns
module PPM_top;
reg clk,rst;
reg din;
wire [7:0]dout;
wire d_en,f_en;
reg [7:0] mem[40:0];
integer i,j;
initial
begin
$readmemb("C:/Users/XQ/Desktop/mem.txt",mem);
for(i=0;i<41;i=i+1)
for(j=7;j>=0;j=j-1)
begin
#9440
din=mem[i][j];
$display("mem[%0d][%0d]=%b",i,j,mem[i][j]);
end
end
always
#295 clk=~clk;
initial
begin
clk=0;
rst=1;
#200
rst=0;
#259
rst=1;
end
PPM ut1(
.clk(clk),
.rst(rst),
.din(din),
.d_en(d_en),
.f_en(f_en),
.dout(dout)
);
endmodule注：reg类型的数据默认为是无符号的数，若reg [7:0] j那么在j=j-1中就不会出现负数,而是0-1=8'b11111111=255；若integer [7:0] j那么就会出现0-1=-1，正好符合我们的本意。采用integer配合FOR语句，行数比较少，但是integer不能综合，只能用来仿真。