漢明碼編解碼原理

A. 電子技術文獻綜述

電子技術文獻綜述

電子技術是根據電子學的原理，運用電子元器件設計和製造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學，包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。下面是我精心整理的電子技術文獻綜述，希望對你有幫助!

摘要：本文講述了一種基於VHDL設計密碼鎖的原理和方法，這種密碼鎖具有安全性高，成本低，操作簡單等特點。以下是幾位專家用VHDL語言解決和設計的密碼鎖的方案以及實例描述。

關鍵詞：VHDL 密碼鎖

前言：隨著社會的發展和人們生活水平的提高，人們的安全意識也逐漸加強。密碼鎖以安全性高，成本低等優點受到越來越多人的歡迎。VHDL語言覆蓋面廣，描述能力強，所以採用VHDL語言所設計的密碼鎖更是受到絕大多數的人的接受和歡迎。

正文：

1.vhdl

1.1 vhdl語言的概念及特點

VHDL的英文全名是Very-High-Speed Integrated Circuit HardwareDescription Language,誕生於1982年。1987年底，VHDL被IEEE和美國國防部確認為標准硬體描述語言 。自IEEE公布了VHDL的標准版本，各EDA公司相繼推出了自己的VHDL設計環境，或宣布自己的設計工具可以和VHDL介面。此後VHDL在電子設計領域得到了廣泛的接受，並逐步取代了原有的非標準的硬體描述語言。在電子工程領域，已成為事實上的通用硬體描述語言。有專家認為，在新的世紀中，VHDL語言將承擔起大部分的數字系統設計任務。除了含有許多具有硬體特徵的語句外，VHDL的語言形式和描述風格與句法是十分類似於一般的計算機高級語言。VHDL的程序結構特點是將一項工程設計，或稱設計實體，分成外部和內部，既涉及實體的內部功能和演算法完成部分。在對一個設計實體定義了外部界面後，一旦其內部開發完成後，其他的設計就可以直接調用這個實體。這種將設計實體分成內外部分的概念是VHDL系統設計的基本點。

1.2 vhdl語言出現的背景

一種硬體描述語言廣義地說是描述電子實體的語言，比如說邏輯圖,電路圖等。但是由於一些大規模電路的出現，邏輯圖，布爾方程已經不太適用，因此需要在更高層次上描述系統。期間也出現過多種HDL語言,但都沒有得到大家的人認可，但是也為vhdl語言的`出現奠定了一定的理論及試驗基礎。再後來就出現了vhdl語言。Vhdl語言主要針對的是電路設計等方面。密碼鎖在vhdl中的實現實際上就是vhdl語言在數字電路中的一種應用。

2.以下是幾位專家對基於vhdl語言的密碼鎖設計提出一些看法：

(1). 山東理工大學張雪實驗師針對基於vhdl語言的設計提出了數字密碼鎖的設計的思想，她的觀點是這樣的：

她就普通的密碼鎖做了一些總結，提出了一些普通密碼鎖所存在的缺點，比如說安全性不夠高，無法進行密碼核對等。因此基於這些普通的密碼鎖所存在的問題，她提出了數字密碼鎖的概念，數字密碼鎖是在實際應用中使用得極其廣泛的一種數字電路，他的主要功能時用來對某些重要物品進行加密保護，目的是避免無權人員使用某些設施或進行越權操作。她在文章中介紹的這款密碼鎖主要完成上鎖，密碼輸入，密碼核對，開啟電鎖，密碼修改等功能。詳細說明了該數字密碼鎖的內部結構及其主要功能，講述了數字密碼鎖的模塊劃分極其工作流程。在該數字電路設計中，採用了自頂向下的設計方法，主要目的是對數字系統進行模塊劃分，這樣可以將設計簡化成相對簡單的模塊設計，不同的模塊完成數字系統中某一部分的具體功能。最後還對整個密碼鎖的實現過程做了整體的模擬效果，模擬反饋的結果可以驗證程序設計的可行性與可靠性。該數字密碼鎖的設計過程表明，用vhdl語言可以快速，靈活的設計出符合各種要求的數字密碼鎖，而且操作簡單，稍加修改就可以改變密碼的位數，增強其安全性，且很容易做成ASIC晶元，使設計過程達到高度自動化。

(2).湖南大學胡紅艷工程師針對基於VHDL語言的電子設計又提出了關於智能密碼鎖設計的觀點，她提出的設計理念如下：

隨著社會物質財富的日益增長，安全防盜已成為全社會的問題，彈子鎖由於結構上的局限已難以滿足當前社會管理和防盜要求，電子密碼由於其自身的優勢,越來越受到人們的青睞，但是目前使用的電子密碼鎖大部分是基於單片機用分離元件實現的,其成本較高且可靠性不能得以保證。基於此她介紹了一種利用EDA技術和VHDL語言，在MAX+PLUS2環境下設計的一種新型的智能密碼鎖，首先針對智能密碼鎖的設計提出了一些要求，即該智能密碼鎖的密碼初始化，密碼設定，密碼修改以及輸入密碼的次數進行了嚴格的規定。然後又介紹了該智能密碼鎖的總體結構以及結構中所用控制模塊的簡單工作原理，最後還對該智能密碼鎖進行了誤差分析。設計的這種新型的智能密碼鎖具有密碼預置和誤碼報警等功能,用一片FPGA晶元實現，從而大大簡化了系統結構,降低了成本 提高了系統的保密性和可靠性。這款智能密碼鎖具有體積小，功耗低，價格便宜，安全可靠，維護何升級度十分方便等優點，因此提出它具有較好的應用前景。

(3).西南交通大學的專家曹建國針對基於VHDL語言的電路設計提出了電子密碼鎖的設計與實現，他的見解如下：

針對以前的數字密碼鎖和智能密碼鎖中鎖存在的以下問題，他提出了一些新的觀點，比如說密碼的輸入一般採用機械式何觸摸式兩種鍵盤，機械式鍵盤易產生抖動問題，抖動會造成幀丟失或出錯，這些都會降低圖像或聲音的質量。因此他又提出了可以在系統中加入抖動消除電路的思想。他介紹的是一種基於VHDL設計一種數字電子密碼鎖的原理何方法，該電子密碼鎖所用的開發工具為ISE，還用了模擬工具ModelismSE。首先對該電子密碼鎖的功能進行了描述,主要達到以下的五個功能：數碼輸入，數碼清除，密碼激活，密碼修改，電鎖解除。接著提出了他的設計思路極其原理，對密碼如何輸入，輸出及修改的過程都做了詳細的介紹並且還做了圖形分析。他提出了以 DSP/BIOS操作系統為軟體架構，以 DM642為核心構成了單晶元的多媒體嵌入式硬體平台,採用了最新的 H.264視頻壓縮演算法和基於RTP/RTCP協議的流媒體實時傳輸技術，對網路帶

寬的變化具有較強的自適應能力。設計該電子密碼鎖的過程中所開發的這個系統實現了整個系統的高度集成，開發成本低，並在滿足實時傳輸的同時還提供了很高的圖像顯示質量，具有良好的發展前景。

(4)徐州建築職業技術學院教師劉燎原通過實例來說明利用VHDL 語言實現數字系統的過程。以下是她用VHDL語言實現了漢明碼的編碼和解碼的原理以及部分漢明碼的編碼源程序：

漢明碼是在原編碼的基礎上附加一部分代碼，使其滿足糾錯碼的條件。它屬於線性分組碼，由於漢明碼的抗干擾能力較強 ,至今仍是應用比較廣泛的一類碼。漢明碼可以用數字門電路或移位寄存器等硬體電路來實現 ,但硬體電路搭接電路較復雜且易存在干擾。因此她介紹了採用 VHDL 語言來實現漢明碼的編碼和解碼過程。

下面是她給出的漢明碼的編碼及解碼源程序：

編碼源程序：

LIBRARYieee;

USE ieee. std_logic_1164. ALL ;

ENTITY hamenc IS

PORT (datain : IN BIT_VECTOR 0 TO 3) ;

hamout : OUT BIT_VECTOR (0 TO 7)) ;

END hamenc;

ARCHITECTURE ver2 OF hamenc IS

SIGNAL p0 , p1 , p2 , p4 : BIT;

BEGIN

p0〈= (datain( 0) XOR datain( 1) )XOR datain( 2);

p1〈= (datain( 0 )XOR datain( 1 ) )XOR datain (3);

p2〈= (datain (0) XOR datain( 2)) XOR datain (3 );

p4〈= ( datain( 1) XOR datain (2)) XOR datain (3) ;

hamout (4 TO 7)〈= (p0 , p1 , p2 , p4) ;

hamout( 0 TO 3)〈= datain( 0 TO 3);

END ver2;

解碼源程序：

LIBRARYieee;

USE ieee. std_logic_1164.ALL ;

ENTITY hamdec IS

PORT( hamin : IN BIT_VECTOR( 0 TO 7 ); ———d0 d1 d2 d3p0 p1 p2 p4

dataout : OUT BIT_VECTOR (0 TO 3 ); ———d0 d1 d2 d3

sec , ded , ne : OUT BIT) ; ———diagnostic outputs

END hamdec;

ARCHITECTURE ver1 OF hamdec IS

BEGIN

PROCESS( hamin)

VARIABLE syndrome : BIT_VECTOR (3 DOWNTO 0) ;

BEGIN

syndrome (0) : =((((((( hamin( 0) XOR hamin( 1)) XOR hamin

(2)) XOR hamin (3)) XOR hamin( 4)) XOR hamin (5)) XOR hamin( 6 )) XOR hamin (7)) ;

syndrome (1) : = (((hamin(0) XOR hamin (1) XOR hamin (3)XOR hamin( 5)) ;

syndrome (2) : = (((hamin (0) XOR hamin(2 )XOR hamin (3)XOR hamin (6)) ;

syndrome (3) : =((( hamin (1) XOR hamin (2) XOR hamin (3)XOR hamin (7)) ;

IF (syndrome =「0000」) THEN

ne〈=『1』;

ded〈=『0』;

sec〈=『0』;

Dataout( 0 TO 3) 〈= hamin( 0 TO 3) ;

ELSIF (syndrome (0) =『1』) THEN

ne〈=『0』;

ded〈=『0』;

sec〈=『1』;

CASE syndrome( 3 DOWNTO 1) IS

WHEN「000」|「001」|「010」|「100」=〉

Dataout( 0 TO 3 )〈= hamin( 0 TO 3 ); -

WHEN「011」=〉dataout( 0)〈= NOT hamin (0 );

Dataout(1 TO 3) 〈= hamin (1 TO 3) ;

WHEN「101」=〉dataout (1) 〈= NOT hamin( 1) ;

Dataout( 0) 〈= hamin (0) ;

dataout (2 TO 3) 〈= hamin( 2 TO 3) ;

WHEN「110」=〉dataout( 2) 〈= NOT hamin (2) ;

Dataout( 3 )〈= hamin( 3) ;

Dataout( 0 TO 1) 〈= hamin( 0 TO 1) ;

WHEN「111」=〉dataout (3) 〈= NOT hamin( 3) ;

Dataout( 0 TO 2) 〈= hamin (0 TO 2) ;

END CASE;

ELSIF (syndrome( 0 )= 『0』 AND (syndrome( 3DOWNTO 1) / =「000」 )THEN

ne〈=『0』;

ded〈=『1』;

sec〈=『0』;

dataout (0 TO 3 )〈=「0000」;

END IF;

END PROCESS;

END ver1;

該程序使用 Quartus Ⅱ軟體進行邏輯綜合功能模擬與定時分析。通過時序模擬和下載後 ,觀察波形並進行實際驗證 ,可以正確編碼解碼 ,符合設計要求。本文介紹的基於 VHDL 語言的漢明碼的編碼和解碼實現 ,簡化了硬體的開發和製作過程 ,易於模擬測試和修改 ,加強了系統的靈活性和抗干擾性 ,在實際中有一定的應用。

結束語：

從上面所舉的各位專家所提出的各種觀點可以看出，基於VHDL 語言所設計出來的多款密碼鎖, 均使用串列電路，這樣用一片FPGA晶元就可以實現實現, 從而大大簡化了系統結構。提高了系統的保密性和可靠性。VHDL語言在數字電路設計中 ,自頂向下的設計方法的主要思想是對數字系統進行模塊劃分 ,這樣可以將復雜的設計簡化成相對簡單的模塊設計 ,不同的模塊用來完成數字系統中某一部分的具體功能統, 其升級與改進極其方便。用VHDL語言設計出來的密碼鎖具有結構較簡單，成本較低，操作方便，易於維護和修改等優點。缺點是雖然它的成本較低，但是由於使用了電子晶元，因此現在還是只能在大中型企業中使用，還不能普及到我們的生活當中來。

參考文獻：

[1] 劉鈺,張有志.一種用VHDL語言設計的數字密碼鎖 [J].信息技術與信息化 ,2004,(04)

[2] 胡紅艷,李旭華.基於VHDL語言的智能密碼鎖設計 [J].微計算機信息 ,2006,(14) .

[3] 曹建國,王威,王丹.一種基於VHDL的電子密碼鎖的設計與實現 [J].安防科技 ,2007,(02) .

[4] 周瑗,楊麗華.用VHDL自頂向下設計數字密碼鎖 [J].北京化工大學學報 ,2000,(02) .

[5] 尤國平,陳新,林偉,黃世震.基於VHDL語言的串列密碼鎖設計 [J].國外電子測量技術 ,2005,(09) .

[6] 謝海良,孔雲龍.基於EDA技術的電子密碼鎖電路設計 [J].漯河職業技術學院學報 ,2007,(04)

[7] 許琦.基於FPGA的電子密碼鎖的設計 [J].科技信息(學術版) ,2006,(10)

發展前景

科技的日新月異，使得電子技術的廣泛應用和快速發展成為了可能。電子技術在以後的日子，有其廣泛的發展前景。

智能化和人性化

電子技術的智能化，是電子技術具有類似人的智能，可以依據一定的程序，進行有效的判斷並能做出決定。隨著模糊控制、納米技術等人工智慧技術的快速發展和推廣，電子技術產品的智能化將成為主要特性；智能化的發展使得電子技術可以更加的人性化。人性化是電子技術的一個特性，人是電子技術產品的使用者，所以賦予電子技術需要滿足人性化的需求。因此，電子技術產品不僅要具有最優性能，還要加強人們對色彩、造型、舒適度等方面的研究，滿足人們對電子技術產品人性化需求。

集成化

電子系統集成系統，應該包含有電子子系統和電力應用系統兩個部分。其中，電力電子系統的集成在於建立一系列的標准晶元或者是模塊，通過集成滿足用戶需要的智能化應用系統。通過電子技術的集成，使得電子技術產品結構優化，性能達到最大化。

網路化

隨著網路成為人們日常生活中非常普及的一種工具，遠程式控制制和監控技術得到迅速發展，從而使電子技術也順應網路化的發展趨勢，網路化特性更加的明顯。

綜上所述，新技術的快速發展，使電子技術在不斷的發展，這也導致電子技術在人們生活中更多的應用，滿足人們的需求，也促進社會建設和經濟發展。可以斷言，電子技術必將成為信息產業與傳統產業之間的重要環節和橋梁，也必將為大幅度節省、降低材料損耗、提高生產效率、加速經濟發展提供重要的技術支撐。

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B. 信道編碼都有哪些

1、信道編碼的種類主要包括：線性分組碼、卷積碼、級聯碼、Turbo碼和LDPC碼。

2、其中分組碼又分為：漢明碼，格雷碼，循環碼（BCH碼，RS碼，CRC循環冗餘校驗碼。

信道編碼，也叫差錯控制編碼，是所有現代通信系統的基石。

幾十年來，信道編碼技術不斷逼近香農極限，波瀾壯闊般推動著人類通信邁過一個又一個頂峰，信道編碼在發送端對原數據添加冗餘信息，這些冗餘信息是和原數據相關的，再在接收端根據這種相關性來檢測和糾正傳輸過程產生的差錯，這些加入的冗餘信息就是糾錯碼，用它來對抗傳輸過程的干擾。

(2)漢明碼編譯碼原理擴展閱讀：

作用

數字信號在傳輸中往往由於各種原因，使得在傳送的數據流中產生誤碼，從而使接收端產生圖象跳躍、不連續、出現馬賽克等現象。

所以通過信道編碼這一環節，對數碼流進行相應的處理，使系統具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發生。

誤碼的處理技術有糾錯、交織、線性內插等。

C. 計算機組成原理漢明碼糾錯

漢明碼的檢測碼的p1計算的是C1位所在的第一組偶（奇）校驗是否出錯，有錯就是1否則為0，p2計算的是C2位配置的第二組偶（奇）校驗是否出錯，有錯就是1否則為0，,p3計算的是C3位配置的第三組偶（奇）校驗是否出錯，有錯就是1,否則為0。p1,p2,p3他們的下標減1之後代表他們實際上的二進制的位權。所以p1p2p3計算出來是110，而答案是p3p2p1是011反著寫表示十進制的3，也就是指出接收到漢明碼第3位出錯。這里的3是指這個接收到的漢明碼從左往右數的第3位。這是因為漢明碼編碼時候就是從左往右編碼的，序號分別是1,2,3,4,5,6... 再回顧2^k>=N+k+1這個漢明碼編碼公式限制條件，N是實際數據位數，插入的k位檢測位它的二進制組合能表示的2^k要求不僅能檢測出N位代碼的某一位出錯的N種情況,還有全不出錯的這種情況1，同時也能檢測出插入的k位檢測位是否出錯。所以2^k要求大於等於N+k+1,否則編碼距離不能覆蓋整個漢明碼的長度。同時我們也知道了，每個插入的檢測位所在組在糾錯的時候求的p1,p2,p3都是對應有位權的。
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