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根據(jù)系統(tǒng)要求，脈沖雷達(dá)高度表通過(guò)RS-422串行輸出高度數(shù)據(jù)，要求數(shù)據(jù)接收模塊實(shí)時(shí)接收，并顯示雷達(dá)高度數(shù)據(jù)。接收模塊接收到的高度數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制(BIN)碼表示，而數(shù)碼管等顯示設(shè)備需要BCD碼(即二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制碼)，所以二者之間的轉(zhuǎn)換非常必要。
BCD碼與BIN碼的相互轉(zhuǎn)換比較傳統(tǒng)的方法是采用DAA調(diào)節(jié)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要逐位調(diào)節(jié)，比較費(fèi)時(shí)。文獻(xiàn)[3]提出利用模除，每次移動(dòng)半字節(jié)，使轉(zhuǎn)換效率大為提高，但也僅是軟件算法，無(wú)法滿足數(shù)制轉(zhuǎn)換高效率和實(shí)時(shí)性的要求。文獻(xiàn)[4]提出了采用分段查找EPROM的硬件方法，滿足點(diǎn)陣記錄實(shí)時(shí)性的要求，但是該算法需要大容量的EPROM。文獻(xiàn)[5]利用BCD碼與BIN碼的邏輯對(duì)應(yīng)關(guān)系直接轉(zhuǎn)換，需要經(jīng)過(guò)多級(jí)復(fù)雜的變換邏輯，面積和時(shí)延較差。
為此，本文采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言將雷達(dá)高度數(shù)據(jù)接收／顯示的核心功能集成到XILINX公司的FPGA(XCS200)中，使得整個(gè)設(shè)計(jì)更加緊湊、小巧、穩(wěn)定和可靠。利用不恢復(fù)余數(shù)陣列除法快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)BIN碼到BCD碼的轉(zhuǎn)換，僅需要少量的移位和加／減法操作，簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換中的求余和整除運(yùn)算。該單元陣列結(jié)構(gòu)規(guī)整，不僅節(jié)省了面積，適于超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)需要，而且易向更高進(jìn)制擴(kuò)展，具有很高的轉(zhuǎn)換速度。
1 串行高度數(shù)據(jù)接收／顯示模塊簡(jiǎn)介
數(shù)字式自動(dòng)距離跟蹤脈沖雷達(dá)高度表串行輸出的高度數(shù)據(jù)，首先通過(guò)串行高度數(shù)據(jù)接收模塊將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行報(bào)文數(shù)據(jù)，再通過(guò)報(bào)文濾波／數(shù)據(jù)提取模塊，提取出高度數(shù)據(jù)，并根據(jù)輸出高度數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔標(biāo)識(shí)雷達(dá)的工作狀態(tài)，然后BIN碼表示的高度數(shù)據(jù)通過(guò)以不恢復(fù)余數(shù)陣列除法為基礎(chǔ)的BIN／BCD碼轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換為適合七段碼顯示的90BCD碼后送到掃描七段碼顯示控制器，以驅(qū)動(dòng)四位七段共陽(yáng)極動(dòng)態(tài)顯示數(shù)碼管，如圖1所示。
串行高度數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用三線制連接方式，通信方式為異步傳輸，波特率：9 600，數(shù)據(jù)位：8位，停止位：1位，奇校驗(yàn)，其字符格式及時(shí)鐘同步檢測(cè)與采樣過(guò)程如圖2所示。
2 基于不恢復(fù)余數(shù)陣列除法的二進(jìn)制到BCD碼的轉(zhuǎn)換
提出的BIN碼到BCD碼的轉(zhuǎn)換算法采用數(shù)據(jù)除以位權(quán)的方式得到千、百、十、個(gè)位BCD碼，因此除法器的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵。在數(shù)字計(jì)算中各種除法都可以用下列遞歸公式來(lái)描述：
�。�1）
這里_j=0，1，…，n-1為遞歸下標(biāo)；D為除數(shù)；qj+1為小數(shù)點(diǎn)右邊第j+1位商；r為基數(shù)，r×R(j)為部分被除數(shù)；R(j+1)為部分余數(shù)；R(0)為被除數(shù)(初始部分余數(shù))；R(n)為最后余數(shù)。
除法過(guò)程可通過(guò)重復(fù)應(yīng)用遞歸式1來(lái)得到證明。
對(duì)j=0
上述迭代推導(dǎo)過(guò)程說(shuō)明了除法過(guò)程是由一系列加法、減法或移位所組成，對(duì)于基數(shù)r=2，q…∈{0，1}。
當(dāng)部分被除數(shù)rR(j)不夠除數(shù)D減時(shí)，商qj+1為0，同時(shí)補(bǔ)充被除數(shù)的下一位，組成更大的部分被除數(shù)；如果夠減，則該位商為1，在部分被除數(shù)rR(j)中減去除數(shù)D，然后補(bǔ)充被除數(shù)的下一位，直至被除數(shù)的每一位都使用到為止。
在除法進(jìn)行過(guò)程中，可使用專門的數(shù)據(jù)比較器來(lái)比較部分被除數(shù)rR(j)是否比除數(shù)D大(nonperforming算法)，或直接用部分被除數(shù)減去除數(shù)。方式1浪費(fèi)了專門的數(shù)據(jù)比較電路，運(yùn)算延遲加大，降低了運(yùn)算速度。方式2，當(dāng)完成了減法操作后，如果不夠減，把除數(shù)加回到產(chǎn)生的差，以恢復(fù)原來(lái)余數(shù)(恢復(fù)余數(shù)法)；或把產(chǎn)生的差留給下一次運(yùn)算時(shí)再處理(不恢復(fù)余數(shù)法)。
作者：林華，劉建新 中國(guó)工程物理研究院 來(lái)源：電子元器件應(yīng)用
