雙網(wǎng)傳真機的編譯碼電路設計與實(shí)現

摘要：對雙網(wǎng)數字傳真機硬件系統中的編碼和譯碼電路進(jìn)行設計，并采用FPGA芯片進(jìn)行系統實(shí)現和驗證。其中的編譯碼電路分別采用兩級編碼和快速譯碼的思路，利用硬件描述語(yǔ)言設計和仿真，簡(jiǎn)化了邏輯電路的實(shí)現。驗證測試表明，該電路增強了系統的穩定性和可靠性，提高了編譯碼效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
關(guān)鍵詞：編譯碼電路；FPGA；碼表；雙網(wǎng)傳真機

0 引言
傳真通信規程是將要掃描的電平信號值進(jìn)行A／D轉換，再經(jīng)過(guò)圖像二值化處理，表示成連續交替黑白點(diǎn)的數據序列(I／O序列)，再對該數據序列進(jìn)行編碼后，調制發(fā)送；接收端對收到的編碼數據信號解調后進(jìn)行譯碼，最后由熱敏頭打印輸出。
在傳真通信中，對傳真圖像數據進(jìn)行編碼和譯碼是傳真通信的關(guān)鍵技術(shù)。改進(jìn)的Huffman碼(MHC)是ITU—T．4向各國推薦的一維標準碼，主要應用于三類(lèi)傳真機上。MHC碼是一種常用的變長(cháng)碼，其信源的消息與碼字之間的關(guān)系是一對一的，是信息保持型的壓縮方法。雙網(wǎng)傳真系統完成與Internet和PSTN網(wǎng)絡(luò )的傳真通信，采用嵌入式系統的設計思路劃分軟硬件。其中，傳真協(xié)議采用軟件實(shí)現，傳真編譯碼和外圍設備控制器采用硬件實(shí)現，以降低設計復雜度，提高傳真效率。

1 傳真機硬件系統模型
硬件電路模塊應包括：CIS掃描電路模塊(A／D轉換)、編碼電路模塊(圖像二值化處理)、譯碼電路模塊、打印電路模塊、步進(jìn)電機驅動(dòng)電路模塊及時(shí)鐘電路模塊。并以NiosⅡ軟核處理器、CIS掃描器件、步進(jìn)電機、TPH打印器件為硬件平臺，通過(guò)FPGA實(shí)現硬件電路模塊。上層軟件通過(guò)讀寫(xiě)寄存器來(lái)控制外圍設備和編譯碼電路，完成編碼數據的讀取和譯碼數據的寫(xiě)入。圖1給出了硬件系統功能模塊劃分邏輯圖。

其中，時(shí)鐘電路用來(lái)產(chǎn)生掃描、打印及步進(jìn)電機所需的時(shí)序信號；由時(shí)鐘電路產(chǎn)生的CIS時(shí)鐘周期為2．6μs，打印時(shí)鐘周期為4．96μs，步進(jìn)電機時(shí)鐘周期為10 ms。數據地址讀寫(xiě)總線(xiàn)接口與NiosⅡ處理器直接交互各種控制命令及讀寫(xiě)數據，產(chǎn)生外圍設備的工作使能信號，通過(guò)地址選通信號，完成各個(gè)模塊與NiosⅡ處理器之間數據的交互。

2 外圍設備控制單元
外圍設備的控制主要是通過(guò)對CIS掃描器件、TPH打印器件和步進(jìn)電機發(fā)出相應的控制時(shí)序信號完成掃描、打印和步進(jìn)電機的驅動(dòng)等功能。該部分采用硬件實(shí)現可以產(chǎn)生超過(guò)定時(shí)中斷周期的更小周期的時(shí)序信號和時(shí)序要求精確的驅動(dòng)信號，同時(shí)可以通過(guò)配置控制寄存器，對掃描和打印的功能進(jìn)行選擇，上層軟件通過(guò)狀態(tài)寄存器來(lái)判斷電路的工作狀態(tài)。表1和表2給出了寄存器的詳細描述。

2．1 CIS掃描及A／D轉換
設計采用的CIS器件具有最高1．7 MHz的掃描時(shí)鐘，且有效掃描寬度為216 mm(A4紙的寬度)，每行有1728個(gè)掃描點(diǎn)。FPGA片內的數字邏輯產(chǎn)生驅動(dòng)信號CIS_si和CIS_clk，并將模擬信號接入A／D轉換器的模擬輸入端口，由FPGA片內數字邏輯實(shí)時(shí)對A／D轉換器的輸出進(jìn)行采集。圖2給出了CIS接口時(shí)序。其中，CIS_si為行啟動(dòng)信號，每行有1728個(gè)掃描點(diǎn)，每隔10ms啟動(dòng)一次CIS_si。由于掃描最快能達到1.8ms／line，而打印最快只能達到10 ms／line，所以?huà)呙柰瓿珊笄翌A留出步進(jìn)電機工作的時(shí)間，這樣就能滿(mǎn)足該系統的要求。CIS_clk為2．6μs的掃描時(shí)鐘，占空比為0．254。ADC_clk為AD采樣時(shí)鐘，周期與CIS_clk相同，占空比為0．046。

A／D轉換的原理是通過(guò)CIS掃描器件把原稿的光信號轉化為電信號，將CIS掃描器件獲得的模擬電信號通過(guò)A／D轉換器件轉化為8 b的數字信號在A(yíng)DC_clk的下降沿送入掃描數據緩沖區。