奇偶校验位生成器和校验器

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在数字电子领域，确保数据完整性非常重要。为此，我们有两个数字电路，即奇偶校验生成器和奇偶校验校验器。这两个电路都有助于我们检测和纠正传输数据中出现的任何错误。

阅读本章，学习奇偶校验生成器和校验器的基础知识，以及它们的类型和应用。

什么是奇偶校验位？

在数字信号处理中，会在原始二进制或数字代码中添加一个额外的位（0或1），以检测和纠正数据传输过程中可能发生的任何错误。这个额外的位称为奇偶校验位。

向原始数字代码添加奇偶校验位使得代码中1的总数为偶数或奇数。因此，根据数据中1的个数，奇偶校验可以分为两种类型，即偶校验和奇校验。

如果我们向原始二进制代码添加0或1，并且这使得代码中1的总数为偶数，则称为偶校验。

另一方面，如果我们向原始二进制代码添加奇偶校验位（即0或1），并且这使得代码中1的总数为奇数，则称为奇校验。

奇偶校验位是数字电子中使用的最简单的错误检测技术之一。

奇偶校验位是如何工作的？

让我们现在考虑一个例子来理解奇偶校验位是如何工作的。

假设我们有一个十进制数，例如5，其BCD码为0101。此代码中1的总数为偶数，因为它有两个1。

在偶校验的情况下，我们向原始代码添加一个奇偶校验位0，以使代码中1的个数为偶数。

因此，添加偶校验后，我们得到01010。这里，一个0（奇偶校验位）被添加到原始代码的末尾。

如果我们需要执行奇校验，则我们将1添加到原始代码的末尾，得到01011。现在，代码中1的总数（包括奇偶校验位）为奇数，即三个1。这确保了它是奇校验方案。

下表显示了十进制数字0到9的奇偶校验位：

当数字信号在接收端被接收时，如果在偶校验方案中1的总数为奇数，或在奇校验方案中1的总数为偶数，则奇偶校验校验器电路将生成一个错误信号。

奇偶校验位错误检测技术的主要局限性在于它只能检查一位错误，而不能检查多位错误。

什么是奇偶校验生成器？

可以根据原始数字代码生成奇偶校验位的组合逻辑电路称为奇偶校验位生成器或奇偶校验生成器。

奇偶校验生成器用于发送端，在传输前生成并向原始代码添加奇偶校验位。

首先，奇偶校验生成器读取输入数据并相应地计算奇偶校验位。一旦生成奇偶校验位，它就会被添加到原始数据代码中。这将得到一个输出代码，该代码是带有新生成的奇偶校验位的原始代码。

奇偶校验生成器的类型

根据使用的奇偶校验系统，奇偶校验生成器主要有两种类型：

• 偶校验生成器
• 奇校验生成器

让我们详细讨论偶校验和奇校验生成器。

偶校验生成器

偶校验生成器是一种奇偶校验生成器，其中向原始数据添加一个奇偶校验位（0或1），以便最终数字代码包含偶数个1（包括奇偶校验位）。

因此，我们可以说偶校验生成器的输出中1的总数（包括奇偶校验位）为偶数。

在偶校验生成器的情况下：

• 如果数字代码包含奇数个1，则偶校验生成器将生成1作为奇偶校验位以保持偶校验。
• 如果数字代码已经包含偶数个1，则偶校验生成器将生成0作为奇偶校验位以保持偶校验。

例如，考虑数字代码0110。此代码已经包含偶数个1。因此，如果将其输入到偶校验生成器，则奇偶校验生成器的输出将为01100。其中，最低有效位0是由偶校验生成器添加的奇偶校验位。

同样，考虑另一个数字代码0111。在这种情况下，代码中1的总数为三个（奇数）。如果我们将此代码输入到偶校验生成器，则生成器的输出将为01111，包含偶数个1。其中，最低有效位1是奇偶校验位。

现在让我们设计一个4位偶校验生成器。以下是4位偶校验生成器的真值表：

4位偶校验生成器的布尔表达式可以通过简化其真值表得到，如下所示。

$$\mathrm{P \: = \: A \: \oplus \: B \: \oplus \: C \: \oplus \: D}$$

下图显示了4位偶校验生成器的逻辑电路图。

在这个电路中，三个异或门连接在一起以添加输入代码的四个数据位。输出端产生的和位将是奇偶校验位。

这就是关于偶校验生成器及其功能的全部内容。

奇校验生成器

一种向二进制代码添加奇偶校验位以使输出代码中1的总数为奇数的奇偶校验生成器，称为奇校验生成器。

奇校验生成器的输出是一个数字代码，其中包含奇数个1（包括奇偶校验位）。

奇校验生成器的情况：

• 如果原始数据包含偶数个1，则奇校验生成器会添加一个1作为校验位到原始码中以保持奇校验。
• 如果原始数据已经包含奇数个1，则奇校验生成器会添加一个0作为校验位到原始码中以保持奇校验。

让我们通过例子来了解奇校验生成器的功能。

考虑一个4位的数字码0110。此代码包含偶数个1（两个）。因此，如果我们将此代码输入到奇校验生成器，生成器将添加一个1并产生代码01101作为输出。此结果代码包含奇数个1，包括校验位，并确保奇校验系统。

类似地，考虑另一个4位代码0111。此代码已经包含奇数个1，即三个1。因此，奇校验生成器将添加一个0作为校验位，并输出代码01110以确保奇校验系统。

以下是4位奇校验生成器的真值表：

4位奇校验生成器的布尔表达式为：

$$P = \overline{A \oplus B \oplus C \oplus D}$$

下图描述了4位奇校验生成器的逻辑电路图。

在这个电路中，三个异或门连接在一起，以对输入数据的四个位进行相加，然后对和位取反以获得奇校验位。

这就是关于奇偶校验生成器的内容。这两种类型的校验生成器都用于数字系统中，根据应用程序的需求实现不同类型的校验系统。

校验生成器广泛用于数字通信和存储系统中，以检查数据传输过程中可能发生的错误。

什么是校验器？

通过分析校验位来检查和验证传输数据正确性的组合电路称为**校验器**。校验器的主要功能是检测数据传输过程中可能发生的错误。

校验器用于通信通道的接收端。它从通信通道接收传输的数据。此数据包括原始消息代码和校验位。

之后，校验器计算数据代码中1的个数，并将此数字与预期代码进行比较，以确定是否存在任何错误。如果接收到的数据有任何错误，校验器将采取适当的操作，例如请求重新传输数据。

校验器是数字通信系统中确保数据正确性和完整性的重要组成部分。它还提供了一种简单有效的错误检测方法。

校验器的类型

根据所使用的校验系统，校验器主要有两种类型：

• 偶校验校验器
• 奇校验校验器

让我们详细讨论每种类型的校验器。

偶校验校验器

验证接收到的数据是否符合偶校验系统的校验器称为**偶校验校验器**。

偶校验校验器计算并验证接收到的数据包含偶数个1，包括校验位。

因此，对于偶校验校验器：

• 如果接收到的数据中1的个数为偶数，则认为数据无错误。
• 如果接收到的数据中1的个数为奇数，则校验器显示数据包含一些错误。

偶校验校验器的工作原理？

让我们通过一个例子来了解偶校验检查。

考虑一个4位数字码00110（在LSB位置具有0作为校验位），此代码由偶校验校验器接收。校验器将计算代码中1的个数，它是偶数（两个）。因此，校验器显示这是一个无错误的代码，其中LSB 0是校验位。

类似地，考虑另一个4位消息代码01011，其校验位位于LSB位置。此代码包含奇数个1（三个1）。因此，偶校验校验器将显示代码存在一些错误。

现在让我们实现一个4位偶校验校验器，其真值表如下所示：

这里，位ABCD表示原始数字代码，P是校验位。

在这个真值表中，如果C_P = 1，则接收到的代码中将存在错误。如果C_P = 0，则接收到的代码中没有错误。

4位偶校验校验器的布尔表达式为：

$$C_{P} = A \oplus B \oplus C \oplus D \oplus P$$

4位偶校验校验器的逻辑电路图如下图所示。

奇校验校验器

奇校验校验器是一个组合逻辑电路，用于检查并验证接收到的数据是否符合奇校验系统。

奇校验校验器计算并确认接收到的数据包含奇数个1，包括校验位。

对于奇校验校验器：

• 如果接收到的代码中1的个数为奇数，则代码中没有错误。
• 如果接收到的代码中1的个数为偶数，则表示代码在传输过程中可能发生错误。

例如，考虑一个4位数据代码01101（LSB 1是校验位）。在此代码中，1的个数为奇数（三个）。因此，奇校验校验器将显示代码无错误。

类似地，考虑另一个4位数据代码01100（LSB 0是校验位）。此代码包含偶数个1，即只有两个1。在这种情况下，奇校验校验器将显示代码存在错误。

现在让我们实现一个4位奇校验校验器，其真值表如下所示。

在这个真值表中，位ABCD表示原始二进制代码，P是校验位。

从这个真值表中，我们可以观察到，如果C_P = 1，则代码包含偶数个1，因此，代码在传输过程中发生了错误。

如果C_P = 0，则代码包含奇数个1，表示代码无错误。

4位奇校验校验器的布尔表达式如下：

$$C_{P} = \overline{A \oplus B \oplus C \oplus D \oplus P}$$

此4位奇校验校验器的逻辑电路图如下图所示。

IC 74180 9位奇偶校验生成器/校验器

奇偶校验生成器/校验器IC是一个小型设备，用于检测通过通信通道传输的数据流中的错误。市场上有多种不同的奇偶校验生成器/校验器IC，但最常用的是74180 IC。

74180奇偶校验生成器/校验器IC是一个9位奇偶校验生成器或校验器设备，用于高速数据传输系统中检测错误。

奇偶校验生成器/校验器IC 74180的引脚图如下图所示。

它由八个从A到H的输入线、两个标记为“偶”和“奇”的级联输入线以及两个分别指定为“偶和”和“奇和”的输出线组成。

根据所选择的运行模式，IC 74180可以作为奇偶校验生成器或奇偶校验校验器运行。

现在让我们考虑一个例子来了解奇偶校验生成器/校验器IC的工作原理？

如果IC 74180作为偶校验校验器运行，并且接收到的数据中存在奇偶校验错误。在这种情况下，“偶和”输出将为低，“奇和”输出将为高。

如果IC 74180作为奇校验校验器运行，并且数据流中发生错误。“奇和”输出将为低，“偶和”输出将为高。

这就是关于奇偶校验生成器或校验器IC 74180的内容。现在让我们讨论奇偶校验生成器/校验器的应用。

奇偶校验生成器和校验器的应用

在数字系统（如数字通信和存储系统）中，奇偶校验生成器和校验器是必不可少的组件，它们为传输和检索的数据流中的错误检测和纠正提供了一种可靠的方法。因此，奇偶校验生成器/校验器有助于确保数字数据的完整性、可靠性和安全性。

以下示例说明了奇偶校验生成器和校验器在各种数字电子应用中的应用：

• 在数字通信系统中，奇偶校验生成器和校验器用于确保传输和接收数据的完整性和准确性。奇偶校验生成器和校验器有助于**检测**通信通道传输过程中由于噪声和干扰而可能导致的数据错误。
• 奇偶校验生成器和校验器用于RAM和ROM等**存储系统**中，以检测存储和检索的数据中的错误。
• 在**数字网络**中，奇偶校验生成器和校验器用于提高数据传输的可靠性并验证传输数据的正确性。
• 奇偶校验生成器和校验器用于**工业自动化**和控制系统中，以确保工业系统的准确和可靠运行。
• 奇偶校验生成器和校验器也用于用于诊断和监测病人健康的**医疗设备**中，并避免医疗报告和诊断数据中的任何错误。

结论

奇偶校验生成器是一个组合逻辑电路，用于生成并向输入或传输数据添加奇偶校验，而奇偶校验校验器也是一个组合电路，用于验证接收数据的正确性。

奇偶校验生成器用于发射电路，奇偶校验校验器用于接收电路。这两个电路共同用于确保各种数字系统中数据的可靠性、完整性和准确性。