基于CLD的曼彻斯特编码技术

基于CPLD的曼彻斯特编码技术王奇，王英民，牛奕龙，陶林伟时间:2023年03月15日字体:大中小关键词:CPLD曼彻斯特编解码MAX+PLUSII摘要：研究了曼彻斯特编解码方法，采用VHDL语言在CPLD上实现了编解码，使系统的功能高度集成，提高了系统的灵活性与兼容性。通过MAX+PLUSII仿真了2MB/s速率下的编解码，结果和理论分析一致，验证了编解码电路设计的有效性和可行性。关键词：CPLD；曼彻斯特编解码；MAX+PLUSII在工业现场控制网络中，曼彻斯特码由于编码方式简单易行、无直流分量，且含有丰富的时钟信息，常被用作高速基带数据传输。曼彻斯特编码已经广泛应用在数控测井和无线监控等领域。要实现曼彻斯特编解码，专业的编解码器必不可少，目前曼彻斯特编解码器HD-6408、HD-6409最高速率只有1MB/s，而且这种器件是对串行信号进行编解码，在电路设计中需要专门的并/串、串/并转换支持，增加了设计成本。本文主要介绍一种通过CPLD来实现曼彻斯特编解码的方法，在CPLD内部完成并/串、串/并转换以及曼彻斯特编解码，提高了编解码的通用性，大大节省了开发成本，并且可以实现更高的编码速率。1曼彻斯特码在曼彻斯特编码［1-2］中，每一位的中间有一个跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号。从高到低跳变表示“0”，从低到高跳变表示“1”。从曼彻斯特码的特点可以看出曼彻斯特码是一种自同步码，且没有直流分量，因此抗干扰能力强。但其缺点是编码后每一个码元都被调成2个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。2可编程逻辑器件的选择系统中CPLD器件选择Altera公司的MAX7000系列［3］的EPM7128AETC100-10。EPM7128AE系列CPLD具有2500个可用门，内部具有128个宏单元，最多可用I/O引脚100个，时钟最高可达192.3MHz，使用3.3V电压供电。本文的编解码分别在2个CPLD中完成。编码端的CPLD内部程序框图如图1所示，首先锁存并行信号，然后根据编码时钟把并行数据用移位寄存器进行并/串转换，最后曼彻斯特编码模块对串行NRZ数据进行编码输出。跨缸解援码端馋的C爷PL跌D内掌部程英序框迈图如独图2机所示姜，首蛙先曼凯彻斯统特解差码模贵块把诚输入饰的曼持彻斯主特码苏解码叔成N暴RZ澡码，借并从再码元朴中提忠取同萌步时属钟，零然后乱在移径位寄鞠存器释中对锦串行骂NR盯Z码茂完成仍串/僻并转罚换，氏最后圣把并岁行信缴号锁单存到睬锁存宋器中连并输猎出。裹3既曼彻筹斯特旨编解扶码器胀设计枝太在昼编解茎码器粘的设猫计中莫，V俯HD何L设昂计语大言和脾原理漂图方唤式混想合使我用，票提高任了软合件设知计的狂灵活淹性。蒙3.闯1迁编码拼器设英计浊均(严1)甜同步具头沸掘解貌码时燃，何惠时开惜始一障个解务码周胳期是堤解码茄正确饥与否是的关吓键，柔为此读在曼亲彻斯煮特码侄的前吊面增总加了项4个堪时钟北周期宋(此悠时钟凭是数吗据传滥输速慌率的衡2倍广)的愿高电漏平作沿为同塞步头蠢。编陡码时驻首先蚂输出锅同步我头，苏接着怕输出番曼彻垄斯特蓄码元字。解点码器筹检测筐到此遵同步畅头时终启动他一个街解码套周期僚。佩区本旧文中因采用纲的曼膏彻斯般特编时码的蜓数据麦帧格戒式如理图3街所示皆，第伴1~欧2位茎为高匹电平宾，作讨为数宽据帧脚的同辈步头烤；第淘3~忆18贞位是筋16抽个经鞠过曼器彻斯燥特编厕码的贸数据年位。否捧(神2)葵曼彻友斯特桨编码成腐根训据曼海彻斯咳特码罩的特北点，木常规齿设计绵方法赶是将监NR渔Z码戒和时宅钟信旧号相关异或趁进行棋编码诸，这萍种方教法的吊缺点雨是会轿在数樱据的扩跳变部沿产足生毛例刺。愉设计扣中采索用如父下编苦码方苦式：扯杨选赛用二鸦倍频里于数蚕据传坑输速开率的东时钟费，当赢时钟尿个数扣为奇毕数时任,曼段彻斯葡特码霸等于败NR察Z码萌；当锡时钟庸个数院为偶典数时锐,曼激彻斯爆特码姑等于乖NR生Z码仔取反握。休眯这锡种编崇码方只式简家单易锤行，滑而且反解决肿了常闸规通麦过异电或方敢式编净码产械生的埋毛刺酿现象误。兰3.哑2子解码赏器设播计帖摆曼列彻斯咏特解访码框笼图如慧图4摘所示停，主遮要分归为4着个部所分：附同步紫头检天测电光路、祥同步信时钟租提取腥器、艳解码宗的判握决器泄和计灾数器洲。鸟御其休中同绘步头初检测蓬电路雷和判衫决器抱采用挽VH酸DL予语言哀设计走，同茅步时驶钟提段取器渡和计辈数器鸡使用叔原理穴图方休式设览计。挑下面剃分别该介绍沃这4森部分绵：足扯羡(朽1)羽同步给头检座测电介路璃勿吼同摧步头包检测史电路含有2鹅个功凡能：梦检测欣同步接头和量去掉耐同步勒头。宝这部航分电绘路不好断对寺接收持到的羞数据光进行泳检测袋，当犯检测友到同欠步头驾后，桌向其哈他3慎部分遵发送寺使能哭信号牧，控饿制这克3个剥部分妙开始上工作松，并纹且同矮步头更检测骄电路衫还将败去掉挂同步惑头后端的标卡准曼谣彻斯雕特码命发送贸给判诚决器筹，由贞判决揪器对胁接收迎到的吊曼彻拆斯特挨码解秧码。拐枝服(畅2)杰同步逐时钟赛提取凡器［佣4］拥胁曼铁彻斯旋特码惯的一黑个优宝点是猜本身歉含有裁时钟佳信息少，可鸡以很燥方便雕地进受行位截同步厕。时瞒钟提院取器谣就是映要从过曼彻迟斯特巴码中沟提取遵出同伸步时永钟。庄从曼庸彻斯丛特码伍的特锄点可嚷以看趣出每辜个码倘元中核间都确有一姜次跳弃变，垃时钟死提取验电路扮提取啊出跳永变信宁息，签以此煌来恢袍复出粘位同猾步时遍钟。纲贝同抚步时输钟提在取电拒路如崇图5拴所示念，D奔at犹aI游n是坦输入响的曼怀彻斯五特码访；C闹LK付16舌x是收解码够用的听高倍胆时钟伏；D湿at裂aI弯n2羡是曼类彻斯叫特码翁经过票2次返时延掀后的愉信号辜，此膨信号于与经享过1蚂次时潮延的蝇信号宪异或洲运算责得到肃曼彻扶斯特牙码的勉跳变额信息括；C宏LR叨是从替曼彻攀斯特歇码中翼提取登出的百跳变钻信息许，把治这个驱跳变舅信息短作为则计数粒器的萍清零拐信号济，同伙时利谣用高舍倍时旱钟就篇可以衔从输扩入的促曼彻巾斯特毅码中郊恢复啄出同呈步时渴钟，薄图5毒中C骗LK山OU迫T是伐同步表时钟师的输属出端期，可售用于裹电路粉的其袍他部贝分。括昂(案3)股判决保器雷鼠判谢决器崇是曼补彻斯改特解借码的劲核心叛部分陡，采必用1贴6倍标频于另传输洞速率嫌的时胀钟作陵为解宅码时凤钟。县解码理流程馅图如双图6握所示奋。在惧接收仍到曼陕彻斯越特码聋后使视用1址6倍诉频的没时钟雪对信热号进赔行采肤样，师为了粒正确国解码禁出一播位N戏RZ既码，谎需要棍进行晓16妖次采垃样，揪即一迅个解究码周尤期等传于1速6个详时钟弯周期堵。也最解刚码时论设置剖了2速个计民数器恢：t笼Hi晃gh侍和t供Cl裳oc铲k。忠tH校ig协h用绪于记抹录每蝇16耍次采叔样时腥前8袜次采偶样的负高电评平的框个数到。如僚果t迅Hi矿gh枝等于潜8，崖那么今原始乌码元默就是犬“阔1晕”性，反醒之为狱“程0谢”抢。在书每次风采样挪时t陕Cl式oc旱k都因会加纵1，脱记录窜采样观的次会数。谈当t宜Cl铜oc飘k等著于1奶6时问，一贡个解划码周期期完泻成，日将t盈Hi置gh柔和t丙Cl联oc帅k清凑零。腾钞在留实际溉设计话中，永为了巩提高直对解印码的蚀抗干首扰能洒力，晚将t尝Hi稍gh技的判顾决门薯限设篇定为分8-嚷2，接即6耍，当谦tH余ig狱h绣≥撤6就躬认为俯原始吓信号扫是反“趋1鸦”冬，反保之为蜘“煤0筑”雨。斥辩劫(男4)跪计数慧器食适计伸数器痛的时玩钟是螺从曼阔彻斯产特码传恢复胳出的毛同步投时钟式，主秩要用混来记笨录解伞码的六位数暑，当雕解码坏完1艰6位他时，捞表明鲁一帧忧数据美解码胶完成柴，产贸生解予码完壤成信没号，汽可用取这个箩信号骗通知补外部叉处理必单元掠对解轰码后侨的信北号进终行读唇取。辞3.粮3阴软件垄仿真缴赖堪(幅1)药编码较仿真涛［5凯］将坡极本库文使火用V念HD屋L语何言进那行设期计，字使用你MA借X+教PL拜US坚I畅I进普行仿践真，笼仿真稿的数烛据编控码速在率设沉为2并M良B/脆s，榆仿真堵图形佳如图早7所棉示。棍其中称D[魂0.勇.5比]是本发送担端的喊并行怪信号管；D肝SP开_C乳LK贺是由堤外部馋提供遭的4敞0杨MH千z的茫时钟漆信号臣，在刘CP雅LD纷中进扫行1常0分轰频，陶产生考需要父的4技M粉Hz旨的二故倍频现时钟伏信号帆；M末AN销_O兆UT漠是最落终的酬曼彻蝇斯特晓码。纯从图躁7可镜以看浓出，喉曼彻定斯特国码的练最前蝶面有去4个会时钟笼周期充的高匠电平地，是摩编码玩信号啄的同匠步头慧。果蝇从您图7古中还臣可以线看出条，输核入的少并行羞信号光是0志xA燥75兄6，吴由于素程序丝中使革数据途的最坐低位缠在前虫，最霜高位样在后膝，因榜此进啊行并策串转榆换后背的N销RZ榨码是农01尾10会，1呆01违0，牢11江10呆，0颜10竭1，公对应锋的曼存彻斯咐特码漠为0勺1过10静1且0罢01贴，1顿0题01闻1会0膊01岸，1规0娘10步1姿0叮01荡，0状1桂10微0用1例10昨(如收图7为中M奶AN槐_O槐UT谁所示朱)。造跑(捕2)炊解码浴仿真炉献仿烈真时倒所用腹的解俭码时喝钟是鉴16程M风Hz歇，仿迟真图倒如图证8所币示。雷其中隙，D题at芦aI努n是别输入粘的曼硬彻斯乡特码刊，速蔑率是取原始筑数据挤速率回的2宿倍，若即4么M低B/艰s；璃Da迹ta至In殖2是霸由输变入信咏号延膝迟一做个时忌钟周枪期产冰生的迈；C改LK炕16平x是老外部袍提供叨的1骄6滑MH煮z高出倍时婚钟信描号；侮CL迅R是材从曼联彻斯趋特码冰提取疾的跳量变信绍息；奔CL犹KO颗UT占是恢数复出饱的时筐钟信哲号；绕en压ab禽le致是同阔步头乞检测继电路箩产生姿的使盆能信涛号；尺NR概Z是钉判决暂器输幻出的碑NR意Z码逼；q负[0恨..亩15绍]是任解码搂出的潮数据驳，从田图8亏中可部以看负出其竟值为倚0x爽A7支56滨，正番确解误码了京输入澡的曼法彻斯表特码父。摆竹本愈文使才用V搬HD阔L语医言在辩Al畏te爸ra桃公司袖的E罪MP罗71浮28妥AE攀TC凳10拉0-认10猎实现梨了曼绵彻斯校特编寺解码原，在太MA明X+咳PL姨US嘉I蜡I下格正确痰实现村了2霉M杯Hz箩时钟限下的指编解云码。粪比专么用器哲件具枕有更常高的枯速率崭和更旁好的夺灵活碰性。烛大大良增加滑了曼揭彻斯四特编议解码报的可膊移植冶性，条并且佣为编剩解码钥器的踪扩展赚预留刮了足柜够的龙空间君。听参考跳文献扛[盾1]帅杨总刚，构龙海酿燕．门现代雹电子灵技术扑-V豪HD哈L与动数字糊电路饥系统君设计税[M窑]．框北京榆：电推子工沙业出涉版社纽，2望00季4.互[茂2]楚V擦OL摇NE禽I术A使P著蛇，V邻HD置L数庆字电赶路设曾计教只程[已M]球.乖乔庐笋峰，域王纪志功暴译．锄北京搏：电幕子工钻业出检版社母，2竟00防5.皆[挤3]瓣A蜻LT畏ER臂A.歇M惨A