曼彻斯特码介绍

曼彻斯特码介绍 11.8 曼彻斯特编码器、译码器设计实例 曼彻斯特(Manchester)码又称裂相码、双向码，是信道编码常用的码型。本节分析曼彻斯特码的特征，给出曼彻斯特码的编码电路与译码电路，用Verilog HDL语言进行建模与仿真。 11.8.1 曼彻斯特码介绍 曼彻斯特码(Manchester code，又称裂相码、双向码)，是一种用电平跳变来表示1或0的编码，其变化规则很简单，即每个码元均用两个不同相位的电平信号表示，也就是一个周期的方波，但0码和1码的相位正好相反。 其对应关系为: 0=>01(相位为零); 1=>10(相位为180)。 波形图如图11-64所示。 曼彻斯特编码是一种自动同步的编码方式，即时钟同步信号就隐藏在数据波形中。在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一次跳变，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"1"，从低到高跳变表示"0"。曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一次跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。但每一个码元都被调制成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。 11.8.2 曼彻斯特码编码器 根据曼彻斯特码的码型特点，设计曼彻斯特编码器的方法如下: 如果输入数据为"1"，则转换为"10";如果输入数据为"0"，则转化为"10"，然后把它们串行化输出。Verilog HDL代码如下: , module mcode(clk, databin, datamout); , , input clk; //时钟信号 , input databin; //数据输入 , , output datamout; //曼彻斯特编码输出 , , reg datamout; ？ reg flag; //标志信号 ,, reg [1:0] com; ,, ,, always @(posedge clk) ,, begin ,, if(flag == 1'b0) ,, begin ,, if(databin == 1'b0) //当数据为"0"时，转换为"01" ,, begin ,, com <= 2'b01; ,？ end ,, else //当数据为"1"时，转换为"10" ,, begin ,, com <= 2'b10; ,, end ,, end ,, end ,, ,, always @(posedge clk) //曼彻斯特编码输出进程 ,, begin ,？ if(flag == 1'b1) ,, begin ,, datamout <= com[1]; ,, flag <= ~flag; ,, end ,, else ,, begin ,, datamout <= com[0]; ,, flag <= ~flag; ,, end ,？ end ,, ,, endmodule 代码分析: 由于曼彻斯特码在码型上实际是把原来的一个码元转换成两个码元，因此每输出两个码元才进行一次数据码元的采样，用标志信号flag来指示。 保存文件为mcode.v，单击Files ? Create/Update ? Create Symbol Files for Current File命令，为mcode.v产生原理图模块。新建一个原理图文件，在原理图空白处双击，在弹出的Symbol对话框中选择Project ?mcode模块，单击OK按钮退出Symbol对话框。在原理图的适当位置放置mcode模块，并添加输入输出模块。保存原理图为manchester.bdf，模块连接图如图 所示。 11-65 编译工程文件，编译无误后单击Processing ? Generate Functional Simulation Netlist，产生功能仿真网表。新建波形仿真文件，加入输入输出信号，设置系统时钟信号clk的周期为10ns，单击选中输入数据信号databin，单击 按钮设置输入数据信号databin为随机数，周期为20ns，即为时钟周期的2倍，如图11-66所示。 保存波形文件为 manchester.vwf，单击 按钮进行曼彻斯特编码器的波形仿真，波形仿真如图11-67所示。 波形仿真报告说明: 编码输出信号datamout符合曼彻斯特编码规则，当输入信号databin是"1"时，编码输出信号datamout为"10";当输入信号databin是"0"时，编码输出信号datamout为"01"，曼彻斯特编码器得到正确波形仿真。 11.8.3 曼彻斯特译码器 曼彻斯特译码的功能:把接收到的曼彻斯特编码译码还原为曼彻斯特编码前的基带信号，如图11-68所示。 曼彻斯特译码器的关键是从曼彻斯特编码的数据流中准确提取"01"和"10"，并把它转换为"0"与"1"。假设曼彻斯特编码的数据流为"01010101"，如果从第一位开始译码，则结果为"0000";如果从第二位开始译码，则结果为:"111"和头尾两个曼彻斯特码。因此，如果曼彻斯特编码数据流中只有"1"或只有"0"的编码，那么是不能准确得到译码结果的;如果曼彻斯特编码数据流中出现"00"，则"00"前后的码元必定是"1";如果曼彻斯特编码数据流中出现"11"，则"00"前后的码元必定是"0"。根据前面的分析，可以把"00"与"11"作为曼彻斯特编码译码的标志位，即如果检测到"00"或"11"，则从后一个"1"或"0"开始以每两个码元为一组进行曼彻斯特译码，还原出基带信号。Verilog HDL代码如下: , module mdecode(clk, datamin, databout); , , input clk; //时钟输入 , input datamin; //曼彻斯特编码输入 , , output databout; //曼彻斯特译码输出 , , reg databout; ？ reg [1:0] com; ,, reg flag; ,, reg syn; ,, ,, always @(posedge clk) ,, begin ,, com <= {com[0], datamin}; ,, end ,, ,, always @(posedge clk) ,？ begin ,, if((com == 2'b11) || (com == 2'b00)) //检测"11"和"00" ,, begin ,, flag <= 2'b11; ,, syn <= 1'b1; ,, end ,, else ,, begin ,, syn <= 1'b0; ,, end ,？ end ,, ,, always @(posedge clk) //曼彻斯特译码输出进程 ,, begin ,, if((syn == 1'b1) || (flag == 2'b11)) ,, begin ,, case(com) ,, 2'b01: ,, databout <= 1'b0; ,, 2'b10: ,？ databout <= 1'b1; ,, default: ,, databout <= databout; ,, endcase ,, end ,, end ,, ,, endmodule 保存文件为mdecode.v，单击Files ? Create/Update ? Create Symbol Files for Current File命令，为mdecode.v产生原理图模块。打开原理图文件manchester.bdf，在原理图空白处双击，在弹出的Symbol对话框中选择Project ?mdecode模块，单击OK按钮退出Symbol对话框。在原理图的适当位置放置mdecode模块，并添加输入输出模块，各个模块的连接如图11-69所示。 保存原理图为mdecode.bdf。编译工程文件，编译无误后单击Processing ? Generate Functional Simulation Netlist，产生功能仿真网表。打开波形仿真文件manchester.vwf，加入输入输出信号，保存波形文件，单击 按钮进行曼彻斯特译码器的波形仿真，波形仿真报告如图11-70所示。 波形仿真报告说明: 对图11-70分析看出，曼彻斯特译码输出与曼彻斯特编码输入的数据基本一致，曼彻斯特译码器得到正确的波形仿真。当发送命令wrisg的上升沿有效时，启动发送数据。串行数据的波形与发送数据dataout相一致，UART的发送模块得到正确验证。