Bộ chuyển đổi mã hóa dòng nối tiếp tự làm: 15 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Giao tiếp dữ liệu nối tiếp đã trở nên phổ biến trong nhiều ứng dụng công nghiệp và tồn tại một số cách tiếp cận để thiết kế bất kỳ giao diện truyền dữ liệu nối tiếp nào. Thật thuận tiện khi sử dụng một trong các giao thức tiêu chuẩn, tức là UART, I2C hoặc SPI. Ngoài ra, một số giao thức khác tồn tại cho các ứng dụng chuyên dụng hơn như CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet hoặc MIPI. Một tùy chọn khác để xử lý dữ liệu nối tiếp là sử dụng các giao thức tùy chỉnh. Các giao thức này thường dựa trên mã dòng. Các loại mã hóa đường truyền phổ biến nhất là NRZ, mã Manchester, AMI, v.v. [Giải mã giao thức có thể cấu hình của tín hiệu được mã hóa Manchester và NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Ví dụ về các giao thức nối tiếp chuyên dụng bao gồm DALI để điều khiển ánh sáng tòa nhà và PSI5 được sử dụng để kết nối cảm biến với bộ điều khiển trong các ứng dụng ô tô. Cả hai ví dụ này đều dựa trên mã hóa Manchester. Tương tự, giao thức SENT được sử dụng cho các liên kết cảm biến với bộ điều khiển ô tô và bus CAN thường được sử dụng để cho phép giao tiếp giữa bộ vi điều khiển và các thiết bị khác trong các ứng dụng ô tô dựa trên mã hóa NRZ. Ngoài ra, nhiều giao thức phức tạp và chuyên biệt khác đã và đang được thiết kế bằng cách sử dụng lược đồ Manchester và NRZ.

Mỗi mã dòng có giá trị riêng của nó. Ví dụ, trong quá trình truyền tín hiệu nhị phân dọc theo cáp, hiện tượng méo có thể được giảm thiểu đáng kể bằng cách sử dụng mã AMI [Petrova, Pesha D. và Boyan D. Karapenev. "Tổng hợp và mô phỏng bộ chuyển đổi mã nhị phân." Viễn thông trong dịch vụ truyền hình, cáp và vệ tinh hiện đại, 2003. TELSIKS 2003. Hội nghị quốc tế lần thứ 6 về. Tập 2. IEEE, 2003]. Bên cạnh đó, băng thông của tín hiệu AMI thấp hơn định dạng RZ tương đương. Tương tự như vậy, mã Manchester không có một số khiếm khuyết vốn có trong mã NRZ. Ví dụ: việc sử dụng mã Manchester trên một đường nối tiếp sẽ loại bỏ các thành phần DC, cung cấp khả năng khôi phục đồng hồ và cung cấp khả năng chống nhiễu ở mức tương đối cao [Biểu dữ liệu gia hạn HD-6409].

Vì vậy, tiện ích của việc chuyển đổi mã dòng tiêu chuẩn là hiển nhiên. Trong nhiều ứng dụng mà mã dòng được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp, việc chuyển đổi mã nhị phân là cần thiết.

Trong phần Có thể hướng dẫn này, chúng tôi trình bày cách nhận ra nhiều bộ chuyển đổi mã hóa dòng bằng cách sử dụng Dialog SLG46537 CMIC chi phí thấp.

Dưới đây chúng tôi mô tả các bước cần thiết để hiểu cách thức lập trình chip GreenPAK để tạo ra các bộ chuyển đổi mã hóa dòng nối tiếp. Tuy nhiên, nếu bạn chỉ muốn lấy kết quả của việc lập trình, hãy tải phần mềm GreenPAK để xem File thiết kế GreenPAK đã hoàn thành. Cắm Bộ phát triển GreenPAK vào máy tính của bạn và nhấn chương trình để tạo IC tùy chỉnh cho bộ chuyển đổi mã hóa dòng nối tiếp.

Bước 1: Thiết kế chuyển đổi

Thiết kế của các bộ chuyển đổi mã dòng sau được cung cấp trong Có thể hướng dẫn này:

● NRZ (L) sang RZ

Việc chuyển đổi từ NRZ (L) sang RZ rất đơn giản và có thể đạt được bằng cách sử dụng một cổng AND duy nhất. Hình 1 cho thấy thiết kế cho việc chuyển đổi này.

● NRZ (L) sang RB

Để chuyển đổi NRZ (L) sang RB, chúng ta cần đạt được ba mức logic (-1, 0, +1). Với mục đích này, chúng tôi sử dụng một công tắc 4066 (công tắc tương tự bốn bên) để cung cấp chuyển mạch lưỡng cực từ 5 V, 0 V và -5 V. Logic kỹ thuật số được sử dụng để điều khiển việc chuyển đổi ba mức logic bằng cách lựa chọn đầu vào cho phép 4066 1E, 2E và 3E [Petrova, Pesha D., và Boyan D. Karapenev. "Tổng hợp và mô phỏng bộ chuyển đổi mã nhị phân." Viễn thông trong dịch vụ truyền hình, cáp và vệ tinh hiện đại, 2003. TELSIKS 2003. Hội nghị quốc tế lần thứ 6 về. Tập 2. IEEE, 2003].

Điều khiển logic được thực hiện như sau:

Q1 = Tín hiệu & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Tín hiệu '

Sơ đồ chuyển đổi tổng thể được thể hiện trong Hình 2.

● NRZ (L) sang AMI

Việc chuyển đổi NRZ (L) sang AMI cũng sử dụng IC 4066 vì mã AMI có 3 mức logic. Sơ đồ điều khiển logic được tóm tắt trong Bảng 1 tương ứng với sơ đồ chuyển đổi tổng thể được thể hiện trong Hình 3.

Lược đồ logic có thể được viết theo cách sau:

Q1 = (Tín hiệu & Clk) & Q

Q2 = (Tín hiệu & Clk) '

Q3 = (Tín hiệu & Clk) & Q '

Trong đó Q là đầu ra của D-Flip flop với mối quan hệ chuyển tiếp sau:

Qnext = Tín hiệu & Qprev '+ Tín hiệu' & Qprev

● AMI sang RZ

Để chuyển đổi AMI sang RZ, hai điốt được sử dụng để chia tín hiệu đầu vào thành các phần tích cực và tiêu cực. Một op-amp đảo ngược (hoặc mạch logic dựa trên bóng bán dẫn) có thể được sử dụng để đảo ngược phần âm được tách biệt của tín hiệu. Cuối cùng, tín hiệu đảo ngược này được chuyển tới cổng OR cùng với tín hiệu tích cực để thu được tín hiệu đầu ra mong muốn ở định dạng RZ như trong Hình 4.

● NRZ (L) đến Manchester hai pha

Chuyển đổi từ NRZ (L) sang Manchester Split-phase là đơn giản như trong Hình 5. Tín hiệu đầu vào cùng với tín hiệu đồng hồ được chuyển đến một cổng NXOR để thu được tín hiệu đầu ra (theo quy ước của G. E. Thomas). Một cổng XOR cũng có thể được sử dụng để lấy mã Manchester (theo quy ước IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Mã Manchester phân pha thành Mã đánh dấu phân pha

Việc chuyển đổi từ mã Split-phase Manchester sang Split-phase Mark được thể hiện trong Hình 6. Đầu vào và tín hiệu xung nhịp được đưa qua cổng AND để tạo xung nhịp cho D-flip flop.

D-flip được điều chỉnh bởi phương trình sau:

Qnext = Q '

Tín hiệu đầu ra thu được như sau:

Đầu ra = Clk & Q + Clk 'Q'

● Nhiều chuyển đổi mã dòng hơn

Sử dụng các chuyển đổi trên, người ta có thể dễ dàng nhận được các thiết kế cho nhiều mã dòng hơn. Ví dụ, có thể kết hợp chuyển đổi mã NRZ (L) sang mã Manchester phân pha và chuyển đổi mã Manchester phân pha thành mã Dấu phân pha để chuyển trực tiếp mã NRZ (L) sang mã đánh dấu phân pha.

Bước 2: Thiết kế GreenPAK

Các sơ đồ chuyển đổi được trình bày ở trên có thể dễ dàng thực hiện trong trình thiết kế GreenPAK ™ cùng với một số thành phần phụ trợ bên ngoài. SLG46537 cung cấp nguồn lực dồi dào để thực hiện các thiết kế đã cho. Các thiết kế chuyển đổi GreenPAK được cung cấp theo thứ tự như trước đây.

Bước 3: NRZ (L) đến RZ trong GreenPAK

Thiết kế GreenPAK cho NRZ (L) đến RZ trong Hình 7 tương tự như thiết kế trong Bước 1 ngoại trừ việc có thêm một khối DLY. Khối này là tùy chọn nhưng cung cấp khả năng khử trục trặc cho các lỗi đồng bộ hóa giữa đồng hồ và tín hiệu đầu vào.

Bước 4: NRZ (L) sang RB trong GreenPAK

Thiết kế GreenPAK cho NRZ (L) tới RB được thể hiện trong Hình 8. Hình vẽ cho thấy cách kết nối các thành phần logic trong CMIC để đạt được thiết kế dự kiến được đưa ra trong Bước 1.

Bước 5: NRZ (L) đến AMI ở GreenPAK

Hình 9 minh họa cách cấu hình GreenPAK CMIC để chuyển đổi từ NRZ (L) sang AMI. Sơ đồ này cùng với các thành phần bên ngoài phụ trợ được đưa ra trong Bước 1 có thể được sử dụng để chuyển đổi mong muốn

Bước 6: AMI đến RZ ở GreenPAK

Trong Hình 10, thiết kế GreenPAK cho chuyển đổi AMI sang RZ được hiển thị. GreenPAK CMIC được cấu hình theo cách như vậy cùng với op-amp và điốt có thể được sử dụng để có được đầu ra cần thiết.

Bước 7: NRZ (L) đến Manchester chia giai đoạn ở GreenPAK

Trong Hình 11, một cổng NXOR được sử dụng trong thiết kế GreenPAK để có được chuyển đổi NRZ (L) sang Manchester Split-phase.

Bước 8: Manchester chia pha thành Mã đánh dấu phân pha trong GreenPAK

Trong Hình 12, thiết kế GreenPAK cho mã Mark-phase Manchester Split-phase được đưa ra. Thiết kế cho quá trình chuyển đổi đã hoàn tất và không cần thành phần bên ngoài nào cho quá trình chuyển đổi. Các khối DLY là tùy chọn để loại bỏ các trục trặc phát sinh do lỗi đồng bộ hóa giữa tín hiệu đầu vào và đồng hồ.

Bước 9: Kết quả thử nghiệm

Tất cả các thiết kế được trình bày đã được thử nghiệm để xác minh. Các kết quả được cung cấp theo thứ tự như trước đây.

Bước 10: NRZ (L) đến RZ

Kết quả thực nghiệm đối với chuyển đổi NRZ (L) sang RZ được thể hiện trong Hình 13. NRZ (L) được hiển thị bằng màu vàng và RZ được hiển thị bằng màu xanh lam.

Bước 11: NRZ (L) sang RB

Kết quả thực nghiệm đối với chuyển đổi NRZ (L) sang RB được cho trong Hình 14. NRZ (L) được hiển thị bằng màu đỏ và RB được hiển thị bằng màu xanh lam.

Bước 12: NRZ (L) đến AMI

Hình 15 cho thấy kết quả thực nghiệm đối với chuyển đổi NRZ (L) sang AMI. NRZ (L) được hiển thị bằng màu đỏ và AMI được hiển thị bằng màu vàng.

Bước 13: AMI đến RZ

Hình 16 cho thấy kết quả thực nghiệm đối với chuyển đổi AMI sang RZ. AMI được chia thành các phần tích cực và tiêu cực được hiển thị bằng màu vàng và xanh lam. Tín hiệu RZ đầu ra được chuyển đổi được hiển thị bằng màu đỏ.

Bước 14: NRZ (L) đến Manchester chia pha

Hình 17 cho thấy kết quả thực nghiệm đối với chuyển đổi NRZ (L) sang Manchester lệch pha. Tín hiệu NRZ (L) được hiển thị bằng màu vàng và tín hiệu Manchester tách pha được chuyển đổi được hiển thị bằng màu xanh lam.

Bước 15: Manchester chia pha thành Mã đánh dấu chia pha

Hình 18 cho thấy sự chuyển đổi từ mã Manchester Split-phase sang mã Mark-phase. Mã Manchester được hiển thị bằng màu vàng trong khi mã Mark được hiển thị bằng màu xanh lam.

Phần kết luận

Mã đường dây là cơ sở của một số giao thức truyền thông nối tiếp được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp khác nhau. Chuyển đổi mã dòng một cách dễ dàng và chi phí thấp được tìm kiếm trong nhiều ứng dụng. Trong chi tiết có thể hướng dẫn này được cung cấp để chuyển đổi một số mã dòng bằng SLG46537 của Dialog cùng với một số thành phần bên ngoài phụ trợ. Các thiết kế được trình bày đã được xác minh và kết luận rằng việc chuyển đổi mã dòng có thể được thực hiện dễ dàng bằng cách sử dụng CMIC của Dialog.