第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第1页共7页基于CPLD的曼彻斯特编码技术王奇，王英民，牛奕龙，陶林伟时间:2010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。第2页共7页第1页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第2页共7页解码端的CPLD内部程序框图如图2所示，首先曼彻斯特解码模块把输入的曼彻斯特码解码成NRZ码，并从码元中提取同步时钟，然后在移位寄存器中对串行NRZ码完成串/并转换，最后把并行信号锁存到锁存器中并输出。3曼彻斯特编解码器设计在编解码器的设计中，VHDL设计语言和原理图方式混合使用，提高了软件设计的灵活性。3.1编码器设计(1)同步头解码时，何时开始一个解码周期是解码正确与否的关键，为此在曼彻斯特码的前面增加了4个时钟周期(此时钟是数据传输速率的2倍)的高电平作为同步头。编码时首先输出同步头，接着输出曼彻斯特码元。解码器检测到此同步头时启动一个解码周期。本文中采用的曼彻斯特编码的数据帧格式如图3所示，第1~2位为高电平，作为数据帧的同步头；第3~18位是16个经过曼彻斯特编码的数据位。第3页共7页第2页共7页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第3页共7页(2)曼彻斯特编码根据曼彻斯特码的特点，常规设计方法是将NRZ码和时钟信号相异或进行编码，这种方法的缺点是会在数据的跳变沿产生毛刺。设计中采用如下编码方式：选用二倍频于数据传输速率的时钟，当时钟个数为奇数时,曼彻斯特码等于NRZ码；当时钟个数为偶数时,曼彻斯特码等于NRZ码取反。这种编码方式简单易行，而且解决了常规通过异或方式编码产生的毛刺现象。3.2解码器设计曼彻斯特解码框图如图4所示，主要分为4个部分：同步头检测电路、同步时钟提取器、解码的判决器和计数器。其中同步头检测电路和判决器采用VHDL语言设计，同步时钟提取器和计数器使用原理图方式设计。下面分别介绍这4部分：(1)同步头检测电路同步头检测电路有2个功能：检测同步头和去掉同步头。这部分电路不断对接收到的数据进行检测，当检测到同步头后，向其他3部分发送使能信号，控制这3个部分开始工作，并且同步头检测电路还将去掉同步头后的标准曼彻斯特码发送给判决器，由判决器对接收到的...
