引言

雖然計算機通信的方法和手段多種多樣，但都必須依靠數(shù)據(jù)通信技術(shù)。數(shù)據(jù)通信就是將數(shù)據(jù)信號加到數(shù)據(jù)傳輸信道上進行傳輸，并在接收點將原始發(fā)送的數(shù)據(jù)正確地恢復(fù)過來。由于計算機產(chǎn)生的一般都是數(shù)字信號，因此計算機之間的通信實際上都屬于數(shù)據(jù)通信。曼徹斯特碼編解碼器是1553B總線接口中不可缺少的重要組成部分。曼徹斯特碼編解碼器設(shè)計的好壞直接影響總線接口的性能。在數(shù)控測井系統(tǒng)和無線監(jiān)控等領(lǐng)域，曼徹斯特碼編解碼器都有廣泛應(yīng)用。

1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1所示是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成。在計算機通信中，通信雙方傳遞的信息必須進行量化并以某種形式進行編碼后才能進行傳輸。機內(nèi)信號不論采用哪一種編碼方法，它們的基本信號都是脈沖信號，為了減少信號在傳輸媒質(zhì)上的通信帶寬限制，以及噪音、衰減、時延等影響，也由于同步技術(shù)的需要，操作時都需要對簡單的脈沖信號進行一些不同的變換，以適合傳輸?shù)男枰�。這樣就會產(chǎn)生許多不同的代碼，通常有不歸零電平(NRZ-L)碼，逢“1”反轉(zhuǎn)(NRZ-1)碼，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特等。圖2所示是部分編碼方式的波形圖。

由圖2可知，不歸零碼的制碼原理是用負電平表示“0”，正電平表示“1”，其缺點是難以分辨一位的結(jié)束和另一位的開始；發(fā)送方和接收方必須有時鐘同步；若信號中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，信號直流分量將累加。這樣就容易產(chǎn)生傳播錯誤。曼徹斯特碼(Manchester)的原理是每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示“0”，從高跳到低表示“1”。這種編碼方式克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)據(jù)，又可作為時鐘，因而能夠自同步。曼徹斯特編碼特點是每傳輸一位數(shù)據(jù)都對應(yīng)一次跳變，因而利于同步信號的提取，而且直流分量恒定不變。缺點是數(shù)據(jù)編碼后，脈沖頻率為數(shù)據(jù)傳輸速度的2倍。差分曼徹斯特碼(DifferentialManchester)的原理是每一位中間都有一個跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。這種方式的優(yōu)點是時鐘、數(shù)據(jù)分離，便于提取。

2曼徹斯特編解碼器的設(shè)計

可編程邏輯器件的出現(xiàn)為數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計帶來了很大的靈活性．而VHDL(VHSICHardwareDescriptionLanguage)是一種功能強大的硬件設(shè)計語言，可用簡潔的代碼來進行復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計。為此，本文采用VHDL語言來對曼徹斯特編解碼器進行描述，并用Active-HDL進行編譯，最后用Synplify進行綜合。

2.1解碼

根據(jù)曼徹斯特碼的特點，可將該碼的解碼過程分成三部分：一是啟動解碼時鐘，即通過檢測一個數(shù)據(jù)跳變沿來使能時鐘。二是對曼徹斯特碼形式的數(shù)據(jù)進行解碼。三是將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。解碼器的邏輯框圖如圖3所示。

該邏輯可南進程實現(xiàn)。輸人的時鐘為clkl6x的時鐘，串行的曼徹斯特碼的數(shù)據(jù)與單倍的時鐘相對應(yīng)。首先，串行的曼碼由clk16x的時鐘采樣，之后再將采樣到的數(shù)據(jù)先后存放在兩個寄存器中，當(dāng)兩個寄存器中的值不一致時，即開始解碼過程，從而完成檢測數(shù)據(jù)變化的進程。分頻計數(shù)進程用來產(chǎn)生clklx，并用分頻計數(shù)的結(jié)果來實現(xiàn)1／4和3／4點的采樣。根據(jù)曼徹斯特碼的性質(zhì)，對1／4和3／4點采樣可以準確的恢復(fù)成NRZ碼。此后在clklx的驅(qū)動下，控制字計數(shù)器開始計數(shù)，直到8個clklx之后，計數(shù)器歸零。解碼進程則在clkl6x的驅(qū)動下，對1／4和3／4采樣點的數(shù)據(jù)進行解碼，從而得到曼碼相對應(yīng)的NRZ碼。緊接著將解碼得到的每一位NRZ碼移入8位的移位寄存器，當(dāng)控制字寄存器計到8時(即8位移位寄存器溢出的時候)，再將8位NRZ碼一起輸出到數(shù)據(jù)寄存器，最后輸出數(shù)據(jù)寄存器中被解碼好的NRZ碼。

圖4所示是采用該設(shè)計的曼徹斯特碼的時序仿真波形，clkl6x采用16MHz的時鐘，mdi為輸入的曼碼(10101100)。最后輸出dout為十六進制AC，這說明該解碼過程是正確的。