DIY -sarjan linjakoodausmuuntimet: 15 vaihetta

2025 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2025-01-23 14:41

Sarjamuotoisesta tiedonsiirrosta on tullut kaikkialla läsnä monissa teollisissa sovelluksissa, ja on olemassa useita lähestymistapoja minkä tahansa sarjaliikennerajapinnan suunnitteluun. On kätevää käyttää yhtä vakioprotokollista, kuten UART, I2C tai SPI. Lisäksi on olemassa useita muita protokollia omistettuihin sovelluksiin, kuten CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet tai MIPI. Toinen vaihtoehto sarjatietojen käsittelyyn on räätälöityjen protokollien käyttö. Nämä protokollat perustuvat yleensä linjakoodeihin. Yleisimmät linjakoodaustyypit ovat NRZ, Manchester-koodi, AMI jne. [Configurable Protocol Decoding of Manchester and NRZ-Encoded Signals, Teledyne Lecroy Whitepape].

Esimerkkejä erikoistuneista sarjaprotokollista ovat DALI rakennuksen valaistuksen ohjaukseen ja PSI5, jota käytetään anturien liittämiseen ohjaimiin autosovelluksissa. Molemmat esimerkit perustuvat Manchester -koodaukseen. Samoin SENT-protokollaa käytetään autojen anturien ja ohjainten linkkeihin, ja CAN-väylä, jota käytetään yleisesti kommunikaation mahdollistamiseen mikro-ohjaimien ja muiden autosovellusten laitteiden välillä, perustuvat NRZ-koodaukseen. Lisäksi monia muita monimutkaisia ja erikoistuneita protokollia on suunniteltu ja suunnitellaan käyttäen Manchester- ja NRZ -järjestelmiä.

Jokaisella rivikoodilla on omat ansionsa. Esimerkiksi binäärisignaalin lähettämisessä kaapelia pitkin voi syntyä vääristymiä, joita voidaan vähentää merkittävästi käyttämällä AMI -koodia [Petrova, Pesha D. ja Boyan D. Karapenev. "Binäärikoodimuuntimien synteesi ja simulointi." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. Kuudes kansainvälinen konferenssi aiheesta. Voi. 2. IEEE, 2003]. Lisäksi AMI -signaalin kaistanleveys on pienempi kuin vastaava RZ -muoto. Samoin Manchester -koodissa ei ole joitain puutteita, jotka ovat luontaisia NRZ -koodille. Esimerkiksi Manchester-koodin käyttäminen sarjaliitännässä poistaa DC-komponentit, tarjoaa kellon palautuksen ja tarjoaa suhteellisen korkean melunsuojauksen [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Siksi tavallisten rivikoodien muuntamisen hyödyllisyys on ilmeistä. Monissa sovelluksissa, joissa käytetään viivakoodeja suoraan tai epäsuorasti, binaarikoodin muuntaminen on välttämätöntä.

Tässä Instructable-esitteessä esittelemme kuinka toteuttaa monen rivin koodausmuuntimet käyttämällä edullista Dialog SLG46537 CMIC -tekniikkaa.

Seuraavassa kuvataan vaiheet, jotka tarvitaan ymmärtämään, miten GreenPAK -siru on ohjelmoitu luomaan sarjalinjakoodausmuuntimet. Jos haluat vain saada ohjelmoinnin tuloksen, lataa GreenPAK -ohjelmisto nähdäksesi jo valmistuneen GreenPAK -suunnittelutiedoston. Liitä GreenPAK -kehityssarja tietokoneeseesi ja napsauta ohjelmaa luodaksesi mukautetun IC: n sarjaliikenteen koodausmuuntimille.

Vaihe 1: Tulosmallit

Tässä ohjeessa esitetään seuraavien rivikoodimuuntimien suunnittelu:

● NRZ (L) - RZ

Muuntaminen NRZ (L): sta RZ: ksi on yksinkertaista ja se voidaan saavuttaa käyttämällä yhtä AND -porttia. Kuva 1 esittää tämän muunnoksen rakenteen.

● NRZ (L) - RB

NRZ (L): n muuntamiseksi RB: ksi meidän on saavutettava kolme loogista tasoa (-1, 0, +1). Tätä tarkoitusta varten käytämme 4066 (nelipuoleinen analoginen kytkin), joka tarjoaa bipolaarisen kytkennän 5 V, 0 V ja -5 V välillä. Digitaalista logiikkaa käytetään ohjaamaan kolmen logiikkatason kytkentää valitsemalla 4066 käyttöönottoa 1E, 2E ja 3E [Petrova, Pesha D. ja Boyan D. Karapenev. "Binäärikoodimuuntimien synteesi ja simulointi." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. Kuudes kansainvälinen konferenssi aiheesta. Voi. 2. IEEE, 2003].

Looginen ohjaus toteutetaan seuraavasti:

Q1 = Signaali & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

Yleinen muunnoskaavio on esitetty kuvassa 2.

● NRZ (L) - AMI

NRZ (L) - AMI -muunnos käyttää myös 4066 IC: tä, koska AMI -koodilla on 3 logiikkatasoa. Looginen ohjausjärjestelmä on esitetty yhteenvetona taulukossa 1, joka vastaa kuviossa 3 esitettyä yleistä muunnoskaaviota.

Logiikkakaavio voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Q1 = (Signaali & Clk) & Q

Q2 = (Signaali & Clk) '

Q3 = (Signaali & Clk) & Q '

Missä Q on D-Flip-flopin lähtö seuraavalla siirtymäsuhteella:

Qnext = Signaali & Qprev ' + Signal' & Qprev

● AMI - RZ

AMI -RZ -muunnoksessa käytetään kahta diodia tulosignaalin jakamiseen positiivisiksi ja negatiivisiksi osiksi. Käänteistä op-vahvistinta (tai transistoripohjaista logiikkapiiriä) voidaan käyttää signaalin erotetun negatiivisen osan kääntämiseen. Lopuksi tämä käänteinen signaali välitetään TAI -portille yhdessä positiivisen signaalin kanssa halutun lähtösignaalin saamiseksi RZ -muodossa, kuten kuvassa 4 on esitetty.

● NRZ (L) jaettuun vaiheeseen Manchester

Muuntaminen NRZ (L): sta jaetun vaiheen Manchesteriksi on suoraviivaista, kuten kuvassa 5. Tulosignaali ja kellosignaali välitetään NXOR-portille lähtösignaalin saamiseksi (G. E. Thomasin tavan mukaan). XOR -porttia voidaan käyttää myös Manchester -koodin hankkimiseen (IEEE 802.3 -sopimuksen mukaisesti) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Split-phase Manchester-Split-phase Mark -koodi

Muuntaminen jaetun vaiheen Manchesterista jaetun vaiheen merkkikoodiksi on esitetty kuvassa 6. Tulo ja kellosignaali välitetään AND-portin kautta D-flip-flopin kelloksi.

D-kääntöä säätelee seuraava yhtälö:

Qnext = Q '

Lähtösignaali saadaan seuraavasti:

Lähtö = Clk & Q + Clk 'Q'

● Lisää rivikoodimuunnoksia

Käyttämällä yllä olevia muunnoksia voidaan helposti saada malleja lisää rivikoodeja varten. Esimerkiksi NRZ (L) jaetun vaiheen Manchester-koodimuunnos ja jaetun vaiheen Manchester-koodi jaetun vaiheen merkkikoodin muuntaminen voidaan yhdistää suoraan NRZ (L) -jako-vaiheen Mark-koodin saamiseksi.

Vaihe 2: GreenPAK -mallit

Yllä esitetyt muuntamismallit voidaan helposti toteuttaa GreenPAK ™ -suunnittelijassa joidenkin ulkoisten lisäkomponenttien kanssa. SLG46537 tarjoaa runsaasti resursseja annettujen mallien toteuttamiseen. GreenPAK -muunnosmallit toimitetaan samassa järjestyksessä kuin aiemmin.

Vaihe 3: NRZ (L) - RZ GreenPAKissa

GreenPAK -malli NRZ (L) - RZ kuvassa 7 on samanlainen kuin vaiheessa 1 esitetty, paitsi että siihen on lisätty yksi DLY -lohko. Tämä lohko on valinnainen, mutta se poistaa häiriöt kellon ja tulosignaalien välisistä synkronointivirheistä.

Vaihe 4: NRZ (L) - RB GreenPAKissa

GreenPAK -malli NRZ (L) - RB: lle on esitetty kuvassa 8. Kuvassa näytetään, miten CMIC: n logiikkakomponentit kytketään, jotta saavutetaan vaiheessa 1 annettu suunnitelma.

Vaihe 5: NRZ (L) AMI: hen GreenPAKissa

Kuva 9 havainnollistaa, miten GreenPAK CMIC määritetään muunnettavaksi NRZ (L): stä AMI: ksi. Tätä kaaviota yhdessä vaiheessa 1 annettujen ulkoisten lisäkomponenttien kanssa voidaan käyttää haluttuun muuntamiseen

Vaihe 6: AMI - RZ GreenPAKissa

Kuvassa 10 GreenPAK -malli AMI -RZ -muunnokseen on esitetty. Tällä tavalla konfiguroitu GreenPAK CMIC yhdessä op-amp: n ja diodien kanssa voidaan käyttää vaaditun lähdön saamiseksi.

Vaihe 7: NRZ (L) Split-phase Manchesteriin GreenPAKissa

Kuviossa 11 GreenPAK-mallissa käytetään NXOR-porttia NRZ (L) -jako-Manchester-muunnoksen saamiseksi.

Vaihe 8: Split-phase Manchester-Split-phase Mark Code GreenPAKissa

Kuvassa 12 on esitetty GreenPAK-malli Split-phase Manchester-Split-phase Mark -koodille. Muunnoksen suunnittelu on valmis eikä muuntamisprosessiin tarvita ulkoisia komponentteja. DLY -lohkot ovat valinnaisia tulo- ja kellosignaalien välisten synkronointivirheiden aiheuttamien häiriöiden poistamiseksi.

Vaihe 9: Kokeelliset tulokset

Kaikki esitetyt mallit testattiin todentamista varten. Tulokset esitetään samassa järjestyksessä kuin aiemmin.

Vaihe 10: NRZ (L) - RZ

Kokeelliset tulokset NRZ (L) -RZ -muunnokselle on esitetty kuvassa 13. NRZ (L) on esitetty keltaisena ja RZ sinisenä.

Vaihe 11: NRZ (L) - RB

Kokeelliset tulokset NRZ (L) -RB -muunnokselle on esitetty kuvassa 14. NRZ (L) näkyy punaisena ja RB sinisenä.

Vaihe 12: NRZ (L) AMI: lle

Kuvio 15 esittää kokeelliset tulokset NRZ (L): n AMI -muunnokselle. NRZ (L) näkyy punaisena ja AMI keltaisena.

Vaihe 13: AMI - RZ

Kuvio 16 esittää kokeelliset tulokset AMI -RZ -muunnokselle. AMI on jaettu positiivisiin ja negatiivisiin osiin keltaisella ja sinisellä. Muunnettu RZ -lähtösignaali näkyy punaisena.

Vaihe 14: NRZ (L) jaetun vaiheen Manchesteriin

Kuvio 17 esittää kokeellisia tuloksia NRZ (L)-jaettu vaihe Manchester-muunnokselle. NRZ (L) -signaali näkyy keltaisena ja muunnettu jaetun vaiheen Manchester-signaali sinisenä.

Vaihe 15: Jaetun vaiheen Manchester jaetun vaiheen merkkikoodiksi

Kuva 18 esittää muuntamisen jaetun vaiheen Manchesterista jaetun vaiheen merkkikoodiksi. Manchester -koodi näkyy keltaisena ja Mark -koodi sinisenä.

Johtopäätös

Linjakoodit muodostavat perustan useille sarjaliikenneprotokollille, joita käytetään yleisesti eri teollisuudenaloilla. Rivikoodien muuntaminen helposti ja edullisesti monissa sovelluksissa. Tässä ohjeessa on yksityiskohtaisia tietoja useiden rivikoodien muuntamisesta Dialogin SLG46537: n ja joidenkin ulkoisten lisäkomponenttien avulla. Esitetyt mallit on tarkistettu, ja pääteltiin, että rivikoodien muuntaminen voidaan tehdä helposti Dialogin CMIC -korteilla.