مبدلهای کدگذاری خط سریال DIY: 15 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

ارتباط داده های سریال در بسیاری از کاربردهای صنعتی در همه جا رایج شده است و روش های مختلفی برای طراحی هرگونه رابط ارتباطی داده های سریال وجود دارد. استفاده از یکی از پروتکل های استاندارد مانند UART ، I2C یا SPI راحت است. علاوه بر این ، چندین پروتکل دیگر برای برنامه های اختصاصی تر مانند CAN ، LIN ، Mil-1553 ، Ethernet یا MIPI وجود دارد. گزینه دیگری برای رسیدگی به داده های سریال استفاده از پروتکل های سفارشی است. این پروتکل ها معمولاً بر اساس کدهای خط هستند. رایج ترین انواع رمزگذاری خطوط عبارتند از: NRZ ، کد منچستر ، AMI و غیره.

نمونه هایی از پروتکل های سریال تخصصی شامل DALI برای کنترل روشنایی ساختمان و PSI5 است که برای اتصال حسگرها به کنترل کننده ها در برنامه های خودرو استفاده می شود. هر دوی این مثالها بر اساس کدگذاری منچستر است. به طور مشابه ، پروتکل SENT برای پیوندهای حسگر- کنترل کننده خودرو استفاده می شود و گذرگاه CAN که معمولاً برای فعال کردن ارتباط بین میکروکنترلرها و سایر دستگاه ها در برنامه های خودرو استفاده می شود ، بر اساس کدگذاری NRZ است. علاوه بر این ، بسیاری از پروتکل های پیچیده و تخصصی دیگر با استفاده از طرح های منچستر و NRZ طراحی شده و در حال طراحی هستند.

هر کد خط دارای مزایای خاص خود است. به عنوان مثال ، در فرایند انتقال یک سیگنال دوتایی در امتداد یک کابل ، ممکن است اعوجاج ایجاد شود که می تواند با استفاده از کد AMI به میزان قابل توجهی کاهش یابد [پترووا ، پشا دی ، و بویان دی کاراپنف. "سنتز و شبیه سازی مبدل های کد باینری." ارتباطات از راه دور در خدمات ماهواره ای ، کابلی و پخش ، 2003. TELSIKS 2003. ششمین کنفرانس بین المللی در. جلد 2. IEEE ، 2003]. علاوه بر این ، پهنای باند یک سیگنال AMI کمتر از فرمت RZ معادل آن است. به همین ترتیب ، کد منچستر دارای برخی از نقایص ذاتی در کد NRZ نیست. به عنوان مثال ، استفاده از کد منچستر در خط سریال اجزای DC را حذف می کند ، بازیابی ساعت را فراهم می کند و سطح نسبتا بالایی از ایمنی سر و صدا را فراهم می کند [Hd-6409 Renesas Datasheet].

بنابراین ، کاربرد تبدیل کدهای خط استاندارد مشخص است. در بسیاری از برنامه هایی که کدهای خط به طور مستقیم یا غیر مستقیم استفاده می شود ، تبدیل کد دودویی ضروری است.

در این دستورالعمل ، ما نحوه تحقق مبدلهای کدگذاری خطی چندگانه با استفاده از Cialic Dialog SLG46537 کم هزینه را ارائه می دهیم.

در زیر مراحل مورد نیاز برای درک نحوه برنامه ریزی تراشه GreenPAK برای ایجاد مبدل های کدگذاری خط سریال را شرح دادیم. با این حال ، اگر فقط می خواهید نتیجه برنامه نویسی را دریافت کنید ، نرم افزار GreenPAK را بارگیری کنید تا فایل طراحی GreenPAK را که قبلاً تکمیل شده است مشاهده کنید. کیت توسعه GreenPAK را به رایانه خود وصل کرده و برنامه را فشار دهید تا IC سفارشی برای مبدل های کدگذاری خط سریال ایجاد شود.

مرحله 1: طراحی های تبدیل

طراحی مبدل های کد خط زیر در این دستورالعمل ارائه شده است:

● NRZ (L) به RZ

تبدیل از NRZ (L) به RZ ساده است و می توان با استفاده از یک دروازه AND به دست آورد. شکل 1 طرح این تبدیل را نشان می دهد.

● NRZ (L) به RB

برای تبدیل NRZ (L) به RB ، ما باید به سه سطح منطقی (-1 ، 0 ، +1) برسیم. برای این منظور ، ما از یک سوئیچ 4066 (سوئیچ آنالوگ چهار طرفه) برای ارائه سوئیچ دوقطبی از 5 ولت ، 0 ولت و -5 ولت استفاده می کنیم. منطق دیجیتالی برای کنترل سوئیچینگ سه سطح منطقی با انتخاب ورودی های فعال 4066 استفاده می شود. 1E ، 2E و 3E [پترووا ، پشا دی ، و بویان دی کاراپنف. "سنتز و شبیه سازی مبدل های کد باینری." ارتباطات از راه دور در سرویس ماهواره ای ، کابلی و پخش ، 2003. TELSIKS 2003. ششمین کنفرانس بین المللی در. جلد 2. IEEE ، 2003].

کنترل منطقی به شرح زیر اجرا می شود:

Q1 = سیگنال و Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

طرح کلی تبدیل در شکل 2 نشان داده شده است.

● NRZ (L) به AMI

تبدیل NRZ (L) به AMI نیز از IC 4066 استفاده می کند زیرا کد AMI دارای 3 سطح منطقی است. طرح کنترل منطقی در جدول 1 مطابق با شماتیک تبدیل کلی نشان داده شده در شکل 3 خلاصه شده است.

طرح منطقی را می توان به روش زیر نوشت:

Q1 = (سیگنال و Clk) و Q

Q2 = (سیگنال و Clk) '

Q3 = (سیگنال و Clk) و Q '

جایی که Q خروجی D-Flip فلاپ با رابطه انتقالی زیر است:

Qnext = Signal & Qprev ' + Signal' & Qprev

I AMI به RZ

برای تبدیل AMI به RZ از دو دیود برای تقسیم سیگنال ورودی به دو قسمت مثبت و منفی استفاده می شود. می توان از یک op-amp معکوس (یا یک مدار منطقی مبتنی بر ترانزیستور) برای معکوس کردن قسمت منفی جدا شده سیگنال استفاده کرد. در نهایت ، این سیگنال معکوس به همراه سیگنال مثبت به یک دروازه OR منتقل می شود تا سیگنال خروجی مورد نظر در قالب RZ مطابق شکل 4 بدست آید.

● NRZ (L) به منچستر در فاز شکاف

تبدیل از NRZ (L) به منچستر فاز جدا شده همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است بسیار ساده است. سیگنال ورودی به همراه سیگنال ساعت به یک دروازه NXOR منتقل می شود تا سیگنال خروجی را بدست آورد (طبق کنوانسیون G. E. Thomas). همچنین می توان از یک دروازه XOR برای بدست آوردن کد منچستر (طبق کنوانسیون 802.3 IEEE) [https://fa.wikipedia.org/wiki/Manchester_code] استفاده کرد.

Mark تقسیم فاز منچستر به اسپلیت فاز کد علامت گذاری

تبدیل کد منچستر به اسپلیت فاز به اسپلیت فاز در شکل 6 نشان داده شده است. ورودی و سیگنال ساعت از یک دروازه AND عبور می کند تا یک فلیپ فلاپ D را بگیرد.

D-flip توسط معادله زیر اداره می شود:

Qnext = Q '

سیگنال خروجی به شرح زیر بدست می آید:

خروجی = Clk & Q + Clk 'Q'

● تبدیل کد خط بیشتر

با استفاده از تبدیل های بالا می توانید به راحتی طرح های کد خط بیشتری را بدست آورید. به عنوان مثال ، تبدیل کد NRZ (L) به مرحله تقسیم منچستر و تبدیل کد منچستر به مرحله تقسیم به علامت تقسیم فاز می تواند به طور مستقیم کد NRZ (L) به Split-phase Mark را بدست آورد.

مرحله 2: طرح های GreenPAK

طرح های تبدیل نشان داده شده در بالا را می توان به راحتی در طراح GreenPAK along همراه با برخی از اجزای جانبی جانبی پیاده سازی کرد. SLG46537 منابع زیادی برای اجرای طرح های ارائه شده فراهم می کند. طرحهای تبدیل GreenPAK به همان ترتیب قبلی ارائه می شود.

مرحله 3: NRZ (L) تا RZ در GreenPAK

طرح GreenPAK برای NRZ (L) تا RZ در شکل 7 مشابه آنچه در مرحله 1 نشان داده شده است با این تفاوت که یک بلوک DLY اضافه شده است. این بلوک اختیاری است اما برای رفع خطاهای همگام سازی بین ساعت و سیگنال های ورودی ، اختلال ایجاد می کند.

مرحله 4: NRZ (L) تا RB در GreenPAK

طرح GreenPAK برای NRZ (L) به RB در شکل 8 نشان داده شده است. شکل نحوه اتصال اجزای منطقی در CMIC را برای دستیابی به طرح مورد نظر در مرحله 1 نشان می دهد.

مرحله 5: NRZ (L) به AMI در GreenPAK

شکل 9 نحوه پیکربندی GreenPAK CMIC را برای تبدیل از NRZ (L) به AMI نشان می دهد. این شماتیک به همراه اجزای خارجی کمکی ارائه شده در مرحله 1 می تواند برای تبدیل مورد نظر استفاده شود

مرحله 6: AMI به RZ در GreenPAK

در شکل 10 طرح GreenPAK برای تبدیل AMI به RZ نشان داده شده است. GreenPAK CMIC که به گونه ای پیکربندی شده است همراه با op-amp و دیودها می تواند برای به دست آوردن خروجی مورد نیاز استفاده شود.

مرحله 7: NRZ (L) به منچستر فاز تقسیم شده در GreenPAK

در شکل 11 از یک دروازه NXOR در طراحی GreenPAK برای بدست آوردن تبدیل NRZ (L) به مرحله تقسیم منچستر استفاده شده است.

مرحله 8: کد مارک منچستر تا فاز تقسیم شده در GreenPAK

در شکل 12 طرح GreenPAK برای کد علامت گذاری مرحله ای منچستر تا فاز تقسیم شده آورده شده است. طراحی برای تبدیل کامل است و هیچ جزء خارجی برای فرایند تبدیل مورد نیاز نیست. بلوک های DLY برای رفع اشکالات ناشی از خطاهای همگام سازی بین سیگنال های ورودی و ساعت اختیاری است.

مرحله 9: نتایج تجربی

تمام طرحهای ارائه شده برای تأیید آزمایش شدند. نتایج به همان ترتیب قبلی ارائه می شود.

مرحله 10: NRZ (L) تا RZ

نتایج تجربی تبدیل NRZ (L) به RZ در شکل 13 نشان داده شده است. NRZ (L) به رنگ زرد و RZ به رنگ آبی نشان داده شده است.

مرحله 11: NRZ (L) تا RB

نتایج تجربی برای تبدیل NRZ (L) به RB در شکل 14 آورده شده است. NRZ (L) با رنگ قرمز و RB به رنگ آبی نشان داده شده است.

مرحله 12: NRZ (L) تا AMI

شکل 15 نتایج تجربی تبدیل NRZ (L) به AMI را نشان می دهد. NRZ (L) با رنگ قرمز و AMI با رنگ زرد نشان داده شده است.

مرحله 13: AMI تا RZ

شکل 16 نتایج تجربی تبدیل AMI به RZ را نشان می دهد. AMI به دو قسمت مثبت و منفی تقسیم می شود که به رنگ زرد و آبی نشان داده شده است. سیگنال RZ خروجی تبدیل شده با رنگ قرمز نشان داده شده است.

مرحله 14: NRZ (L) تا منچستر در مرحله تقسیم

شکل 17 نتایج تجربی برای تبدیل منچستر به NRZ (L) را نشان می دهد. سیگنال NRZ (L) با رنگ زرد و سیگنال منچستر خروجی تبدیل شده با فاز آبی رنگ نشان داده شده است.

مرحله 15: کد مارک منچستر به فاز تقسیم شده

شکل 18 تبدیل کد منچستر به فاز شکاف به فاز تقسیم شده را نشان می دهد. کد منچستر به رنگ زرد و کد مارک به رنگ آبی نشان داده شده است.

نتیجه

کدهای خط پایه چندین پروتکل ارتباطی سری هستند که به طور جهانی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. تبدیل کدهای خط به روشی آسان و کم هزینه که در بسیاری از برنامه ها جستجو می شود. در این دستورالعمل جزئیات مربوط به تبدیل چندین کد خط با استفاده از SLG46537 Dialog به همراه برخی از اجزای جانبی جانبی ارائه شده است. طرح های ارائه شده تأیید شده اند و نتیجه گرفته می شود که تبدیل کدهای خط به راحتی با استفاده از CMIC های Dialog قابل انجام است.