DIY Serial Line Coding Converters: 15 ขั้นตอน

2025 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2025-01-23 15:12

การสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรมแพร่หลายในแอปพลิเคชันอุตสาหกรรมจำนวนมาก และมีหลายวิธีในการออกแบบอินเทอร์เฟซการสื่อสารข้อมูลแบบอนุกรม สะดวกในการใช้หนึ่งในโปรโตคอลมาตรฐาน เช่น UART, I2C หรือ SPI นอกจากนี้ยังมีโปรโตคอลอื่นๆ อีกหลายอย่างสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ เช่น CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet หรือ MIPI อีกทางเลือกหนึ่งในการจัดการข้อมูลซีเรียลคือการใช้โปรโตคอลที่ปรับแต่งเอง โปรโตคอลเหล่านี้มักจะใช้รหัสบรรทัด การเข้ารหัสสายที่พบบ่อยที่สุดคือ NRZ, รหัสแมนเชสเตอร์, AMI เป็นต้น [การถอดรหัสโปรโตคอลที่กำหนดค่าได้ของสัญญาณที่เข้ารหัสของแมนเชสเตอร์และ NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape]

ตัวอย่างของโปรโตคอลอนุกรมเฉพาะทาง ได้แก่ DALI สำหรับควบคุมแสงสว่างในอาคาร และ PSI5 ซึ่งใช้เชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับตัวควบคุมในการใช้งานยานยนต์ ตัวอย่างทั้งสองนี้อิงตามการเข้ารหัสของแมนเชสเตอร์ ในทำนองเดียวกัน โปรโตคอล SENT ใช้สำหรับลิงก์ระหว่างเซ็นเซอร์กับตัวควบคุมในรถยนต์ และบัส CAN ที่ใช้กันทั่วไปเพื่อเปิดใช้งานการสื่อสารระหว่างไมโครคอนโทรลเลอร์และอุปกรณ์อื่นๆ ในแอปพลิเคชันยานยนต์จะขึ้นอยู่กับการเข้ารหัส NRZ นอกจากนี้ โปรโตคอลที่ซับซ้อนและเฉพาะทางอื่นๆ อีกมากมายได้รับและได้รับการออกแบบโดยใช้แผนงานของแมนเชสเตอร์และ NRZ

แต่ละบรรทัดมีข้อดีของตัวเอง ในกระบวนการส่งสัญญาณไบนารีบนสายเคเบิล ตัวอย่างเช่น การบิดเบือนสามารถเกิดขึ้นได้ซึ่งสามารถบรรเทาลงได้อย่างมากโดยใช้รหัส AMI [Petrova, Pesha D. และ Boyan D. Karapenev "การสังเคราะห์และการจำลองตัวแปลงรหัสไบนารี" โทรคมนาคมในบริการดาวเทียม เคเบิล และกระจายเสียงสมัยใหม่ พ.ศ. 2546 TELSIKS 2546 การประชุมนานาชาติครั้งที่ 6 เรื่อง ฉบับที่ 2. IEEE, 2003]. นอกจากนี้ แบนด์วิดท์ของสัญญาณ AMI ยังต่ำกว่ารูปแบบ RZ ที่เทียบเท่ากัน ในทำนองเดียวกัน รหัสแมนเชสเตอร์ไม่มีข้อบกพร่องบางอย่างที่มีอยู่ในรหัส NRZ ตัวอย่างเช่น การใช้รหัสแมนเชสเตอร์ในสายอนุกรมจะลบส่วนประกอบ DC ให้การกู้คืนนาฬิกา และให้ระดับการป้องกันเสียงรบกวนในระดับสูง [เอกสารข้อมูล HD-6409 Renesas]

ดังนั้นประโยชน์ของการแปลงรหัสบรรทัดมาตรฐานจึงชัดเจน ในแอปพลิเคชั่นจำนวนมากที่ใช้รหัสบรรทัดโดยตรงหรือโดยอ้อม การแปลงรหัสไบนารีเป็นสิ่งที่จำเป็น

ในคำแนะนำนี้ เรานำเสนอวิธีรับรู้ตัวแปลงรหัสหลายบรรทัดโดยใช้ Dialog SLG46537 CMIC ราคาประหยัด

ด้านล่างนี้ เราได้อธิบายขั้นตอนที่จำเป็น ทำความเข้าใจว่าชิป GreenPAK ได้รับการตั้งโปรแกรมเพื่อสร้างตัวแปลงรหัสซีเรียลไลน์อย่างไร อย่างไรก็ตาม หากคุณต้องการเพียงแค่ผลลัพธ์ของการเขียนโปรแกรม ให้ดาวน์โหลดซอฟต์แวร์ GreenPAK เพื่อดูไฟล์การออกแบบ GreenPAK ที่เสร็จสมบูรณ์แล้ว เสียบ GreenPAK Development Kit เข้ากับคอมพิวเตอร์ของคุณและกดโปรแกรมเพื่อสร้าง IC ที่กำหนดเองสำหรับตัวแปลงการเข้ารหัสสายอนุกรม

ขั้นตอนที่ 1: การออกแบบการแปลง

การออกแบบตัวแปลงรหัสบรรทัดต่อไปนี้มีให้ในคำแนะนำนี้:

● NRZ(L) ถึง RZ

การแปลงจาก NRZ(L) เป็น RZ ทำได้ง่ายและสามารถทำได้โดยใช้เกต AND เดียว รูปที่ 1 แสดงการออกแบบสำหรับการแปลงนี้

● NRZ(L) ถึง RB

สำหรับการแปลง NRZ(L) เป็น RB เราจำเป็นต้องบรรลุสามระดับตรรกะ (-1, 0, +1) เพื่อจุดประสงค์นี้ เราใช้ 4066 (ควอด-ทวิภาคีสวิตช์) เพื่อให้สวิตช์ไบโพลาร์จาก 5 V, 0 V และ -5 V ลอจิกดิจิตอลใช้เพื่อควบคุมการสลับระดับลอจิกสามระดับโดยการเลือก 4066 ที่เปิดใช้งานอินพุต 1E, 2E และ 3E [Petrova, Pesha D. และ Boyan D. Karapenev "การสังเคราะห์และการจำลองตัวแปลงรหัสไบนารี" โทรคมนาคมในบริการดาวเทียม เคเบิล และกระจายเสียงสมัยใหม่ พ.ศ. 2546 TELSIKS 2546 การประชุมนานาชาติครั้งที่ 6 เรื่อง ฉบับที่ 2. IEEE, 2003].

การควบคุมลอจิกดำเนินการดังนี้:

Q1= สัญญาณ & Clk

Q2= Clk'

Q3= Clk & สัญญาณ'

แผนผังการแปลงโดยรวมแสดงในรูปที่ 2

● NRZ(L) ถึง AMI

การแปลง NRZ(L) เป็น AMI ยังใช้ 4066 IC เนื่องจากรหัส AMI มี 3 ระดับตรรกะ โครงร่างการควบคุมลอจิกสรุปไว้ในตารางที่ 1 ซึ่งสอดคล้องกับแผนผังการแปลงโดยรวมที่แสดงในรูปที่ 3

แผนภาพลอจิกสามารถเขียนได้ดังนี้:

Q1 = (สัญญาณ & Clk) & Q

Q2 = (สัญญาณ & Clk)'

Q3 = (สัญญาณ & Clk) & Q'

โดยที่ Q คือผลลัพธ์ของ D-Flip flop ที่มีความสัมพันธ์เฉพาะกาลต่อไปนี้:

Qnext = สัญญาณ & Qprev' + สัญญาณ' & Qprev

● AMI ถึง RZ

สำหรับการแปลง AMI เป็น RZ จะใช้ไดโอดสองตัวเพื่อแยกสัญญาณอินพุตออกเป็นส่วนบวกและลบ สามารถใช้ op-amp แบบ inverting (หรือวงจรลอจิกที่ใช้ทรานซิสเตอร์) เพื่อกลับด้านลบที่แยกจากกันของสัญญาณ ในที่สุด สัญญาณกลับด้านนี้จะถูกส่งต่อไปยังเกท OR พร้อมกับสัญญาณบวกเพื่อรับสัญญาณเอาต์พุตที่ต้องการในรูปแบบ RZ ดังแสดงในรูปที่ 4

● NRZ(L) ถึง แยกเฟส แมนเชสเตอร์

การแปลงจาก NRZ(L) เป็น Split-phase Manchester นั้นตรงไปตรงมาดังแสดงในรูปที่ 5 สัญญาณอินพุตพร้อมกับสัญญาณนาฬิกาจะถูกส่งไปยังเกต NXOR เพื่อรับสัญญาณเอาท์พุต (ตามแบบแผนของ G. E. Thomas) สามารถใช้เกต XOR เพื่อรับรหัสแมนเชสเตอร์ (ตามอนุสัญญา IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code]

● แยกเฟสแมนเชสเตอร์เป็นสปลิตเฟสมาร์ครหัส

การแปลงจากรหัส Split-phase Manchester เป็น Split-phase Mark code แสดงในรูปที่ 6 อินพุตและสัญญาณนาฬิกาจะถูกส่งผ่านประตู AND เพื่อตอกบัตร D-flip flop

D-flip ถูกควบคุมโดยสมการต่อไปนี้:

Qnext = Q'

รับสัญญาณเอาท์พุตได้ดังนี้:

ผลลัพธ์= Clk & Q + CLk' Q'

● การแปลงโค้ดบรรทัดเพิ่มเติม

การใช้การแปลงข้างต้นทำให้สามารถรับการออกแบบสำหรับรหัสบรรทัดเพิ่มเติมได้อย่างง่ายดาย ตัวอย่างเช่น การแปลงรหัส NRZ(L) เป็นรหัสแมนเชสเตอร์แบบแบ่งเฟส และการแปลงรหัสแมนเชสเตอร์แบบแบ่งเฟสเป็นรหัสแบ่งเฟสสามารถรวมกันเพื่อรับ NRZ(L) เป็นรหัสเครื่องหมายแยกเฟสได้โดยตรง

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบ GreenPAK

รูปแบบการแปลงที่แสดงด้านบนสามารถนำไปใช้ได้อย่างง่ายดายในตัวออกแบบ GreenPAK™ พร้อมกับส่วนประกอบภายนอกเสริมบางอย่าง SLG46537 มีทรัพยากรเพียงพอสำหรับการออกแบบที่กำหนด การออกแบบการแปลง GreenPAK มีให้ในลำดับเดียวกันกับเมื่อก่อน

ขั้นตอนที่ 3: NRZ(L) ถึง RZ ใน GreenPAK

การออกแบบ GreenPAK สำหรับ NRZ(L) ถึง RZ ในรูปที่ 7 นั้นคล้ายกับที่แสดงในขั้นตอนที่ 1 ยกเว้นว่ามีการเพิ่มบล็อก DLY หนึ่งบล็อก บล็อกนี้เป็นทางเลือก แต่ให้การขจัดข้อผิดพลาดสำหรับข้อผิดพลาดในการซิงโครไนซ์ระหว่างนาฬิกาและสัญญาณอินพุต

ขั้นตอนที่ 4: NRZ(L) ถึง RB ใน GreenPAK

การออกแบบ GreenPAK สำหรับ NRZ(L) ถึง RB แสดงไว้ในรูปที่ 8 รูปภาพแสดงวิธีเชื่อมต่อส่วนประกอบลอจิกใน CMIC เพื่อให้ได้การออกแบบตามที่กำหนดไว้ในขั้นตอนที่ 1

ขั้นตอนที่ 5: NRZ(L) ถึง AMI ใน GreenPAK

รูปที่ 9 แสดงวิธีกำหนดค่า GreenPAK CMIC สำหรับการแปลงจาก NRZ(L) เป็น AMI แผนผังนี้พร้อมกับส่วนประกอบภายนอกเสริมที่ให้ไว้ในขั้นตอนที่ 1 สามารถใช้สำหรับการแปลงที่ต้องการได้

ขั้นตอนที่ 6: AMI ถึง RZ ใน GreenPAK

ในรูปที่ 10 การออกแบบ GreenPAK สำหรับการแปลง AMI เป็น RZ จะแสดงขึ้น GreenPAK CMIC ที่กำหนดค่าในลักษณะดังกล่าวพร้อมกับ op-amp และไดโอด สามารถใช้เพื่อให้ได้เอาต์พุตที่ต้องการ

ขั้นตอนที่ 7: NRZ(L) ไปยัง Split-phase Manchester ใน GreenPAK

ในรูปที่ 11 ใช้เกท NXOR ในการออกแบบ GreenPAK เพื่อรับการแปลง NRZ(L) เป็นแมนเชสเตอร์แบบแยกเฟส

ขั้นตอนที่ 8: แยกเฟส Manchester เป็น Split-phase Mark Code ใน GreenPAK

ในรูปที่ 12 การออกแบบ GreenPAK สำหรับรหัส Split-phase Manchester ถึง Split-phase Mark การออกแบบสำหรับการแปลงเสร็จสมบูรณ์ และไม่มีส่วนประกอบภายนอกที่จำเป็นสำหรับกระบวนการแปลง บล็อก DLY เป็นทางเลือกสำหรับการลบข้อบกพร่องที่เกิดขึ้นเนื่องจากข้อผิดพลาดในการซิงโครไนซ์ระหว่างสัญญาณอินพุตและสัญญาณนาฬิกา

ขั้นตอนที่ 9: ผลการทดลอง

การออกแบบทั้งหมดที่นำเสนอได้รับการทดสอบเพื่อการตรวจสอบ ผลลัพธ์มีให้ในลำดับเดียวกับเมื่อก่อน

ขั้นตอนที่ 10: NRZ(L) ถึง RZ

ผลการทดลองสำหรับการแปลง NRZ(L) เป็น RZ แสดงในรูปที่ 13 NRZ(L) แสดงเป็นสีเหลือง และ RZ แสดงเป็นสีน้ำเงิน

ขั้นตอนที่ 11: NRZ(L) ถึง RB

ผลการทดลองสำหรับการแปลง NRZ(L) เป็น RB แสดงไว้ในรูปที่ 14 NRZ(L) แสดงเป็นสีแดง และ RB แสดงเป็นสีน้ำเงิน

ขั้นตอนที่ 12: NRZ(L) ถึง AMI

รูปที่ 15 แสดงผลการทดลองสำหรับการแปลง NRZ(L) เป็น AMI NRZ(L) แสดงเป็นสีแดง และ AMI แสดงเป็นสีเหลือง

ขั้นตอนที่ 13: AMI ถึง RZ

รูปที่ 16 แสดงผลการทดลองสำหรับการแปลง AMI เป็น RZ AMI แบ่งออกเป็นส่วนบวกและส่วนลบที่แสดงเป็นสีเหลืองและสีน้ำเงิน สัญญาณ RZ เอาต์พุตที่แปลงแล้วจะแสดงเป็นสีแดง

ขั้นตอนที่ 14: NRZ(L) ไปยัง Split-phase Manchester

รูปที่ 17 แสดงผลการทดลองสำหรับการแปลง NRZ(L) เป็น Split-phase Manchester สัญญาณ NRZ(L) จะแสดงเป็นสีเหลือง และสัญญาณเอาต์พุต Split-phase Manchester ที่แปลงแล้วจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน

ขั้นตอนที่ 15: แยกเฟส Manchester เป็น Split-phase Mark Code

รูปที่ 18 แสดงการแปลงจาก Split-phase Manchester เป็น Split-phase Mark code รหัสแมนเชสเตอร์จะแสดงเป็นสีเหลืองในขณะที่รหัสมาร์คจะแสดงเป็นสีน้ำเงิน

บทสรุป

รหัสบรรทัดเป็นพื้นฐานของโปรโตคอลการสื่อสารแบบอนุกรมหลายแบบซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมที่หลากหลาย การแปลงรหัสบรรทัดด้วยวิธีที่ง่ายและต้นทุนต่ำในแอปพลิเคชันจำนวนมาก ในรายละเอียดที่สอนได้นี้มีให้สำหรับการแปลงโค้ดหลายบรรทัดโดยใช้ SLG46537 ของ Dialog พร้อมกับส่วนประกอบภายนอกเสริมบางส่วน การออกแบบที่นำเสนอได้รับการตรวจสอบแล้ว และสรุปได้ว่าการแปลงรหัสบรรทัดสามารถทำได้ง่ายโดยใช้ CMIC ของ Dialog