Konwertery do samodzielnego kodowania linii szeregowej: 15 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:02

Szeregowe przesyłanie danych stało się wszechobecne w wielu zastosowaniach przemysłowych i istnieje kilka podejść do projektowania dowolnego interfejsu do przesyłania danych szeregowych. Wygodnie jest zastosować jeden ze standardowych protokołów tj. UART, I2C lub SPI. Ponadto istnieje kilka innych protokołów dla bardziej dedykowanych aplikacji, takich jak CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet lub MIPI. Inną opcją obsługi danych szeregowych jest użycie niestandardowych protokołów. Protokoły te są zwykle oparte na kodach linii. Najczęstsze typy kodowania linii to NRZ, kod Manchester, AMI itp. [Konfigurowalne dekodowanie protokołów Manchester i NRZ-Encoded Signals, Teledyne Lecroy Whitepape].

Przykłady wyspecjalizowanych protokołów szeregowych obejmują DALI do sterowania oświetleniem budynków oraz PSI5, który służy do łączenia czujników ze sterownikami w aplikacjach motoryzacyjnych. Oba te przykłady są oparte na kodowaniu Manchester. Podobnie protokół SENT jest używany do połączeń czujnik-kontroler w motoryzacji, a magistrala CAN powszechnie używana do komunikacji między mikrokontrolerami a innymi urządzeniami w zastosowaniach motoryzacyjnych jest oparta na kodowaniu NRZ. Ponadto wiele innych złożonych i wyspecjalizowanych protokołów zostało i jest projektowanych przy użyciu schematów Manchester i NRZ.

Każdy z kodów linii ma swoje zalety. Na przykład w procesie transmisji sygnału binarnego po kablu mogą powstać zniekształcenia, które można znacznie złagodzić za pomocą kodu AMI [Petrova, Pesha D., Boyan D. Karapenev. „Synteza i symulacja konwerterów kodu binarnego”. Telekomunikacja w nowoczesnych usługach satelitarnych, kablowych i nadawczych, 2003. TELSIKS 2003. VI Międzynarodowa Konferencja nt. Tom. 2. IEEE, 2003]. Poza tym przepustowość sygnału AMI jest mniejsza niż równoważnego formatu RZ. Podobnie kod Manchester nie ma niektórych niedociągnięć, które są nieodłączne od kodu NRZ. Na przykład użycie kodu Manchester na linii szeregowej usuwa komponenty DC, zapewnia odzyskiwanie zegara i zapewnia stosunkowo wysoki poziom odporności na zakłócenia [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Dlatego użyteczność konwersji standardowych kodów linii jest oczywista. W wielu aplikacjach, w których kody linii są używane bezpośrednio lub pośrednio, konieczna jest konwersja kodu binarnego.

W tej instrukcji przedstawiamy, jak zrealizować wiele konwerterów kodowania linii przy użyciu niedrogiego produktu Dialog SLG46537 CMIC.

Poniżej opisaliśmy kroki potrzebne do zrozumienia, w jaki sposób chip GreenPAK został zaprogramowany do tworzenia konwerterów kodowania linii szeregowej. Jeśli jednak chcesz tylko uzyskać wynik programowania, pobierz oprogramowanie GreenPAK, aby wyświetlić już ukończony plik projektu GreenPAK. Podłącz zestaw rozwojowy GreenPAK do komputera i naciśnij program, aby utworzyć niestandardowy układ scalony dla konwerterów kodowania linii szeregowej.

Krok 1: Projekty konwersji

W niniejszej instrukcji przedstawiono projekt następujących konwerterów kodu linii:

● NRZ(L) do RZ

Konwersja z NRZ(L) do RZ jest prosta i może być osiągnięta przy użyciu pojedynczej bramki AND. Rysunek 1 przedstawia projekt tej konwersji.

● NRZ(L) do RB

Aby przeliczyć NRZ(L) na RB, musimy osiągnąć trzy poziomy logiczne (-1, 0, +1). W tym celu stosujemy 4066 (czterostronny przełącznik analogowy), aby zapewnić przełączanie bipolarne od 5 V, 0 V i -5 V. Do sterowania przełączaniem trzech poziomów logicznych przez wybór wejść zezwalających 4066 używana jest logika cyfrowa 1E, 2E i 3E [Petrova, Pesha D. i Boyan D. Karapenev. „Synteza i symulacja konwerterów kodu binarnego”. Telekomunikacja w nowoczesnych usługach satelitarnych, kablowych i nadawczych, 2003. TELSIKS 2003. VI Międzynarodowa Konferencja nt. Tom. 2. IEEE, 2003].

Sterowanie logiczne realizowane jest w następujący sposób:

Q1= Sygnał i Clk

Q2= Clk'

Q3= dzwonek i sygnał”

Ogólny schemat konwersji pokazano na rysunku 2.

● NRZ(L) do AMI

Konwersja NRZ(L) do AMI również wykorzystuje układ scalony 4066, ponieważ kod AMI ma 3 poziomy logiczne. Schemat sterowania logicznego podsumowano w tabeli 1 odpowiadającej ogólnemu schematowi konwersji pokazanemu na rysunku 3.

Schemat logiczny można zapisać w następujący sposób:

Q1 = (sygnał i Clk) i Q

Q2 = (sygnał i Clk)'

Q3 = (sygnał i Clk) i Q'

Gdzie Q jest wynikiem flopa D-Flip z następującą zależnością przejściową:

Qnastępny = sygnał i Qpoprzedni' + sygnał' i Qpoprzedni

● AMI do RZ

Do konwersji AMI na RZ wykorzystuje się dwie diody, które rozdzielają sygnał wejściowy na część dodatnią i ujemną. Odwracający wzmacniacz operacyjny (lub układ logiczny oparty na tranzystorze) może być wykorzystany do odwrócenia oddzielonej ujemnej części sygnału. Na koniec ten odwrócony sygnał jest przekazywany do bramki OR wraz z sygnałem dodatnim w celu uzyskania pożądanego sygnału wyjściowego w formacie RZ, jak pokazano na rysunku 4.

● NRZ(L) do Manchesteru z podzieloną fazą

Konwersja z NRZ(L) na Split-phase Manchester jest prosta, jak pokazano na rysunku 5. Sygnał wejściowy wraz z sygnałem zegarowym jest przekazywany do bramki NXOR w celu uzyskania sygnału wyjściowego (zgodnie z konwencją G. E. Thomasa). Bramka XOR może być również wykorzystana do uzyskania kodu Manchester (zgodnie z konwencją IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Kod z podziałem fazy Manchester na kod znaku z podziałem fazy

Konwersja z kodu Manchester Split-phase do kodu Mark Split-phase jest pokazana na rysunku 6. Sygnał wejściowy i sygnał zegarowy są przepuszczane przez bramkę AND w celu taktowania przerzutnika D.

D-flip rządzi się następującym równaniem:

Qnastępny = Q'

Sygnał wyjściowy jest uzyskiwany w następujący sposób:

Wyjście = Clk i Q + Clk' Q'

● Więcej konwersji kodu linii

Stosując powyższe konwersje można łatwo uzyskać projekty dla większej liczby kodów liniowych. Na przykład, konwersję kodu NRZ(L) na kod Manchester z rozdzieloną fazą i konwersję kodu Manchester z rozdzieloną fazą na kod znaku z rozdzieloną fazą można połączyć w celu bezpośredniego uzyskania kodu NRZ(L) na kod znaku z rozdzieloną fazą.

Krok 2: Projekty GreenPAK

Przedstawione powyżej schematy konwersji można łatwo zaimplementować w programie GreenPAK™ wraz z dodatkowymi komponentami zewnętrznymi. SLG46537 zapewnia duże zasoby do realizacji podanych projektów. Projekty konwersji GreenPAK są dostarczane w tej samej kolejności, co poprzednio.

Krok 3: NRZ(L) do RZ w GreenPAK

Projekt GreenPAK dla NRZ(L) do RZ na rysunku 7 jest podobny do tego pokazanego w kroku 1, z wyjątkiem tego, że dodano jeden blok DLY. Ten blok jest opcjonalny, ale zapewnia usuwanie zakłóceń w przypadku błędów synchronizacji między zegarem a sygnałami wejściowymi.

Krok 4: NRZ(L) do RB w GreenPAK

Projekt GreenPAK dla NRZ(L) do RB pokazano na rysunku 8. Rysunek pokazuje, jak połączyć elementy logiczne w CMIC, aby osiągnąć zamierzony projekt podany w kroku 1.

Krok 5: NRZ(L) do AMI w GreenPAK

Rysunek 9 ilustruje, jak skonfigurować GreenPAK CMIC do konwersji z NRZ(L) na AMI. Ten schemat wraz z pomocniczymi komponentami zewnętrznymi podanymi w kroku 1 można wykorzystać do pożądanej konwersji

Krok 6: AMI do RZ w GreenPAK

Na rysunku 10 pokazano projekt GreenPAK dla konwersji AMI do RZ. Tak skonfigurowany GreenPAK CMIC wraz ze wzmacniaczem operacyjnym i diodami można wykorzystać do uzyskania wymaganej mocy wyjściowej.

Krok 7: NRZ(L) do Manchesteru z podzieloną fazą w GreenPAK

Na rysunku 11 bramka NXOR jest zastosowana w projekcie GreenPAK, aby uzyskać konwersję NRZ(L) do trybu Manchester z podzieloną fazą.

Krok 8: Oznaczenie kodem podziału między Manchesterem a podziałem fazy w GreenPAK

Na Rysunku 12 przedstawiono projekt GreenPAK dla kodu oznakowania między fazami rozdzielonymi Manchester a rozdzielonymi fazami. Projekt konwersji jest kompletny i do procesu konwersji nie jest potrzebny żaden element zewnętrzny. Bloki DLY są opcjonalne do usuwania usterek wynikających z błędów synchronizacji między sygnałami wejściowymi i zegarowymi.

Krok 9: Wyniki eksperymentalne

Wszystkie przedstawione projekty zostały przetestowane pod kątem weryfikacji. Wyniki są podawane w takiej samej kolejności jak poprzednio.

Krok 10: NRZ(L) do RZ

Wyniki eksperymentalne konwersji NRZ(L) do RZ pokazano na Figurze 13. NRZ(L) pokazano na żółto, a RZ na niebiesko.

Krok 11: NRZ(L) do RB

Wyniki eksperymentalne konwersji NRZ(L) do RB przedstawiono na Figurze 14. NRZ(L) pokazano na czerwono, a RB na niebiesko.

Krok 12: NRZ(L) do AMI

Rysunek 15 przedstawia wyniki eksperymentalne konwersji NRZ(L) do AMI. NRZ(L) jest pokazany na czerwono, a AMI na żółto.

Krok 13: AMI do RZ

Rysunek 16 przedstawia wyniki eksperymentalne konwersji AMI do RZ. AMI jest podzielony na części pozytywne i negatywne, oznaczone kolorem żółtym i niebieskim. Przekonwertowany sygnał wyjściowy RZ jest wyświetlany na czerwono.

Krok 14: NRZ(L) do Manchesteru z podzieloną fazą

Rysunek 17 przedstawia wyniki eksperymentalne dla konwersji NRZ(L) do trybu Manchester z podzieloną fazą. Sygnał NRZ(L) jest wyświetlany na żółto, a przekonwertowany sygnał wyjściowy Manchester z podzieloną fazą jest wyświetlany na niebiesko.

Krok 15: Podział z Manchesteru na Split-phase Mark Code

Rysunek 18 przedstawia konwersję z kodu Manchester z rozdzieloną fazą do kodu Mark z rozdzieloną fazą. Kod Manchester jest pokazany na żółto, a kod Mark na niebiesko.

Wniosek

Kody linii stanowią podstawę kilku protokołów komunikacji szeregowej, które są powszechnie stosowane w różnych gałęziach przemysłu. Konwersja kodów linii w łatwy i tani sposób poszukiwany w wielu aplikacjach. W tej instrukcji podano szczegóły dotyczące konwersji kilku kodów linii przy użyciu SLG46537 firmy Dialog wraz z niektórymi pomocniczymi komponentami zewnętrznymi. Przedstawione projekty zostały zweryfikowane i można stwierdzić, że konwersję kodów linii można łatwo wykonać za pomocą CMIC firmy Dialog.