Prevodníky kódovania sériovej linky DIY: 15 krokov

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2025-01-23 15:05

Sériová dátová komunikácia sa stala všadeprítomnou v mnohých priemyselných aplikáciách a existuje niekoľko prístupov na navrhovanie akéhokoľvek rozhrania sériovej dátovej komunikácie. Je vhodné použiť jeden zo štandardných protokolov, tj. UART, I2C alebo SPI. Okrem toho existuje niekoľko ďalších protokolov pre špecializovanejšie aplikácie, ako sú CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet alebo MIPI. Ďalšou možnosťou, ako spracovať sériové údaje, je použiť prispôsobené protokoly. Tieto protokoly sú zvyčajne založené na linkových kódoch. Najbežnejšími typmi kódovania riadkov sú NRZ, Manchester kód, AMI atď. [Dekódovanie konfigurovateľných protokolov signálov kódovaných v Manchestri a NRZ, Teledyne Lecroy Whitepape].

Medzi príklady špecializovaných sériových protokolov patrí DALI na ovládanie osvetlenia budov a PSI5, ktorý sa používa na pripojenie senzorov k ovládačom v automobilových aplikáciách. Oba tieto príklady sú založené na Manchesterovom kódovaní. Podobne sa protokol SENT používa na prepojenia automobilového snímača s regulátorom a zbernica CAN, bežne používaná na umožnenie komunikácie medzi mikrokontrolérmi a inými zariadeniami v automobilových aplikáciách, je založená na kódovaní NRZ. Okrem toho bolo a je navrhnutých mnoho ďalších zložitých a špecializovaných protokolov pomocou schém Manchester a NRZ.

Každý z riadkových kódov má svoje vlastné zásluhy. V procese prenosu binárneho signálu po kábli môže napríklad dôjsť k skresleniu, ktoré je možné výrazne zmierniť použitím kódu AMI [Petrova, Pesha D. a Boyan D. Karapenev. "Syntéza a simulácia prevodníkov binárnych kódov." Telekomunikácie v moderných satelitných, káblových a vysielacích službách, 2003. TELSIKS 2003. 6. medzinárodná konferencia o. Vol. 2. IEEE, 2003]. Okrem toho je šírka pásma signálu AMI nižšia ako ekvivalentný formát RZ. Rovnako ani manchesterský kód nemá niektoré z nedostatkov, ktoré sú súčasťou kódu NRZ. Napríklad použitie manchesterského kódu na sériovej linke odstráni DC komponenty, poskytne obnovu hodín a poskytne porovnateľne vysokú úroveň odolnosti voči šumu [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Preto je užitočnosť konverzie štandardných riadkových kódov zrejmá. V mnohých aplikáciách, kde sa priamo alebo nepriamo používajú riadkové kódy, je konverzia binárneho kódu potrebná.

V tomto návode uvádzame, ako realizovať viacriadkové prevodníky kódovania pomocou lacného dialógového okna Dialog SLG46537 CMIC.

Ďalej sme popísali potrebné kroky, aby ste pochopili, ako bol čip GreenPAK naprogramovaný na vytváranie prevodníkov kódovania sériovej linky. Ak však chcete získať iba výsledok programovania, stiahnite si softvér GreenPAK a zobrazte už dokončený súbor návrhu GreenPAK. Pripojte vývojovú súpravu GreenPAK k počítaču a spustite program, aby ste vytvorili vlastný IC pre prevodníky kódovania sériovej linky.

Krok 1: Návrhy konverzií

V tomto návode je uvedený návrh nasledujúcich prevodníkov kódov riadkov:

● NRZ (L) na RZ

Konverzia z NRZ (L) na RZ je jednoduchá a dá sa dosiahnuť použitím jednej brány AND. Obrázok 1 ukazuje návrh tejto konverzie.

● NRZ (L) na RB

Na konverziu NRZ (L) na RB musíme dosiahnuť tri logické úrovne (-1, 0, +1). Na tento účel používame 4066 (štvorstranný analógový prepínač) na zabezpečenie bipolárneho prepínania z 5 V, 0 V a -5 V. Digitálna logika sa používa na ovládanie prepínania troch logických úrovní výberom vstupov 4066 umožňujúcich vstup. 1E, 2E a 3E [Petrova, Pesha D. a Boyan D. Karapenev. "Syntéza a simulácia prevodníkov binárnych kódov." Telekomunikácie v moderných satelitných, káblových a vysielacích službách, 2003. TELSIKS 2003. 6. medzinárodná konferencia o. Vol. 2. IEEE, 2003].

Logické riadenie je implementované nasledovne:

Q1 = Signál a kl

Q2 = Clk '

Q3 = Clk a signál '

Celková schéma prevodu je znázornená na obrázku 2.

● NRZ (L) na AMI

Konverzia NRZ (L) na AMI tiež používa 4066 IC, pretože kód AMI má 3 logické úrovne. Schéma logickej kontroly je zhrnutá v tabuľke 1, ktorá zodpovedá celkovej schéme prevodu znázornenej na obrázku 3.

Logickú schému je možné napísať nasledujúcim spôsobom:

Q1 = (Signál & Clk) & Q

Q2 = (signál a signál) '

Q3 = (Signál & Clk) & Q '

Kde Q je výstup D-Flip flopu s nasledujúcim prechodovým vzťahom:

Qnext = Signál & Qprev ' + Signál' & Qprev

● AMI až RZ

Na konverziu AMI na RZ sa používajú dve diódy na rozdelenie vstupného signálu na pozitívnu a negatívnu časť. Na invertovanie oddelenej zápornej časti signálu je možné použiť invertujúci operačný zosilňovač (alebo logický obvod na báze tranzistora). Nakoniec je tento invertovaný signál vedený do brány OR spolu s pozitívnym signálom, aby sa získal požadovaný výstupný signál vo formáte RZ, ako je znázornené na obrázku 4.

● NRZ (L) do Manchesteru s rozdelenou fázou

Konverzia z NRZ (L) na delenú fázu Manchester je jednoduchá, ako je znázornené na obrázku 5. Vstupný signál spolu s hodinovým signálom je vedený do brány NXOR, aby sa získal výstupný signál (podľa konvencie G. E. Thomasa). Na získanie manchesterského kódu je možné použiť aj bránu XOR (podľa konvencie IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Označovací kód s rozdelenou fázou z Manchestru do rozdelenej fázy

Konverzia kódu delenej fázy Manchester do kódu delenej fázy je zobrazená na obrázku 6. Vstupný a hodinový signál sú vedené bránou AND, aby taktovali D-flip flop.

D-flip sa riadi nasledujúcou rovnicou:

Qnext = Q '

Výstupný signál sa získa nasledovne:

Výstup = Clk & Q + Clk 'Q'

● Viac konverzií kódov riadkov

Pomocou vyššie uvedených prevodov je možné ľahko získať návrhy pre viac riadkových kódov. Napríklad konverziu kódu Manchester NRZ (L) na delenú fázu a kód Manchester kódu s rozdelenou fázou na delenú fázu je možné kombinovať tak, aby sa priamo získal kód NRZ (L) na delenú fázu.

Krok 2: Návrhy GreenPAK

Vyššie uvedené schémy konverzie je možné ľahko implementovať v programe GreenPAK ™ designer spolu s niektorými pomocnými externými komponentmi. SLG46537 poskytuje dostatok zdrojov na vykonanie daných návrhov. Návrhy prevedenia GreenPAK sú poskytované v rovnakom poradí ako predtým.

Krok 3: NRZ (L) na RZ v GreenPAK

GreenPAK Design pre NRZ (L) až RZ na obrázku 7 je podobný tomu, ktorý je znázornený v kroku 1, okrem toho, že je tam pridaný jeden blok DLY. Tento blok je voliteľný, ale poskytuje odstránenie chýb synchronizácie medzi hodinovým a vstupným signálom.

Krok 4: NRZ (L) na RB v GreenPAK

Návrh GreenPAK pre NRZ (L) až RB je znázornený na obrázku 8. Obrázok ukazuje, ako pripojiť logické komponenty v CMIC, aby sa dosiahol zamýšľaný návrh uvedený v kroku 1.

Krok 5: NRZ (L) na AMI v GreenPAK

Obrázok 9 ukazuje, ako nakonfigurovať GreenPAK CMIC na konverziu z NRZ (L) na AMI. Túto schému spolu s pomocnými externými komponentmi uvedenými v kroku 1 je možné použiť na požadovanú konverziu

Krok 6: AMI na RZ v GreenPAK

Na obrázku 10 je znázornený návrh GreenPAK na konverziu AMI na RZ. Takto nakonfigurovaný GreenPAK CMIC spolu s operačnými zosilňovačmi a diódami je možné použiť na získanie požadovaného výstupu.

Krok 7: NRZ (L) do Manchesteru s rozdelenou fázou v GreenPAK

Na obrázku 11 je brána NXOR použitá v dizajne GreenPAK na získanie konverzie NRZ (L) na delenú fázu v Manchestri.

Krok 8: Označenie kódu medzi fázami Manchester a Split fázou v GreenPAK

Na obrázku 12 je uvedený návrh GreenPAK pre kód značky s rozdelenou fázou z Manchestru do rozdelenej fázy. Návrh na konverziu je kompletný a na proces konverzie nie sú potrebné žiadne externé komponenty. Bloky DLY sú voliteľné na odstránenie závad spôsobených chybami synchronizácie medzi vstupnými a hodinovými signálmi.

Krok 9: Experimentálne výsledky

Všetky predložené návrhy boli testované na overenie. Výsledky sú poskytnuté v rovnakom poradí ako predtým.

Krok 10: NRZ (L) až RZ

Experimentálne výsledky pre konverziu NRZ (L) na RZ sú uvedené na obrázku 13. NRZ (L) je zobrazený žltou farbou a RZ je znázornený modrou farbou.

Krok 11: NRZ (L) do RB

Experimentálne výsledky pre konverziu NRZ (L) na RB sú uvedené na obrázku 14. NRZ (L) je zobrazený červenou farbou a RB je znázornený modrou farbou.

Krok 12: NRZ (L) na AMI

Obrázok 15 ukazuje experimentálne výsledky pre konverziu NRZ (L) na AMI. NRZ (L) je zobrazený červenou farbou a AMI je zobrazený žltou farbou.

Krok 13: Od AMI do RZ

Obrázok 16 ukazuje experimentálne výsledky pre konverziu AMI na RZ. AMI je rozdelená na pozitívnu a negatívnu časť znázornenú žltou a modrou farbou. Prevedený výstupný signál RZ je zobrazený červenou farbou.

Krok 14: NRZ (L) do Manchesteru s rozdelenou fázou

Obrázok 17 ukazuje experimentálne výsledky pre konverziu NRZ (L) na Manchester v rozdelenej fáze. Signál NRZ (L) je zobrazený žltou farbou a konvertovaný výstupný signál Manchesteru s rozdelenou fázou je zobrazený modrou farbou.

Krok 15: Kód medzi medzifázovým Manchesterom a rozdelenou fázou

Obrázok 18 zobrazuje konverziu z kódu Manchester s rozdelenou fázou na kód rozdelenej fázy. Manchesterský kód je zobrazený žltou farbou, zatiaľ čo značkový kód je zobrazený modrou farbou.

Záver

Linkové kódy tvoria základ niekoľkých sériových komunikačných protokolov, ktoré sa univerzálne používajú v rôznych odvetviach. Konverzia linkových kódov jednoduchým a lacným spôsobom hľadaná v mnohých aplikáciách. V tomto návode sú poskytnuté podrobnosti pre prevod niekoľkých riadkových kódov pomocou SLG46537 od spoločnosti Dialog spolu s niektorými doplnkovými externými komponentmi. Prezentované návrhy boli overené a dospelo sa k záveru, že konverziu riadkových kódov je možné ľahko vykonať pomocou CMIC spoločnosti Dialog.