Μετατροπείς κωδικοποίησης σειριακής γραμμής DIY: 15 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Η επικοινωνία σειριακών δεδομένων έχει γίνει πανταχού παρούσα σε πολλές βιομηχανικές εφαρμογές και υπάρχουν αρκετές προσεγγίσεις για το σχεδιασμό οποιασδήποτε διεπαφής επικοινωνίας σειριακών δεδομένων. Είναι βολικό να χρησιμοποιήσετε ένα από τα τυπικά πρωτόκολλα, δηλαδή UART, I2C ή SPI. Επιπλέον, υπάρχουν πολλά άλλα πρωτόκολλα για πιο ειδικές εφαρμογές όπως CAN, LIN, Mil-1553, Ethernet ή MIPI. Μια άλλη επιλογή χειρισμού σειριακών δεδομένων είναι η χρήση προσαρμοσμένων πρωτοκόλλων. Αυτά τα πρωτόκολλα βασίζονται συνήθως σε κωδικούς γραμμής. Οι πιο συνηθισμένοι τύποι κωδικοποίησης γραμμών είναι NRZ, κωδικός Μάντσεστερ, AMI κλπ. [Configurable Protocol Decoding of Manchester and NRZ-Encoded Signals, Teledyne Lecroy Whitepape].

Παραδείγματα των εξειδικευμένων σειριακών πρωτοκόλλων περιλαμβάνουν το DALI για τον έλεγχο του φωτισμού του κτιρίου και το PSI5 που χρησιμοποιείται για τη σύνδεση αισθητήρων με ελεγκτές σε εφαρμογές αυτοκινήτων. Και τα δύο αυτά παραδείγματα βασίζονται στην κωδικοποίηση του Μάντσεστερ. Ομοίως, το πρωτόκολλο SENT χρησιμοποιείται για συνδέσεις αισθητήρων-ελεγκτών αυτοκινήτων και ο δίαυλος CAN που χρησιμοποιείται συνήθως για την ενεργοποίηση της επικοινωνίας μεταξύ μικροελεγκτών και άλλων συσκευών σε εφαρμογές αυτοκινήτων βασίζεται στην κωδικοποίηση NRZ. Επιπλέον, πολλά άλλα πολύπλοκα και εξειδικευμένα πρωτόκολλα έχουν σχεδιαστεί και σχεδιάζονται χρησιμοποιώντας σχήματα Manchester και NRZ.

Κάθε ένας από τους κωδικούς γραμμής έχει τα δικά του πλεονεκτήματα. Στη διαδικασία μετάδοσης ενός δυαδικού σήματος κατά μήκος ενός καλωδίου, για παράδειγμα, μπορεί να προκύψει παραμόρφωση που μπορεί να μετριαστεί σημαντικά χρησιμοποιώντας τον κωδικό AMI [Petrova, Pesha D., and Boyan D. Karapenev. "Σύνθεση και προσομοίωση μετατροπέων δυαδικού κώδικα." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6ο Διεθνές Συνέδριο με θέμα. Τόμος 2. IEEE, 2003]. Επιπλέον, το εύρος ζώνης ενός σήματος AMI είναι χαμηλότερο από το αντίστοιχο σχήμα RZ. Ομοίως, ο κώδικας του Μάντσεστερ δεν έχει κάποιες από τις ελλείψεις που είναι εγγενείς στον κώδικα NRZ. Για παράδειγμα, η χρήση του κώδικα του Μάντσεστερ σε μια σειριακή γραμμή αφαιρεί τα εξαρτήματα DC, παρέχει ανάκτηση ρολογιού και παρέχει ένα συγκριτικά υψηλό επίπεδο ασυλίας θορύβου [Hd-6409 Renesas Datasheet].

Επομένως, η χρησιμότητα της τυπικής μετατροπής κωδικών γραμμής είναι προφανής. Σε πολλές εφαρμογές όπου οι κωδικοί γραμμής χρησιμοποιούνται άμεσα ή έμμεσα, η μετατροπή του δυαδικού κώδικα είναι απαραίτητη.

Σε αυτό το Instructable, παρουσιάζουμε τον τρόπο υλοποίησης μετατροπέων κωδικοποίησης πολλαπλών γραμμών χρησιμοποιώντας χαμηλού κόστους Dialog SLG46537 CMIC.

Παρακάτω περιγράφουμε τα βήματα που απαιτούνται για να κατανοήσουμε πώς έχει προγραμματιστεί το τσιπ GreenPAK για τη δημιουργία μετατροπέων κωδικοποίησης σειριακής γραμμής. Ωστόσο, εάν θέλετε απλώς να λάβετε το αποτέλεσμα προγραμματισμού, κατεβάστε το λογισμικό GreenPAK για να δείτε το ήδη ολοκληρωμένο GreenPAK Design File. Συνδέστε το GreenPAK Development Kit στον υπολογιστή σας και πατήστε το πρόγραμμα για να δημιουργήσετε το προσαρμοσμένο IC για τους μετατροπείς κωδικοποίησης σειριακής γραμμής.

Βήμα 1: Σχέδια μετατροπής

Ο σχεδιασμός των ακόλουθων μετατροπέων κώδικα γραμμής παρέχεται σε αυτό το Εγχειρίδιο:

● NRZ (L) έως RZ

Η μετατροπή από NRZ (L) σε RZ είναι απλή και μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μιας μόνο πύλης AND. Το σχήμα 1 δείχνει το σχέδιο για αυτήν τη μετατροπή.

● NRZ (L) έως RB

Για τη μετατροπή του NRZ (L) σε RB, πρέπει να επιτύχουμε τρία λογικά επίπεδα (-1, 0, +1). Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιούμε έναν 4066 (τετραπλό αναλογικό διακόπτη) για να παρέχουμε διπολική μεταγωγή από 5 V, 0 V και -5 V. Η ψηφιακή λογική χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της μεταγωγής των τριών λογικών επιπέδων με επιλογή εισόδων 4066 ενεργοποίησης 1Ε, 2Ε και 3Ε [Petrova, Pesha D., and Boyan D. Karapenev. "Σύνθεση και προσομοίωση μετατροπέων δυαδικού κώδικα." Telecommunications in Modern Satellite, Cable and Broadcasting Service, 2003. TELSIKS 2003. 6ο Διεθνές Συνέδριο με θέμα. Τόμος 2. IEEE, 2003].

Ο λογικός έλεγχος εφαρμόζεται ως εξής:

Q1 = Σήμα & Clk

Q2 = Clk '

Q3 = Clk & Signal '

Το συνολικό σχήμα μετατροπής φαίνεται στο σχήμα 2.

● NRZ (L) σε AMI

Η μετατροπή NRZ (L) σε AMI χρησιμοποιεί επίσης το IC 4066 αφού ο κώδικας AMI έχει 3 λογικά επίπεδα. Το λογικό σχήμα ελέγχου συνοψίζεται στον Πίνακα 1 που αντιστοιχεί στο συνολικό σχήμα μετατροπής που φαίνεται στο Σχήμα 3.

Το λογικό σχήμα μπορεί να γραφτεί με τον ακόλουθο τρόπο:

Q1 = (Σήμα & Clk) & Q

Q2 = (Σήμα & Clk) '

Q3 = (Σήμα & Clk) & Q '

Όπου Q είναι η έξοδος του D-Flip flop με την ακόλουθη μεταβατική σχέση:

Qnext = Σήμα & Qprev ' + Σήμα' & Qprev

● AMI σε RZ

Για τη μετατροπή AMI σε RZ χρησιμοποιούνται δύο δίοδοι για τη διάσπαση του σήματος εισόδου σε θετικά και αρνητικά μέρη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα ανεστραμμένο op-amp (ή ένα λογικό κύκλωμα βασισμένο σε τρανζίστορ) για να αντιστρέψει το διαχωρισμένο αρνητικό τμήμα του σήματος. Τέλος, αυτό το ανεστραμμένο σήμα περνά σε μια πύλη OR μαζί με το θετικό σήμα για να ληφθεί το επιθυμητό σήμα εξόδου σε μορφή RZ όπως φαίνεται στο σχήμα 4.

● NRZ (L) προς Μάντσεστερ σε διαχωρισμένη φάση

Η μετατροπή από το NRZ (L) στο Split-phase Manchester είναι απλή, όπως φαίνεται στο σχήμα 5. Το σήμα εισόδου μαζί με το σήμα ρολογιού μεταφέρεται σε μια πύλη NXOR για να ληφθεί το σήμα εξόδου (σύμφωνα με τη σύμβαση του G. E. Thomas). Μια πύλη XOR μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για τη λήψη του κωδικού Μάντσεστερ (σύμφωνα με τη σύμβαση IEEE 802.3) [https://en.wikipedia.org/wiki/Manchester_code].

● Διαχωρισμός φάσης Μάντσεστερ έως Διαχωρισμός φάσης Κωδικός σήμανσης

Η μετατροπή από τον κώδικα σήμανσης Μάντσεστερ σε διαχωρισμένη φάση σε διάσπαση φάσης φαίνεται στο σχήμα 6. Η είσοδος και το σήμα ρολογιού περνούν μέσω μιας πύλης AND για να χρονομετρήσουν ένα D-flip flop.

Το D-flip διέπεται από την ακόλουθη εξίσωση:

Qnext = Q '

Το σήμα εξόδου λαμβάνεται ως εξής:

Έξοδος = Clk & Q + Clk 'Q'

● Περισσότερες μετατροπές κώδικα γραμμής

Χρησιμοποιώντας τις παραπάνω μετατροπές, μπορείτε εύκολα να λάβετε τα σχέδια για περισσότερους κωδικούς γραμμής. Για παράδειγμα, η μετατροπή κώδικα NRZ (L) σε Split-phase Manchester και Split-phase Manchester Code σε Split-phase Mark μπορούν να συνδυαστούν για να λάβουν άμεσα τον κωδικό NRZ (L) σε Split-phase Mark.

Βήμα 2: Σχέδια GreenPAK

Τα σχήματα μετατροπής που φαίνονται παραπάνω μπορούν εύκολα να εφαρμοστούν στο σχεδιαστή GreenPAK along μαζί με κάποια βοηθητικά εξωτερικά εξαρτήματα. Το SLG46537 παρέχει άφθονους πόρους για την εκτέλεση των δεδομένων σχεδίων. Τα σχέδια μετατροπής GreenPAK παρέχονται με την ίδια σειρά όπως πριν.

Βήμα 3: NRZ (L) έως RZ στο GreenPAK

Ο σχεδιασμός GreenPAK για NRZ (L) έως RZ στο Σχήμα 7 είναι παρόμοιος με αυτόν που φαίνεται στο Βήμα 1, εκτός από το ότι έχει προστεθεί ένα μπλοκ DLY. Αυτό το μπλοκ είναι προαιρετικό, αλλά παρέχει απενεργοποίηση των σφαλμάτων συγχρονισμού μεταξύ του ρολογιού και των σημάτων εισόδου.

Βήμα 4: NRZ (L) έως RB στο GreenPAK

Ο σχεδιασμός GreenPAK για NRZ (L) σε RB φαίνεται στο σχήμα 8. Το σχήμα δείχνει πώς να συνδέσετε τα λογικά στοιχεία στο CMIC για να επιτύχετε τον επιδιωκόμενο σχεδιασμό που αναφέρεται στο βήμα 1.

Βήμα 5: NRZ (L) προς AMI στο GreenPAK

Το σχήμα 9 απεικονίζει τον τρόπο διαμόρφωσης του GreenPAK CMIC για μετατροπή από NRZ (L) σε AMI. Αυτό το σχηματικό σχήμα μαζί με τα βοηθητικά εξωτερικά στοιχεία που δίνονται στο βήμα 1 μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την επιθυμητή μετατροπή

Βήμα 6: AMI έως RZ στο GreenPAK

Στο σχήμα 10 φαίνεται ο σχεδιασμός GreenPAK για μετατροπή AMI σε RZ. Το GreenPAK CMIC που έχει διαμορφωθεί με τέτοιο τρόπο μαζί με το op-amp και τις δίοδοι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την απόκτηση της απαιτούμενης εξόδου.

Βήμα 7: NRZ (L) στο Split-phase Manchester στο GreenPAK

Στο Σχήμα 11 μια πύλη NXOR χρησιμοποιείται στο σχεδιασμό GreenPAK για τη λήψη της μετατροπής NRZ (L) σε διαχωριστική φάση Μάντσεστερ.

Βήμα 8: Κωδικός σήμανσης Μάντσεστερ σε φάση διαχωρισμού σε φάση διαχωρισμού στο GreenPAK

Στο Σχήμα 12 δίνεται ο σχεδιασμός GreenPAK για τον κωδικό σήματος Split-phase Manchester to Split-phase. Ο σχεδιασμός για τη μετατροπή είναι πλήρης και δεν απαιτείται εξωτερικό στοιχείο για τη διαδικασία μετατροπής. Τα μπλοκ DLY είναι προαιρετικά για την άρση των δυσλειτουργιών που προκύπτουν λόγω σφαλμάτων συγχρονισμού μεταξύ των σημάτων εισόδου και ρολογιού.

Βήμα 9: Πειραματικά αποτελέσματα

Όλα τα σχέδια που παρουσιάστηκαν δοκιμάστηκαν για επαλήθευση. Τα αποτελέσματα παρέχονται με την ίδια σειρά όπως πριν.

Βήμα 10: NRZ (L) έως RZ

Τα πειραματικά αποτελέσματα για τη μετατροπή NRZ (L) σε RZ φαίνονται στο σχήμα 13. Το NRZ (L) εμφανίζεται με κίτρινο χρώμα και το RZ εμφανίζεται με μπλε χρώμα.

Βήμα 11: NRZ (L) έως RB

Τα πειραματικά αποτελέσματα για τη μετατροπή NRZ (L) σε RB δίνονται στο σχήμα 14. Το NRZ (L) εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα και το RB με μπλε χρώμα.

Βήμα 12: NRZ (L) έως AMI

Το σχήμα 15 δείχνει τα πειραματικά αποτελέσματα για τη μετατροπή NRZ (L) σε AMI. Το NRZ (L) εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα και το AMI εμφανίζεται με κίτρινο χρώμα.

Βήμα 13: AMI έως RZ

Το Σχήμα 16 δείχνει τα πειραματικά αποτελέσματα για μετατροπή ΑΜΙ σε RZ. Ο ΑΜΙ χωρίζεται σε θετικά και αρνητικά μέρη που εμφανίζονται με κίτρινο και μπλε χρώμα. Το μετατρεπόμενο σήμα εξόδου RZ εμφανίζεται με κόκκινο χρώμα.

Βήμα 14: NRZ (L) στο Μάντσεστερ σε διαχωρισμένη φάση

Το Σχήμα 17 δείχνει τα πειραματικά αποτελέσματα για τη μετατροπή Μάντσεστερ σε NRZ (L). Το σήμα NRZ (L) εμφανίζεται με κίτρινο χρώμα και το μετατρεπόμενο σήμα εξόδου Split-phase του Μάντσεστερ εμφανίζεται με μπλε χρώμα.

Βήμα 15: Διαχωρισμός φάσης Μάντσεστερ σε Διαχωριστική φάση Κωδικός

Το Σχήμα 18 δείχνει τη μετατροπή από τον κωδικό σήματος Split-phase σε Split-phase. Ο κώδικας του Μάντσεστερ εμφανίζεται με κίτρινο χρώμα ενώ ο κωδικός σήμανσης με μπλε χρώμα.

συμπέρασμα

Οι κωδικοί γραμμής αποτελούν τη βάση πολλών πρωτοκόλλων σειριακής επικοινωνίας που χρησιμοποιούνται καθολικά σε διαφορετικούς κλάδους. Η μετατροπή κωδικών γραμμής με εύκολο και οικονομικό τρόπο αναζητείται σε πολλές εφαρμογές. Σε αυτό το Instructable παρέχονται λεπτομέρειες για τη μετατροπή πολλών κωδικών γραμμής χρησιμοποιώντας το SLG46537 του Dialog μαζί με κάποια βοηθητικά εξωτερικά εξαρτήματα. Τα σχέδια που παρουσιάστηκαν έχουν επαληθευτεί και συμπεραίνεται ότι η μετατροπή κωδικών γραμμής μπορεί να γίνει εύκολα χρησιμοποιώντας τα CMIC της Dialog.