基于fpga的曼切斯特編碼的設(shè)計(jì)

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院教務(wù)處畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)GRADUATEDESIGN(THESIS)設(shè)計(jì)（論文）題目基于FPGA的曼切斯特編碼的設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)習(xí)中心專(zhuān)業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師二〇一七年三月二日III東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要在電信領(lǐng)域，曼徹斯特碼是一種數(shù)據(jù)通訊線(xiàn)性碼，它的每一個(gè)數(shù)據(jù)比特都是由至少一次電壓轉(zhuǎn)換的形式所表示的。它是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)，同時(shí)被認(rèn)為是一種自定時(shí)碼。自定時(shí)就意味著完全可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的精確同步。每一個(gè)比特都準(zhǔn)確的在一個(gè)預(yù)先定義時(shí)期的時(shí)間中被傳送。曼徹斯特編碼已經(jīng)被許多高效率且被廣泛

2、使用的電信標(biāo)準(zhǔn)所采用，例如以太網(wǎng)電訊標(biāo)準(zhǔn)。曼徹斯特編碼具有隱含時(shí)鐘、去除了零頻率信號(hào)的特性，使得它在石油勘探測(cè)井中得到廣泛的應(yīng)用[1]。本文對(duì)曼徹斯特編碼相關(guān)原理和FPGA進(jìn)行概述，介紹了其編解碼規(guī)則。對(duì)其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍進(jìn)行了說(shuō)明。提出了曼徹斯特編解碼方案，重點(diǎn)運(yùn)用VerilogHDL語(yǔ)言對(duì)其編解碼的描述。最后講述該系統(tǒng)在QuartusⅡ軟件下的運(yùn)行和仿真。關(guān)鍵詞：FPGA；曼徹斯特編解碼；VerilogHDL語(yǔ)言III東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄1.曼徹斯特碼概述11.1曼徹斯特碼簡(jiǎn)介11.2曼徹斯特碼原理11.3曼徹斯特編解碼21.3.1編碼31.

3、3.2解碼52.曼徹斯特編解碼實(shí)現(xiàn)方法比較62.1集成方法實(shí)現(xiàn)62.2軟件編解碼72.2.1單片機(jī)實(shí)現(xiàn)72.2.2FPGA/CPLD實(shí)現(xiàn)82.2.3方案選擇83.FPGA原理及平臺(tái)簡(jiǎn)介83.1FPGA原理與特點(diǎn)103.2QUARTUSII及HDL語(yǔ)言133.2.1基于QUARTUSII的FPGA設(shè)計(jì)13III東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3.2.2VERILOGHDL簡(jiǎn)介164.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)194.1編碼器194.2解碼器23?4.3時(shí)鐘模塊275.系統(tǒng)測(cè)試與仿真285.1曼徹斯特編碼仿真285.1.1編碼分析345.2曼徹斯特解碼仿真355.2.1解碼分析

4、366.結(jié)論及展望37參考文獻(xiàn)38附錄40III東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1.曼徹斯特碼概述1.1曼徹斯特碼簡(jiǎn)介在電信領(lǐng)域，曼徹斯特碼(也稱(chēng)作相位碼或者PE）是一種數(shù)據(jù)通訊線(xiàn)性碼，它的每一個(gè)數(shù)據(jù)比特都是由至少一次電壓轉(zhuǎn)換的形式所表示。曼徹斯特編碼因此被認(rèn)為是一種自定時(shí)碼。自定時(shí)意味著是可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的精確同步。每一個(gè)比特都準(zhǔn)確的在一預(yù)先定義時(shí)間時(shí)期的時(shí)間中被傳送[2]。曼徹斯特碼又稱(chēng)雙向碼。它是對(duì)每個(gè)二進(jìn)制代碼分別利用兩個(gè)具有兩個(gè)不同相位的二進(jìn)制新碼去取代的碼。雙向碼的特點(diǎn)是只用兩個(gè)電平。與用高、低電平表示0，1的非歸零二進(jìn)制碼相比，在連0或連1的情況下

5、，更易于提取同步時(shí)鐘信息，又無(wú)直流漂移，編、譯碼過(guò)程比較簡(jiǎn)單，且有強(qiáng)的抗干擾能力。1.2曼徹斯特碼原理56東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）曼徹斯特碼是一種常用的用于數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型。它是一種用跳變沿（而非電平）來(lái)表示要傳輸?shù)亩M(jìn)制信息（0或1），一般規(guī)定在位元中間用向下跳變表示“1”，用向上跳變表示“0”。曼徹斯特編碼提供了一種簡(jiǎn)單的方法——在長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)沒(méi)有電平跳變的情況下，仍然能夠?qū)θ我獾亩M(jìn)制序列進(jìn)行編碼，并且防止低通模擬電路中低頻直流飄移所引起的比特錯(cuò)誤以及防止在這種情況下同步時(shí)鐘信號(hào)的丟失[3]。如果保證傳送的編碼交流信號(hào)的直流分量為零并且能夠防止

6、中繼信號(hào)的基線(xiàn)漂移，那么很容易實(shí)現(xiàn)信號(hào)的恢復(fù)和防止能量的浪費(fèi)。所以曼徹斯特碼具有豐富的位定時(shí)信息。同時(shí),有許許多多的復(fù)雜的編碼方法中，在達(dá)到同等目的情況下只需要減少帶寬負(fù)荷并且只有減少的同步信號(hào)相位。二進(jìn)制碼與曼徹斯特碼波形的對(duì)比關(guān)系如圖1-1。圖1-1二進(jìn)制碼與曼徹斯特碼波形1.3曼徹斯特編解碼56東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）本次論文曼徹斯特編解碼由編碼模塊和解碼模塊二個(gè)部分組成。編碼模塊提供時(shí)鐘源，并且對(duì)輸入的待傳送原碼進(jìn)行編碼，將其轉(zhuǎn)換成曼徹斯特碼并發(fā)送。解碼模塊用則是將曼徹斯特碼整形后利用同步時(shí)鐘模塊提供的同步信號(hào)把它轉(zhuǎn)換成原碼輸出。二個(gè)相對(duì)獨(dú)立的

7、模塊相互協(xié)同工作共同完成曼徹斯特編解碼工作。1.3.1編碼曼徹斯特編碼是一種自同步的編碼方式，即時(shí)鐘同步信號(hào)就隱藏在數(shù)據(jù)波形中。曼徹斯特編碼電平跳變的規(guī)則是：低電平的中間時(shí)刻跳變表示為‘0’，用高電平中間時(shí)刻的跳變表示為‘1’，如下圖1-2所示。因而這樣防止時(shí)鐘同步的丟失，或來(lái)自低頻率位移在貧乏補(bǔ)償?shù)哪M鏈接位錯(cuò)誤，在這個(gè)技術(shù)下，實(shí)際上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)被傳輸通過(guò)這個(gè)電纜，不是作為一個(gè)序列的邏輯1或0來(lái)發(fā)送的。它具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個(gè)碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。圖1-2曼徹斯特編碼56東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

8、）下面是一