曼徹斯特編解碼器

1、 工具軟件實(shí)訓(xùn)報(bào)告 項(xiàng)目名稱： 曼徹斯特編解碼器 指導(dǎo)老師： 系 科： 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 目錄：一：實(shí)訓(xùn)要求3二：實(shí)訓(xùn)原理3三：實(shí)訓(xùn)思路4四：實(shí)訓(xùn)步驟4五：原理圖、仿真結(jié)果圖以及結(jié)論分析51.曼徹斯特編解碼器（實(shí)現(xiàn)16bit數(shù)據(jù)的編解碼）51.1曼徹斯特編解碼器電路原理圖：51.2模塊詳解61.3仿真圖以及分析10六：個(gè)人總結(jié).11一：實(shí)訓(xùn)要求（1）通過學(xué)習(xí)原理圖輸入設(shè)計(jì)的方法掌握使用工具軟件Quartus 設(shè)計(jì)小型數(shù)字電路；（2）查閱文獻(xiàn)，了解曼徹斯特編解碼器的基本原理， 并提出在Quartus 軟件環(huán)境下用VHDL進(jìn)行仿真的方案。（3）完成設(shè)計(jì)對(duì)編碼器的要求：能夠?qū)斎氲?6b

2、it數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，輸入有時(shí)鐘、使能、16bit并行數(shù)據(jù)、寫信號(hào)等；輸出有編碼結(jié)束和曼徹斯特編碼信號(hào)（都為1位信號(hào)）等。（4）完成設(shè)計(jì)對(duì)解碼器要求：能夠把輸入的串行曼徹斯特碼解碼成原先的并行數(shù)據(jù)，輸入有時(shí)鐘、曼徹斯特碼輸入（1bit）、使能信號(hào)等，輸出有提取的同步時(shí)鐘信號(hào)、解碼完成（1bit），并行數(shù)據(jù)（16bit）等。二：實(shí)訓(xùn)原理曼徹斯特編碼，也叫做相位編碼(PE)，是一個(gè)同步時(shí)鐘編碼技術(shù)，在以太網(wǎng)媒介系統(tǒng)中，被物理層使用來編碼一個(gè)同步位流的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)。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。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作為時(shí)鐘信號(hào)，又作為數(shù)據(jù)

3、信號(hào)。按照曼徹斯特碼在IEEE802.4(令牌總線)以及IEEE802.3(以太網(wǎng))中的規(guī)定，本次實(shí)訓(xùn)將從高電平到低電平的跳變表示“0”，從低電平到高電平的跳變表示“1”。三：實(shí)訓(xùn)思路以下為曼徹斯特編解碼器的實(shí)現(xiàn)框圖：有上圖可知，此次的曼徹斯特編解碼電路包括三個(gè)部分：信號(hào)產(chǎn)生部分、編碼電路部分和解碼電路部分。其中，信號(hào)產(chǎn)生部分用來產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)的16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼作為普通的信號(hào)輸入；編碼部分則將輸入的信號(hào)編碼為曼徹斯特碼，然后輸出顯示；解碼部分負(fù)責(zé)將獲得的曼徹斯特碼解碼成普通的二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼。三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊相互協(xié)同工作，共同完成曼徹斯特編解碼的工作。四：實(shí)訓(xùn)步驟（1）建立工程；（2）編寫V

4、HDL文件，建立目標(biāo)器件；（3）繪制電路原理圖并編譯；（4）進(jìn)行仿真以及分析仿真后的波形文件；（5）完成實(shí)訓(xùn)報(bào)告。五：原理圖、仿真結(jié)果圖以及結(jié)論分析1.曼徹斯特編解碼器（實(shí)現(xiàn)16bit數(shù)據(jù)的編解碼）1.1曼徹斯特編解碼器電路原理圖：1.2模塊詳解1.2.1分頻器模塊library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity clks is port(clk:in std_logic; -基準(zhǔn)時(shí)鐘 clk0,clk1,clk2:buffer std_logic); -分頻出的三個(gè)時(shí)鐘，分別輸

5、入循環(huán)編 -碼模塊、曼徹斯特編碼模塊、曼徹斯特解碼模塊end clks; architecture behav of clks is signal a:integer:=0; signal b:integer:=0; begin process(clk)begin clk0=clk; end process; process(clk) begin if clkevent and clk=1 then if a=2 then a=0;clk1=1; else a=a+1;clk1=0; end if; end if; end process; process(clk) beginif clkev

6、ent and clk=1 then if b=5 then b=0;clk2=1; else b=b+1;clk2=0; end if; end if; end process; end behav; 1.2.2循環(huán)編碼模塊library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity recycle is port(clk2:in std_logic; datain:out std_logic); end recycle; architecture behav of recycle is

7、signal i:integer:=0; begin process(clk2) begin if clk2event and clk2=1 then if i=15 then i=0;else i datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain datain=null; end case; end if; end process; end behav;1.2.3曼徹斯特編碼模塊library ieee; use iee

8、e.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity mcode is port(clk1: in std_logic; datain: in std_logic; dataout: out std_logic); end mcode;architecture behav of mcode is signal con:std_logic_vector(1 downto 0); signal s:std_logic; begin process(clk1) begin if clk1event and clk1=1 then if

9、 datain=1 then con=01; -上升沿表示1 else con=10; -下降沿表示0 end if; end if; end process; process(clk1) Begin if clk1event and clk1=1 then if s=1 then dataout=con(1); s=not s; else dataout=con(0); s=not s; end if; end if;end process; end behav;說明：曼徹斯特碼是用“01”和“10”來表示普通二進(jìn)制數(shù)據(jù)中的“1”和“0”的，因此在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，我們很容易產(chǎn)生一個(gè)和數(shù)據(jù)信號(hào)

10、具有相同頻率的檢測(cè)時(shí)鐘，用來對(duì)傳入的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)到輸入信號(hào)是“1”時(shí)，選擇器就輸出“01”給寄存器，由寄存器完成并串轉(zhuǎn)化功能，然后再將串行數(shù)據(jù)輸出；當(dāng)輸入信號(hào)是“0”時(shí)，選擇器就輸出“10”給寄存器由寄存器完成并串轉(zhuǎn)化功能，然后再將串行數(shù)據(jù)輸出，這樣，輸出的串行數(shù)據(jù)就是曼徹斯特碼。1.2.4曼徹斯特解碼模塊library ieee; use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all; entity mdecode is port(clk0:in std_logic; dedatain: in std_lo

11、gic; dedataout:out std_logic; count: buffer std_logic_vector(2 downto 0); end mdecode;architecture behav of mdecode issignal con:std_logic_vector(1 downto 0); begin process(clk0) begin if clk0event and clk0=1 then if count=5 then count=000; else count=count+1; end if; end if; end process; process(cl

12、k0) begin if clk0event and clk0=1 then con(1)=con(0); con(0)=dedatain; end if; end process; process(clk0) begin if clk0event and clk0=1 then if count=4 then if con=10 then dedataout=0; elsif con=01 then dedataout=1; end if; end if; end if;end process; end behav;說明：曼徹斯特解碼電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是如何準(zhǔn)確地從曼徹斯特碼的數(shù)據(jù)流中提取出“1

13、0”和“01”信號(hào)，并且把它們轉(zhuǎn)換成普通二進(jìn)制編碼中的“0”和“1”。例如對(duì)于曼徹斯特碼“01010101”，如果從第一位開始解碼，得到的二進(jìn)制編碼就是“1111”，而若從第二位開始解碼，得到的二進(jìn)制編碼就是“000”和頭尾兩個(gè)曼徹斯特碼。由此可見，如果曼徹斯特碼數(shù)據(jù)流中只有“1”或“0”是不能得到正確的譯碼結(jié)果的，如果曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)“00”，則“00”前后的碼元必定是“1”；如果曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)“11”，則“00”前后的碼元必定是“0”，因此，我們可以將“00”與“11”作為曼徹斯特碼譯碼的標(biāo)志位。1.3仿真圖以及分析1.3.1曼徹斯特編解碼器仿真圖1.3.2仿真分析“CLK”是輸入的基準(zhǔn)時(shí)鐘，“data_in”是輸入數(shù)據(jù)波形，從92us后提取一段輸入數(shù)據(jù)為“”。“code_data”是曼徹斯特編碼波形，理論上應(yīng)當(dāng)是“”，從仿真圖中可以看出仿真結(jié)果符合理論值。而“decode_data”是曼徹斯特解碼波形，應(yīng)當(dāng)與“data_in”相一致，仿真圖也符合理論結(jié)果，這些說明了編碼程序和解碼程序是正確的。從圖中也可以看出當(dāng)輸入數(shù)據(jù)是“1”時(shí)，曼徹斯特編碼為“01”；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)是“0”時(shí)，曼徹斯特編碼為“10”。六：個(gè)人總結(jié)徹斯特編碼器電路，是目前為止比較實(shí)用的設(shè)計(jì)項(xiàng)目之一，應(yīng)用廣泛。在此次實(shí)訓(xùn)中，遇到了很多技術(shù)上的