曼徹斯特編解碼器

./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：TOC\o"1-3"\h\u29071一：實(shí)訓(xùn)要求317246二：實(shí)訓(xùn)原理38790三：實(shí)訓(xùn)思路423603四：實(shí)訓(xùn)步驟428290五：原理圖、仿真結(jié)果圖以及結(jié)論分析5274751.曼徹斯特編解碼器〔實(shí)現(xiàn)16bit數(shù)據(jù)的編解碼5162131.1曼徹斯特編解碼器電路原理圖：5294041.2模塊詳解6237661.3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(guò)學(xué)習(xí)原理圖輸入設(shè)計(jì)的方法掌握使用工具軟件QuartusⅡ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QuartusⅡ軟件環(huán)境下用VHDL進(jìn)行仿真的方案?！?完成設(shè)計(jì)對(duì)編碼器的要求：能夠?qū)斎氲?6bit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(xiě)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(lái)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)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(lái)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(xiě)VHDL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libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityclksisport<clk:instd_logic;--基準(zhǔn)時(shí)鐘clk0,clk1,clk2:bufferstd_logic>;--分頻出的三個(gè)時(shí)鐘,分別輸入循環(huán)編--碼模塊、曼徹斯特編碼模塊、曼徹斯特解碼模塊endclks;architecturebehavofclksissignala:integer:=0;signalb:integer:=0;beginprocess<clk>beginclk0<=clk;endprocess;process<clk>beginifclk'eventandclk='1'thenifa=2thena<=0;clk1<='1';elsea<=a+1;clk1<='0';endif;endif;endprocess;process<clk> beginifclk'eventandclk='1'thenifb=5thenb<=0;clk2<='1';elseb<=b+1;clk2<='0';endif;endif;endprocess;endbehav;1.2.2循環(huán)編碼模塊libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entityrecycleisport<clk2:instd_logic;datain:outstd_logic>;endrecycle;architecturebehavofrecycleissignali:integer:=0;beginprocess<clk2>beginifclk2'eventandclk2='1'thenifi=15theni<=0;elsei<=i+1;endif;endif;endprocess;process<clk2>beginifclk2'eventandclk2='1'thencaseiiswhen0=>datain<='1';when1=>datain<='0';when2=>datain<='1';when3=>datain<='1';when4=>datain<='0';when5=>datain<='1';when6=>datain<='0';when7=>datain<='0';when8=>datain<='0';when9=>datain<='0';when10=>datain<='1';when11=>datain<='1';when12=>datain<='0';when13=>datain<='1';when14=>datain<='0';when15=>datain<='0';whenothers=>datain<=null;endcase;endif;endprocess;endbehav;1.2.3曼徹斯特編碼模塊libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitymcodeisport<clk1:instd_logic;datain:instd_logic;dataout:outstd_logic>;endmcode;architecturebehavofmcodeissignalcon:std_logic_vector<1downto0>;signals:std_logic;beginprocess<clk1> begin ifclk1'eventandclk1='1'then ifdatain='1'thencon<="01";--上升沿表示'1'elsecon<="10";--下降沿表示'0'endif;endif; endprocess;process<clk1>Beginifclk1'eventandclk1='1'thenifs='1'thendataout<=con<1>;s<=nots;else dataout<=con<0>;s<=nots;endif;endif;endprocess;endbehav;說(shuō)明：曼徹斯特碼是用"01"和"10"來(lái)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)具有相同頻率的檢測(cè)時(shí)鐘,用來(lái)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libraryieee;useieee.std_logic_1164.all;useieee.std_logic_unsigned.all;entitymdecodeisport<clk0:instd_logic;dedatain:instd_logic;dedataout:outstd_logic;count:bufferstd_logic_vector<2downto0>>;endmdecode;architecturebehavofmdecodeissignalcon:std_logic_vector<1downto0>;beginprocess<clk0>beginifclk0'eventandclk0='1'thenifcount=5thencount<="000";elsecount<=count+1;endif;endif;endprocess;process<clk0>beginifclk0'eventandclk0='1'thencon<1><=con<0>;con<0><=dedatain;endif;endprocess;process<clk0>beginifclk0'eventandclk0='1'thenifcount=4thenifcon="10"thendedataout<='0';elsifcon="01"thendedataout<='1';endif;endif;endif;endprocess;endbehav;說(shuō)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"10"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(kāi)始解碼,得到的二進(jìn)制編碼就是"1111",而若從第二位開(kāi)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(jiàn),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"10100"。"code_data"是曼徹斯特編碼波形,理論上應(yīng)當(dāng)是"1010",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(shuō)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)