【正文】 ............................................... 36 參考文獻 ............................................................. 37 致謝 ................................................................. 38 附錄 ................................................................. 39 摘要 在電信領(lǐng)域，曼徹斯特碼是一種數(shù)據(jù)通訊線性碼，它的每一個數(shù)據(jù)比特都是由至少一次電壓轉(zhuǎn)換的形式所表示的 。 曼徹斯特編碼 因此被認為是一種自定時碼。自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可行的。每一個比特都準確的在一預(yù)先定義時間時期的時間中被傳送。曼徹斯特編碼已經(jīng)被許多高效率且被廣泛使用的電信標準所采用，例如以太網(wǎng)電訊標準 . 曼徹斯特編碼是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)，由于其具有隱含時鐘、去除了零頻率信號的特性使得它在石油勘探測井中得到廣泛的應(yīng)用。 報告論述了曼徹斯特碼的原理 ，介紹了其編碼規(guī)則。對其特點和應(yīng)用范圍進行了說明。 提出了曼徹斯特編解碼方案，重點 運用 VHDL語言 對同步信號提取電路進行了 硬件仿真 。 以及 對使用 Protel軟件 繪制電路圖進行了介紹。 系統(tǒng) 成功實現(xiàn)了曼徹斯特碼數(shù)據(jù)傳送的要求 而且電路簡單，性能穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞 ： 曼徹斯特碼 ,同步信號 ,VHDL 仿真 ABSTRACT The Manchester code is one kind of data munication linearity codes. All its dada bits are shown by at least once voltage changing. This is why Manchester code is called selfacting timing code. Selfacting timing means the feasibility of the precise synchronization of data stream. Each bit is transmitted accurately in the period that defined in advance. Manchester codes have been adopted by many tele standards that have high efficiency and are been used widely, such as Ether munication standard. Manchester code is a coding technology for channel that exceeds the traditional data transmission. The characteristics that including crytic clock and eliminating the signals in zero frequency have made it been used in the detecting well of oil widely. The thesis mainly discusses the theory of the Manchester code and its coding rules, it also explains its characteristics and use range. The theory puts forward the Manchester coding and decoding proposals and conducts the hardware simulating on the synchronized signal pickup module with the VHDL language , it also uses the Protel software to make the system circuit diagram. This proposal has successfully met the requirement of Manchester code date transfer and it is also sample in the circuit and stable in the capability. KEY WORDS： Manchester code,VHDL,Synchronism signal 曼徹斯特編解碼電路設(shè)計 第一章 緒論 第一章 緒論 項目背景 測井技術(shù)發(fā)展到今 天，已經(jīng)發(fā)生了很大的變化：一是由模擬測井技術(shù)發(fā)展到了數(shù)字測井技術(shù)；二是由數(shù)字測井技術(shù)發(fā)展到了數(shù)控測井技術(shù)。進入 90年代，成像測井技術(shù)獲得了較大的發(fā)展，測井系統(tǒng)中需要傳送的數(shù)據(jù)信息量越來越大，為此必須解決數(shù)據(jù)的高速傳輸與正確接收兩個問題，如相關(guān)編碼技術(shù)、纜芯多路復(fù)用技術(shù)、基帶均衡技術(shù)等用以提高數(shù)據(jù)傳輸速率和降低誤碼率 .在測井?dāng)?shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，由于曼徹斯特碼既能提供足夠的定時分量，又無直流漂移，編碼過程相對簡單，因而曼徹斯特（ Manchester）碼是測井?dāng)?shù)據(jù)傳輸中常用的編碼方式之一。 曼 徹 斯特碼，又稱數(shù)字雙相碼或 分相碼。 在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時鐘信號，又作數(shù)據(jù)信號；從高到低跳變表示 1，從低到高跳變表示 0。曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ剑课痪幋a中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個碼元都被調(diào)成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的 1/2。 曼 徹 斯特碼 是主要用在數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)囊环N編碼方式 。 由于曼徹 斯特碼有如此多的優(yōu)點，所以在現(xiàn)代通信中得到了廣泛的應(yīng)用。 本課題設(shè)計了一種利用曼徹斯 特編碼實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。 本文的主要工作就是研究曼徹斯特碼編碼器的設(shè)計及實現(xiàn)。 項目研究內(nèi)容和任務(wù) 本項目主要研究曼徹斯特碼編碼器的硬件設(shè)計和實現(xiàn)。為了能順利完成曼徹斯特碼的編解碼任務(wù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸它應(yīng)該包括這樣幾個部分 :編碼電路，解碼電路，以及同步信號提取電路。 在本次設(shè)計中，為了驗證 電路系統(tǒng) 能否順利完成曼徹斯特碼的編 解 碼功能，我們采取了比軟件仿真更加直觀，與最終產(chǎn)品更加貼近的硬件驗證方式。在該方式中需要使用 VHDL語言對系統(tǒng)進行仿真 。 論文各部分主要內(nèi)容 第二章詳細說明了曼徹斯特 碼編碼的特點，規(guī)則以及應(yīng)用。 第 三 章介紹了 曼徹斯特編解碼系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 和功能概述、硬件組成 。 第 四 章詳細說明了 利用 VHDL語曼徹斯特編解碼電路設(shè)計 第一章 緒論 言對系統(tǒng)的同步信號提取模塊進行仿真的過程。 第五章介紹了 利用 PROTEL的 電路圖繪制。 第 六 章是對本次設(shè)計的小結(jié)和展望。曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 第 二 章 曼徹斯特碼的原理及其編碼規(guī)則 曼徹斯特碼簡介及其編碼規(guī)則 在電信領(lǐng)域，曼徹斯特碼 ,(也稱作相位碼或者 PE）是一種數(shù)據(jù)通訊線性碼，它的每一個數(shù)據(jù)比特都是由至少一次電壓轉(zhuǎn)換的形式所表示的曼徹斯特編碼被因此被認為是一種自定時碼。自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可 行的。每一個比特都準確的在一預(yù)先定義時間時期的時間中被傳送。 但是 ,今天有許許多多的復(fù)雜的編碼方法 (例如 8B/10B 編碼） ,在達到同等目的情況下只需要更少帶寬負荷并且只有更少的同步信號相位模糊 . 二進制碼與曼徹斯特碼波形的對比關(guān)系如下。 圖 二進制碼與曼徹斯特碼波形 曼徹斯特碼原理 用于數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型種類較多， Manchester碼是其中常用的一種 。Manchester碼是一種用跳變沿（而非電平）來表示要傳輸?shù)亩M制信息（ 0或 1），一般規(guī)定在位元中間用下跳變表示“ 1”，用 上跳變表示“ 0” . 曼徹斯特編碼被被認為是一種自定時碼自定時意味著數(shù)據(jù)流的精確同步是可行的。每一個比特都準確的在一預(yù)先定義時間時期的時間中被傳送。 曼徹斯特編碼提供了一種簡單的方法在長時間段內(nèi)沒有電平跳變的情況下， 仍然能夠?qū)θ我獾亩M制序列進行編碼，并且防止在這種情況下同步時鐘信號的丟失以及防止低通模擬電路中低頻直流飄移所引起的比特錯誤。如果保證傳送的編碼曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 交流信號的直流分量為零并且能夠防止中繼信號的基線漂移，那么很容易實現(xiàn)信號的恢復(fù)和防止能量的浪費。 曼徹斯特碼具有豐富的位定時信息。 以下是在不同 P值情況下 的功率譜仿真圖。 圖 P=。 這樣的情況出現(xiàn)在“ 0”和“ 1”的概率比為 1: 1的情況，比如編碼前二進制隨機碼為全“ 0”或全“ 1”的情況。 p= ： 圖 p= 圖 P=，圖 P=中的線譜圖。從圖中可以看到有線譜資源，表明有可提取的位定時信息。 當(dāng) P=，編碼前二進制隨機序列中的“ 1”的概率為 . 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 圖 p= 時曼徹斯特碼功率譜 如果一曼徹斯特編碼信號 ,沿著通訊信道某處進行跳變 ,它從一個變化狀態(tài)到另一個變化狀態(tài) .但是 ,這樣情況能被差分曼徹斯特編碼輕易克服。 曼徹斯特編碼的缺點在于為每一比特進行電平跳變的結(jié)果是曼徹斯特信號編碼所要求的帶寬相比異步通訊要高一倍，并且其頻譜也更寬。雖然曼徹斯特編碼是一種高度可靠的通信方式 ,帶寬要求被視為其不利之處，在達到的同樣的目標的情況下，其更好的編碼表現(xiàn)和更小帶寬要求使得最現(xiàn)代化的通訊協(xié)議隨著更現(xiàn)化的線性編碼不斷發(fā)展。 曼徹斯特碼所要考慮的一件事就 是發(fā)射機與接收機的同步問題，初看起來它可能是半比特周期的錯誤將導(dǎo)致接收機終端得到相反的輸出，但是進一步考慮表明了典型數(shù)據(jù)在這個情況下將導(dǎo)致違例碼。使用硬件能探測到這些違例碼，運用這些信息實現(xiàn)精確的同步正確的解釋這些有關(guān)數(shù)據(jù)。 曼徹斯特碼的應(yīng)用范圍 曼徹斯特編碼已經(jīng)被許多高效率且被廣泛使用的電信標準所采用，例如以太網(wǎng)電訊標準 . 曼徹斯特編碼是一種超越傳統(tǒng)數(shù)字傳輸?shù)男诺谰幋a技術(shù)，由于其具有隱含時鐘、去除了零頻率信號的特性使得它在石油勘探測井中也得到廣泛的應(yīng)用。 曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計 第二章 曼徹斯特碼原理及其編碼規(guī)則 在 1949 年第一次提出了的曼徹斯特編碼方 案，是一個被應(yīng)用在物理層的同步時鐘編碼技術(shù)用來將時鐘和數(shù)據(jù)編碼統(tǒng)一在一個同步比特數(shù)據(jù)流中。在這項技術(shù)中 ,在電纜上被傳送的真實二元數(shù)據(jù)不是以一連串的邏輯序列 1 或者 0 來表示的 (這項技術(shù)也是一種不歸零碼 NRZ）。這些要傳送的數(shù)據(jù)比特被轉(zhuǎn)換成一個略微不同格式 ,比起直接用二進制碼 (. NRZ)來有許多的優(yōu)勢。在曼徹斯特編碼方案中 ,比特周期中間的 0到 1跳變表示邏輯 0，比特周期中間的 1 到 0 的跳變表示邏輯 1。注意信號跳變不一定在‘ bitboundaries’比特邊界（一個比特和另外一個比特 )之間的分界線，但是總是發(fā)生 在每個比特的中間位置 .曼徹斯特編碼的規(guī)則列出如下： 初始數(shù)據(jù) 發(fā)送的值 邏輯 0 0 到 1 (比特中心向上跳變 ) 邏輯 1 1 到 0 (比特中心向下跳變 圖 曼徹斯特編碼的規(guī)則 注意 :在有些情形下你將看到編碼方案相反的情況。把邏輯 0 表示為 0到 1 的跳變 .兩種定義已經(jīng)并存很多年 . 以太網(wǎng)藍皮書和美國電氣及電子工程師學(xué)會標準IEEE (10 Mbps)描繪了邏輯 0 被發(fā)送成是 0到 1 的跳變，邏輯 1 表示成 1到 0的跳變。（零被表示成電纜上的更小的負電壓） .因為很多物理層采用一種翻轉(zhuǎn)線性驅(qū) 動器把二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號 ,這個信號在線纜上與編碼器的輸出恰恰相反。差分物理層傳輸（例如 10BT）不能容忍這種反轉(zhuǎn)。 下面的簡圖展示了一個典型的被寄送數(shù)據(jù) (1,1,0,1,0,0)編碼后的相應(yīng)的曼徹斯特編碼信號的發(fā)送 圖 (1,1,0,1,0,0)編碼后的相應(yīng)的曼徹 斯特編碼信號 方波波形表曼徹斯特碼比特流承載一個比特序列 110100. 曼徹斯特編碼可以選擇性的看成為一種相位編碼 ,每一個比特被編碼成正向 90度的階段相位轉(zhuǎn)變或者負 90度的相位轉(zhuǎn)變 .曼徹斯特碼依次可以看作是一種相位碼。曼徹斯特編碼信號包含頻繁的電平跳變 ,這使得它可以允許接收器運用數(shù)字鎖相環(huán)曼徹斯特碼編解碼電路設(shè)計